source: palm/trunk/SOURCE/biometeorology_mod.f90 @ 4182

Last change on this file since 4182 was 4182, checked in by scharf, 22 months ago
  • corrected "Former revisions" section
  • minor formatting in "Former revisions" section
  • added "Author" section
  • 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: 181.3 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 4182 2019-08-22 15:20:23Z scharf $
29! Corrected "Former revisions" section
30!
31! 4168 2019-08-16 13:50:17Z suehring
32! Replace function get_topography_top_index by topo_top_ind
33!
34! 4144 2019-08-06 09:11:47Z raasch
35! relational operators .EQ., .NE., etc. replaced by ==, /=, etc.
36!
37! 4127 2019-07-30 14:47:10Z suehring
38! Output for bio_mrt added (merge from branch resler)
39!
40! 4126 2019-07-30 11:09:11Z gronemeier
41! renamed vitd3_exposure_av into vitd3_dose,
42! renamed uvem_calc_exposure into bio_calculate_uv_exposure
43!
44! 3885 2019-04-11 11:29:34Z kanani
45! Changes related to global restructuring of location messages and introduction
46! of additional debug messages
47!
48! 3753 2019-02-19 14:48:54Z dom_dwd_user
49! - Added automatic setting of mrt_nlevels in case it was not part of
50! radiation_parameters namelist (or set to 0 accidentially).
51! - Minor speed improvoemnts in perceived temperature calculations.
52! - Perceived temperature regression arrays now declared as PARAMETERs.
53!
54! 3750 2019-02-19 07:29:39Z dom_dwd_user
55! - Added addittional safety meassures to bio_calculate_thermal_index_maps.
56! - Replaced several REAL (un-)equality comparisons.
57!
58! 3742 2019-02-14 11:25:22Z dom_dwd_user
59! - Allocation of the input _av grids was moved to the "sum" section of
60! bio_3d_data_averaging to make sure averaging is only done once!
61! - Moved call of bio_calculate_thermal_index_maps from biometeorology module to
62! time_integration to make sure averaged input is updated before calculating.
63!
64! 3740 2019-02-13 12:35:12Z dom_dwd_user
65! - Added safety-meassure to catch the case that 'bio_mrt_av' is stated after
66! 'bio_<index>' in the output section of the p3d file.
67!
68! 3739 2019-02-13 08:05:17Z dom_dwd_user
69! - Auto-adjusting thermal_comfort flag if not set by user, but thermal_indices
70! set as output quantities.
71! - Renamed flags "bio_<index>" to "do_calculate_<index>" for better readability
72! - Removed everything related to "time_bio_results" as this is never used.
73! - Moved humidity warning to check_data_output
74! - Fixed bug in mrt calculation introduced with my commit yesterday.
75!
76! 3735 2019-02-12 09:52:40Z dom_dwd_user
77! - Fixed auto-setting of thermal index calculation flags by output
78!  as originally proposed by resler.
79! - removed bio_pet and outher configuration variables.
80! - Updated namelist.
81!
82! 3711 2019-01-31 13:44:26Z knoop
83! Introduced interface routine bio_init_checks + small error message changes
84!
85! 3693 2019-01-23 15:20:53Z dom_dwd_user
86! Added usage of time_averaged mean radiant temperature, together with calculation,
87! grid and restart routines. General cleanup and commenting.
88!
89! 3685 2019-01-21 01:02:11Z knoop
90! Some interface calls moved to module_interface + cleanup
91!
92! 3650 2019-01-04 13:01:33Z kanani
93! Bugfixes and additions for enabling restarts with biometeorology
94!
95! 3448 2018-10-29 18:14:31Z kanani
96! Initial revision
97!
98!
99!
100! Authors:
101! --------
102! @author Dominik Froehlich <dominik.froehlich@dwd.de>, thermal indices
103! @author Jaroslav Resler <resler@cs.cas.cz>, mean radiant temperature
104! @author Michael Schrempf <schrempf@muk.uni-hannover.de>, uv exposure
105!
106!
107! Description:
108! ------------
109!> Biometeorology module consisting of two parts:
110!> 1.: Human thermal comfort module calculating thermal perception of a sample
111!> human being under the current meteorological conditions.
112!> 2.: Calculation of vitamin-D weighted UV exposure
113!>
114!> @todo Alphabetical sorting of "USE ..." lists, "ONLY" list, variable declarations
115!>       (per subroutine: first all CHARACTERs, then INTEGERs, LOGICALs, REALs, )
116!> @todo Comments start with capital letter --> "!-- Include..."
117!> @todo uv_vitd3dose-->new output type necessary (cumulative)
118!> @todo consider upwelling radiation in UV
119!>
120!> @note nothing now
121!>
122!> @bug  no known bugs by now
123!------------------------------------------------------------------------------!
124 MODULE biometeorology_mod
125
126    USE arrays_3d,                                                             &
127        ONLY:  pt, p, u, v, w, q
128
129    USE averaging,                                                             &
130        ONLY:  pt_av, q_av, u_av, v_av, w_av
131
132    USE basic_constants_and_equations_mod,                                     &
133        ONLY:  c_p, degc_to_k, l_v, magnus, sigma_sb, pi
134
135    USE control_parameters,                                                    &
136        ONLY:  average_count_3d, biometeorology,                               &
137               debug_output,                                                   &
138               dz, dz_stretch_factor,                                          &
139               dz_stretch_level, humidity, initializing_actions, nz_do3d,      &
140               surface_pressure
141
142    USE date_and_time_mod,                                                     &
143        ONLY:  calc_date_and_time, day_of_year, time_utc
144
145    USE grid_variables,                                                        &
146        ONLY:  ddx, dx, ddy, dy
147
148    USE indices,                                                               &
149        ONLY:  nxl, nxr, nys, nyn, nzb, nzt, nys, nyn, nxl, nxr, nxlg, nxrg,   &
150               nysg, nyng, topo_top_ind
151
152    USE kinds  !< Set precision of INTEGER and REAL arrays according to PALM
153
154    USE netcdf_data_input_mod,                                                 &
155        ONLY:  netcdf_data_input_uvem, uvem_projarea_f, uvem_radiance_f,       &
156               uvem_irradiance_f, uvem_integration_f, building_obstruction_f
157!
158!-- Import radiation model to obtain input for mean radiant temperature
159    USE radiation_model_mod,                                                   &
160        ONLY:  ix, iy, iz, id, mrt_nlevels, mrt_include_sw,                    &
161               mrtinsw, mrtinlw, mrtbl, nmrtbl, radiation,                     &
162               radiation_interactions, rad_sw_in,                              &
163               rad_sw_out, rad_lw_in, rad_lw_out
164
165    IMPLICIT NONE
166
167    PRIVATE
168
169!
170!-- Declare all global variables within the module (alphabetical order)
171    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  tmrt_grid  !< tmrt results (degree_C)
172    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  perct      !< PT results   (degree_C)
173    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  utci       !< UTCI results (degree_C)
174    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  pet        !< PET results  (degree_C)
175!
176!-- Grids for averaged thermal indices
177    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE   ::  mrt_av_grid   !< time average mean
178    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  tmrt_av_grid  !< tmrt results (degree_C)
179    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  perct_av      !< PT results (aver. input)   (degree_C)
180    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  utci_av       !< UTCI results (aver. input) (degree_C)
181    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  pet_av        !< PET results (aver. input)  (degree_C)
182
183
184    INTEGER( iwp ) ::  bio_cell_level     !< cell level biom calculates for
185    REAL ( wp )    ::  bio_output_height  !< height output is calculated in m
186    REAL ( wp ), PARAMETER ::  human_absorb = 0.7_wp  !< SW absorbtivity of a human body (Fanger 1972)
187    REAL ( wp ), PARAMETER ::  human_emiss = 0.97_wp  !< LW emissivity of a human body after (Fanger 1972)
188    REAL ( wp ), PARAMETER ::  bio_fill_value = -9999._wp  !< set module fill value, replace by global fill value as soon as available
189!
190!--
191    LOGICAL ::  thermal_comfort  = .FALSE.  !< Enables or disables the entire thermal comfort part
192    LOGICAL ::  do_average_theta = .FALSE.  !< switch: do theta averaging in this module? (if .FALSE. this is done globally)
193    LOGICAL ::  do_average_q     = .FALSE.  !< switch: do e averaging in this module?
194    LOGICAL ::  do_average_u     = .FALSE.  !< switch: do u averaging in this module?
195    LOGICAL ::  do_average_v     = .FALSE.  !< switch: do v averaging in this module?
196    LOGICAL ::  do_average_w     = .FALSE.  !< switch: do w averaging in this module?
197    LOGICAL ::  do_average_mrt   = .FALSE.  !< switch: do mrt averaging in this module?
198    LOGICAL ::  average_trigger_perct  = .FALSE.  !< update averaged input on call to bio_perct?
199    LOGICAL ::  average_trigger_utci   = .FALSE.  !< update averaged input on call to bio_utci?
200    LOGICAL ::  average_trigger_pet    = .FALSE.  !< update averaged input on call to bio_pet?
201    LOGICAL ::  average_trigger_mrt    = .FALSE.  !< update averaged input on call to bio_pet?
202    LOGICAL ::  do_calculate_perct     = .FALSE.  !< Turn index PT (instant. input) on or off
203    LOGICAL ::  do_calculate_perct_av  = .FALSE.  !< Turn index PT (averaged input) on or off
204    LOGICAL ::  do_calculate_pet       = .FALSE.  !< Turn index PET (instant. input) on or off
205    LOGICAL ::  do_calculate_pet_av    = .FALSE.  !< Turn index PET (averaged input) on or off
206    LOGICAL ::  do_calculate_utci      = .FALSE.  !< Turn index UTCI (instant. input) on or off
207    LOGICAL ::  do_calculate_utci_av   = .FALSE.  !< Turn index UTCI (averaged input) on or off
208    LOGICAL ::  do_calculate_mrt2d     = .FALSE.  !< Turn index MRT 2D (averaged or inst) on or off
209
210!
211!-- UVEM parameters from here
212!
213!-- Declare all global variables within the module (alphabetical order)
214    INTEGER(iwp) ::  bio_nmrtbl
215    INTEGER(iwp) ::  ai                      = 0  !< loop index in azimuth direction
216    INTEGER(iwp) ::  bi                      = 0  !< loop index of bit location within an 8bit-integer (one Byte)
217    INTEGER(iwp) ::  clothing                = 1  !< clothing (0=unclothed, 1=Arms,Hands,Face free, 3=Hand,Face free)
218    INTEGER(iwp) ::  iq                      = 0  !< loop index of irradiance quantity
219    INTEGER(iwp) ::  pobi                    = 0  !< loop index of the position of corresponding byte within ibset byte vektor
220    INTEGER(iwp) ::  obstruction_direct_beam = 0  !< Obstruction information for direct beam   
221    INTEGER(iwp) ::  zi                      = 0  !< loop index in zenith direction
222
223    INTEGER(KIND=1), DIMENSION(0:44)  ::  obstruction_temp1 = 0  !< temporary obstruction information stored with ibset
224    INTEGER(iwp),    DIMENSION(0:359) ::  obstruction_temp2 = 0  !< restored temporary obstruction information from ibset file
225
226    INTEGER(iwp), DIMENSION(0:35,0:9) ::  obstruction       = 1  !< final 2D obstruction information array
227
228    LOGICAL ::  consider_obstructions = .TRUE.   !< namelist parameter (see documentation)
229    LOGICAL ::  sun_in_south          = .FALSE.  !< namelist parameter (see documentation)
230    LOGICAL ::  turn_to_sun           = .TRUE.   !< namelist parameter (see documentation)
231    LOGICAL ::  uv_exposure           = .FALSE.  !< namelist parameter (see documentation)
232
233    REAL(wp) ::  diffuse_exposure            =   0.0_wp  !< calculated exposure by diffuse radiation
234    REAL(wp) ::  direct_exposure             =   0.0_wp  !< calculated exposure by direct solar beam   
235    REAL(wp) ::  orientation_angle           =   0.0_wp  !< orientation of front/face of the human model   
236    REAL(wp) ::  projection_area_direct_beam =   0.0_wp  !< projection area for direct solar beam
237    REAL(wp) ::  saa                         = 180.0_wp  !< solar azimuth angle
238    REAL(wp) ::  startpos_human              =   0.0_wp  !< start value for azimuth interpolation of human geometry array
239    REAL(wp) ::  startpos_saa_float          =   0.0_wp  !< start value for azimuth interpolation of radiance array
240    REAL(wp) ::  sza                         =  20.0_wp  !< solar zenith angle
241    REAL(wp) ::  xfactor                     =   0.0_wp  !< relative x-position used for interpolation
242    REAL(wp) ::  yfactor                     =   0.0_wp  !< relative y-position used for interpolation
243
244    REAL(wp), DIMENSION(0:2)  ::  irradiance =   0.0_wp  !< iradiance values extracted from irradiance lookup table 
245
246    REAL(wp), DIMENSION(0:2,0:90) ::  irradiance_lookup_table      = 0.0_wp  !< irradiance lookup table
247    REAL(wp), DIMENSION(0:35,0:9) ::  integration_array            = 0.0_wp  !< solid angle factors for hemispherical integration
248    REAL(wp), DIMENSION(0:35,0:9) ::  projection_area              = 0.0_wp  !< projection areas of a human (all directions)
249    REAL(wp), DIMENSION(0:35,0:9) ::  projection_area_lookup_table = 0.0_wp  !< human geometry lookup table (projection areas)
250    REAL(wp), DIMENSION(0:71,0:9) ::  projection_area_direct_temp  = 0.0_wp  !< temporary projection area for direct solar beam
251    REAL(wp), DIMENSION(0:71,0:9) ::  projection_area_temp         = 0.0_wp  !< temporary projection area for all directions
252    REAL(wp), DIMENSION(0:35,0:9) ::  radiance_array               = 0.0_wp  !< radiance extracted from radiance_lookup_table 
253    REAL(wp), DIMENSION(0:71,0:9) ::  radiance_array_temp          = 0.0_wp  !< temporary radiance data
254
255    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  vitd3_exposure  !< result variable for instantaneous vitamin-D weighted exposures
256    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  vitd3_dose      !< result variable for summation of vitamin-D weighted exposures
257
258    REAL(wp), DIMENSION(0:35,0:9,0:90) ::  radiance_lookup_table   = 0.0_wp  !< radiance lookup table
259
260!
261!-- INTERFACES that must be available to other modules (alphabetical order)
262
263    PUBLIC bio_3d_data_averaging, bio_check_data_output,                       &
264    bio_calculate_mrt_grid, bio_calculate_thermal_index_maps, bio_calc_ipt,    &
265    bio_check_parameters, bio_data_output_3d, bio_data_output_2d,              &
266    bio_define_netcdf_grid, bio_get_thermal_index_input_ij, bio_header,        &
267    bio_init, bio_init_checks, bio_parin, thermal_comfort,                     &
268    bio_nmrtbl, bio_wrd_local, bio_rrd_local, bio_wrd_global, bio_rrd_global
269!
270!-- UVEM PUBLIC variables and methods
271    PUBLIC bio_calculate_uv_exposure, uv_exposure
272
273!
274!-- PALM interfaces:
275!
276!-- 3D averaging for HTCM _INPUT_ variables
277    INTERFACE bio_3d_data_averaging
278       MODULE PROCEDURE bio_3d_data_averaging
279    END INTERFACE bio_3d_data_averaging
280!
281!-- Calculate mtr from rtm fluxes and assign into 2D grid
282    INTERFACE bio_calculate_mrt_grid
283       MODULE PROCEDURE bio_calculate_mrt_grid
284    END INTERFACE bio_calculate_mrt_grid
285!
286!-- Calculate static thermal indices PT, UTCI and/or PET
287    INTERFACE bio_calculate_thermal_index_maps
288       MODULE PROCEDURE bio_calculate_thermal_index_maps
289    END INTERFACE bio_calculate_thermal_index_maps
290!
291!-- Calculate the dynamic index iPT (to be caled by the agent model)
292    INTERFACE bio_calc_ipt
293       MODULE PROCEDURE bio_calc_ipt
294    END INTERFACE bio_calc_ipt
295!
296!-- Data output checks for 2D/3D data to be done in check_parameters
297    INTERFACE bio_check_data_output
298       MODULE PROCEDURE bio_check_data_output
299    END INTERFACE bio_check_data_output
300!
301!-- Input parameter checks to be done in check_parameters
302    INTERFACE bio_check_parameters
303       MODULE PROCEDURE bio_check_parameters
304    END INTERFACE bio_check_parameters
305!
306!-- Data output of 2D quantities
307    INTERFACE bio_data_output_2d
308       MODULE PROCEDURE bio_data_output_2d
309    END INTERFACE bio_data_output_2d
310!
311!-- no 3D data, thus, no averaging of 3D data, removed
312    INTERFACE bio_data_output_3d
313       MODULE PROCEDURE bio_data_output_3d
314    END INTERFACE bio_data_output_3d
315!
316!-- Definition of data output quantities
317    INTERFACE bio_define_netcdf_grid
318       MODULE PROCEDURE bio_define_netcdf_grid
319    END INTERFACE bio_define_netcdf_grid
320!
321!-- Obtains all relevant input values to estimate local thermal comfort/stress
322    INTERFACE bio_get_thermal_index_input_ij
323       MODULE PROCEDURE bio_get_thermal_index_input_ij
324    END INTERFACE bio_get_thermal_index_input_ij
325!
326!-- Output of information to the header file
327    INTERFACE bio_header
328       MODULE PROCEDURE bio_header
329    END INTERFACE bio_header
330!
331!-- Initialization actions
332    INTERFACE bio_init
333       MODULE PROCEDURE bio_init
334    END INTERFACE bio_init
335!
336!-- Initialization checks
337    INTERFACE bio_init_checks
338       MODULE PROCEDURE bio_init_checks
339    END INTERFACE bio_init_checks
340!
341!-- Reading of NAMELIST parameters
342    INTERFACE bio_parin
343       MODULE PROCEDURE bio_parin
344    END INTERFACE bio_parin
345!
346!-- Read global restart parameters
347    INTERFACE bio_rrd_global
348       MODULE PROCEDURE bio_rrd_global
349    END INTERFACE bio_rrd_global
350!
351!-- Read local restart parameters
352    INTERFACE bio_rrd_local
353       MODULE PROCEDURE bio_rrd_local
354    END INTERFACE bio_rrd_local
355!
356!-- Write global restart parameters
357    INTERFACE bio_wrd_global
358       MODULE PROCEDURE bio_wrd_global
359    END INTERFACE bio_wrd_global
360!
361!-- Write local restart parameters
362    INTERFACE bio_wrd_local
363       MODULE PROCEDURE bio_wrd_local
364    END INTERFACE bio_wrd_local
365!
366!-- Calculate UV exposure grid
367    INTERFACE bio_calculate_uv_exposure
368       MODULE PROCEDURE bio_calculate_uv_exposure
369    END INTERFACE bio_calculate_uv_exposure
370
371 CONTAINS
372
373
374!------------------------------------------------------------------------------!
375! Description:
376! ------------
377!> Sum up and time-average biom input quantities as well as allocate
378!> the array necessary for storing the average.
379!> There is a considerable difference to the 3d_data_averaging subroutines
380!> used by other modules:
381!> For the thermal indices, the module needs to average the input conditions
382!> not the result!
383!------------------------------------------------------------------------------!
384 SUBROUTINE bio_3d_data_averaging( mode, variable )
385
386    IMPLICIT NONE
387
388    CHARACTER (LEN=*) ::  mode     !< averaging mode: allocate, sum, or average
389    CHARACTER (LEN=*) ::  variable !< The variable in question
390
391    INTEGER(iwp) ::  i        !< Running index, x-dir
392    INTEGER(iwp) ::  j        !< Running index, y-dir
393    INTEGER(iwp) ::  k        !< Running index, z-dir
394
395
396    IF ( mode == 'allocate' )  THEN
397
398       SELECT CASE ( TRIM( variable ) )
399
400          CASE ( 'bio_mrt' )
401
402                IF ( .NOT. ALLOCATED( mrt_av_grid ) )  THEN
403                   ALLOCATE( mrt_av_grid(nmrtbl) )
404                ENDIF
405                mrt_av_grid = 0.0_wp
406                do_average_mrt = .FALSE.  !< overwrite if that was enabled somehow
407
408
409          CASE ( 'bio_perct*', 'bio_utci*', 'bio_pet*', 'bio_mrt*' )
410
411!
412!--          Averaging, as well as the allocation of the required grids must be
413!--          done only once, independent from for how many thermal indices
414!--          averaged output is desired.
415!--          Therefore wee need to memorize which index is the one that controls
416!--          the averaging (what must be the first thermal index called).
417!--          Indices are in unknown order as depending on the input file,
418!--          determine first index to average und update only once
419!
420!--          Only proceed here if this was not done for any index before. This
421!--          is done only once during the whole model run.
422             IF ( .NOT. average_trigger_perct  .AND.                           &
423                  .NOT. average_trigger_utci   .AND.                           &
424                  .NOT. average_trigger_pet    .AND.                           &
425                  .NOT. average_trigger_mrt )  THEN
426!
427!--             Memorize the first index called to control averaging
428                IF ( TRIM( variable ) == 'bio_perct*' )  THEN
429                    average_trigger_perct = .TRUE.
430                ENDIF
431                IF ( TRIM( variable ) == 'bio_utci*' )  THEN
432                    average_trigger_utci = .TRUE.
433                ENDIF
434                IF ( TRIM( variable ) == 'bio_pet*' )  THEN
435                    average_trigger_pet = .TRUE.
436                ENDIF
437                IF ( TRIM( variable ) == 'bio_mrt*' )  THEN
438                    average_trigger_mrt = .TRUE.
439                ENDIF
440             ENDIF
441!
442!--          Allocation of the input _av grids was moved to the "sum" section to
443!--          make sure averaging is only done once!
444
445
446          CASE ( 'uvem_vitd3dose*' )
447             IF ( .NOT. ALLOCATED( vitd3_dose ) )  THEN
448                ALLOCATE( vitd3_dose(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
449             ENDIF
450             vitd3_dose = 0.0_wp
451
452          CASE DEFAULT
453             CONTINUE
454
455       END SELECT
456
457    ELSEIF ( mode == 'sum' )  THEN
458
459       SELECT CASE ( TRIM( variable ) )
460
461          CASE ( 'bio_mrt' )
462!
463!--          Consider the case 'bio_mrt' is called after some thermal index. In
464!--          that case do_average_mrt will be .TRUE. leading to a double-
465!--          averaging.
466             IF ( .NOT. do_average_mrt  .AND.  ALLOCATED( mrt_av_grid ) )  THEN
467
468                IF ( mrt_include_sw )  THEN
469                   mrt_av_grid(:) = mrt_av_grid(:) +                           &
470                      ( ( human_absorb * mrtinsw(:) +                          &
471                      mrtinlw(:) ) /                                           &
472                      ( human_emiss * sigma_sb ) )**.25_wp - degc_to_k
473                ELSE
474                   mrt_av_grid(:) = mrt_av_grid(:) +                           &
475                      ( mrtinlw(:) /                                           &
476                      ( human_emiss * sigma_sb ) )**.25_wp - degc_to_k
477                ENDIF
478             ENDIF
479
480          CASE ( 'bio_perct*', 'bio_utci*', 'bio_pet*', 'bio_mrt*' )
481!
482!--          Only continue if the current index is the one to trigger the input
483!--          averaging, see above
484             IF ( average_trigger_perct  .AND.  TRIM( variable ) /=            &
485                'bio_perct*')  RETURN
486             IF ( average_trigger_utci   .AND.  TRIM( variable ) /=            &
487                'bio_utci*')   RETURN
488             IF ( average_trigger_pet    .AND.  TRIM( variable ) /=            &
489                'bio_pet*')    RETURN
490             IF ( average_trigger_mrt    .AND.  TRIM( variable ) /=            &
491                'bio_mrt*')    RETURN
492!
493!--          Now memorize which of the input grids are not averaged by other
494!--          modules. Set averaging switch to .TRUE. and allocate the respective
495!--          grid in that case.
496             IF ( .NOT. ALLOCATED( pt_av ) )  THEN  !< if not averaged by other module
497                ALLOCATE( pt_av(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
498                do_average_theta = .TRUE.  !< memorize, that bio is responsible
499                pt_av = 0.0_wp
500             ENDIF
501             IF ( ALLOCATED( pt_av )  .AND.  do_average_theta )  THEN
502                DO  i = nxl, nxr
503                   DO  j = nys, nyn
504                      DO  k = nzb, nzt+1
505                         pt_av(k,j,i) = pt_av(k,j,i) + pt(k,j,i)
506                      ENDDO
507                   ENDDO
508                ENDDO
509             ENDIF
510
511             IF ( .NOT. ALLOCATED( q_av ) )  THEN
512                ALLOCATE( q_av(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
513                do_average_q = .TRUE.
514                q_av = 0.0_wp
515             ENDIF
516             IF ( ALLOCATED( q_av )  .AND.  do_average_q )  THEN
517                DO  i = nxl, nxr
518                   DO  j = nys, nyn
519                      DO  k = nzb, nzt+1
520                         q_av(k,j,i) = q_av(k,j,i) + q(k,j,i)
521                      ENDDO
522                   ENDDO
523                ENDDO
524             ENDIF
525
526!
527!-- u_av, v_av and w_av are always allocated
528             IF ( .NOT. ALLOCATED( u_av ) )  THEN
529                ALLOCATE( u_av(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
530                do_average_u = .TRUE.
531                u_av = 0.0_wp
532             ENDIF
533             IF ( ALLOCATED( u_av )  .AND.  do_average_u )  THEN
534                DO  i = nxlg, nxrg       !< yes, ghost points are required here!
535                   DO  j = nysg, nyng
536                      DO  k = nzb, nzt+1
537                         u_av(k,j,i) = u_av(k,j,i) + u(k,j,i)
538                      ENDDO
539                   ENDDO
540                ENDDO
541             ENDIF
542
543             IF ( .NOT. ALLOCATED( v_av ) )  THEN
544                ALLOCATE( v_av(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
545                do_average_v = .TRUE.
546                v_av = 0.0_wp
547             ENDIF
548             IF ( ALLOCATED( v_av )  .AND.  do_average_v )  THEN
549                DO  i = nxlg, nxrg       !< yes, ghost points are required here!
550                   DO  j = nysg, nyng
551                      DO  k = nzb, nzt+1
552                         v_av(k,j,i) = v_av(k,j,i) + v(k,j,i)
553                      ENDDO
554                   ENDDO
555                ENDDO
556             ENDIF
557
558             IF ( .NOT. ALLOCATED( w_av ) )  THEN
559                ALLOCATE( w_av(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
560                do_average_w = .TRUE.
561                w_av = 0.0_wp
562             ENDIF
563             IF ( ALLOCATED( w_av )  .AND.  do_average_w )  THEN
564                DO  i = nxlg, nxrg       !< yes, ghost points are required here!
565                   DO  j = nysg, nyng
566                      DO  k = nzb, nzt+1
567                         w_av(k,j,i) = w_av(k,j,i) + w(k,j,i)
568                      ENDDO
569                   ENDDO
570                ENDDO
571             ENDIF
572
573             IF ( .NOT. ALLOCATED( mrt_av_grid ) )  THEN
574                ALLOCATE( mrt_av_grid(nmrtbl) )
575                do_average_mrt = .TRUE.
576                mrt_av_grid = 0.0_wp
577             ENDIF
578             IF ( ALLOCATED( mrt_av_grid )  .AND.  do_average_mrt )  THEN
579
580                IF ( mrt_include_sw )  THEN
581                   mrt_av_grid(:) = mrt_av_grid(:) +                           &
582                      ( ( human_absorb * mrtinsw(:) +                          &
583                      mrtinlw(:) ) /                                           &
584                      ( human_emiss * sigma_sb ) )**.25_wp - degc_to_k
585                ELSE
586                   mrt_av_grid(:) = mrt_av_grid(:) +                           &
587                      ( mrtinlw(:) /                                           &
588                      ( human_emiss * sigma_sb ) )**.25_wp - degc_to_k
589                ENDIF
590             ENDIF
591!
592!--       This is a cumulated dose. No mode == 'average' for this quantity.
593          CASE ( 'uvem_vitd3dose*' )
594             IF ( ALLOCATED( vitd3_dose ) )  THEN
595                DO  i = nxlg, nxrg
596                   DO  j = nysg, nyng
597                      vitd3_dose(j,i) = vitd3_dose(j,i) + vitd3_exposure(j,i)
598                   ENDDO
599                ENDDO
600             ENDIF
601
602          CASE DEFAULT
603             CONTINUE
604
605       END SELECT
606
607    ELSEIF ( mode == 'average' )  THEN
608
609       SELECT CASE ( TRIM( variable ) )
610
611          CASE ( 'bio_mrt' )
612!
613!--          Consider the case 'bio_mrt' is called after some thermal index. In
614!--          that case do_average_mrt will be .TRUE. leading to a double-
615!--          averaging.
616             IF ( .NOT. do_average_mrt  .AND.  ALLOCATED( mrt_av_grid ) )  THEN
617                mrt_av_grid(:) = mrt_av_grid(:) / REAL( average_count_3d, KIND=wp )
618             ENDIF
619
620          CASE ( 'bio_perct*', 'bio_utci*', 'bio_pet*', 'bio_mrt*' )
621!
622!--          Only continue if update index, see above
623             IF ( average_trigger_perct  .AND.                                 &
624                TRIM( variable ) /= 'bio_perct*' )  RETURN
625             IF ( average_trigger_utci  .AND.                                  &
626                TRIM( variable ) /= 'bio_utci*' )  RETURN
627             IF ( average_trigger_pet   .AND.                                  &
628                TRIM( variable ) /= 'bio_pet*' )  RETURN
629             IF ( average_trigger_mrt   .AND.                                  &
630                TRIM( variable ) /= 'bio_mrt*' )  RETURN
631
632             IF ( ALLOCATED( pt_av )  .AND.  do_average_theta )  THEN
633                DO  i = nxl, nxr
634                   DO  j = nys, nyn
635                      DO  k = nzb, nzt+1
636                         pt_av(k,j,i) = pt_av(k,j,i) /                         &
637                            REAL( average_count_3d, KIND=wp )
638                      ENDDO
639                   ENDDO
640                ENDDO
641             ENDIF
642
643             IF ( ALLOCATED( q_av )  .AND.  do_average_q )  THEN
644                DO  i = nxl, nxr
645                   DO  j = nys, nyn
646                      DO  k = nzb, nzt+1
647                         q_av(k,j,i) = q_av(k,j,i) /                           &
648                            REAL( average_count_3d, KIND=wp )
649                      ENDDO
650                   ENDDO
651                ENDDO
652             ENDIF
653
654             IF ( ALLOCATED( u_av )  .AND.  do_average_u )  THEN
655                DO  i = nxlg, nxrg       !< yes, ghost points are required here!
656                   DO  j = nysg, nyng
657                      DO  k = nzb, nzt+1
658                         u_av(k,j,i) = u_av(k,j,i) /                           &
659                            REAL( average_count_3d, KIND=wp )
660                      ENDDO
661                   ENDDO
662                ENDDO
663             ENDIF
664
665             IF ( ALLOCATED( v_av )  .AND.  do_average_v )  THEN
666                DO  i = nxlg, nxrg
667                   DO  j = nysg, nyng
668                      DO  k = nzb, nzt+1
669                         v_av(k,j,i) = v_av(k,j,i) /                           &
670                            REAL( average_count_3d, KIND=wp )
671                      ENDDO
672                   ENDDO
673                ENDDO
674             ENDIF
675
676             IF ( ALLOCATED( w_av )  .AND.  do_average_w )  THEN
677                DO  i = nxlg, nxrg
678                   DO  j = nysg, nyng
679                      DO  k = nzb, nzt+1
680                         w_av(k,j,i) = w_av(k,j,i) /                           &
681                            REAL( average_count_3d, KIND=wp )
682                      ENDDO
683                   ENDDO
684                ENDDO
685             ENDIF
686
687             IF ( ALLOCATED( mrt_av_grid )  .AND.  do_average_mrt )  THEN
688                mrt_av_grid(:) = mrt_av_grid(:) / REAL( average_count_3d,      &
689                KIND=wp )
690             ENDIF
691
692!
693!--     No averaging for UVEM since we are calculating a dose (only sum is
694!--     calculated and saved to av.nc file)
695
696        END SELECT
697
698    ENDIF
699
700
701 END SUBROUTINE bio_3d_data_averaging
702
703
704
705!------------------------------------------------------------------------------!
706! Description:
707! ------------
708!> Check data output for biometeorology model
709!------------------------------------------------------------------------------!
710 SUBROUTINE bio_check_data_output( var, unit, i, j, ilen, k )
711
712    USE control_parameters,                                                    &
713        ONLY: data_output, message_string
714
715    IMPLICIT NONE
716
717    CHARACTER (LEN=*) ::  unit     !< The unit for the variable var
718    CHARACTER (LEN=*) ::  var      !< The variable in question
719
720    INTEGER(iwp), INTENT(IN) ::  i     !< Current element of data_output
721    INTEGER(iwp), INTENT(IN) ::  j     !< Average quantity? 0 = no, 1 = yes
722    INTEGER(iwp), INTENT(IN) ::  ilen  !< Length of current entry in data_output
723    INTEGER(iwp), INTENT(IN) ::  k     !< Output is xy mode? 0 = no, 1 = yes
724
725    SELECT CASE ( TRIM( var ) )
726!
727!--    Allocate a temporary array with the desired output dimensions.
728!--    Arrays for time-averaged thermal indices are also allocated here because
729!--    they are not running through the standard averaging procedure in
730!--    bio_3d_data_averaging as the values of the averaged thermal indices are
731!--    derived in a single step based on priorly averaged arrays (see
732!--    bio_calculate_thermal_index_maps).
733       CASE ( 'bio_mrt', 'bio_mrt*' )
734          unit = 'degree_C'
735          thermal_comfort = .TRUE.  !< enable thermal_comfort if user forgot to do so
736          IF ( .NOT. ALLOCATED( tmrt_grid ) )  THEN
737             ALLOCATE( tmrt_grid (nys:nyn,nxl:nxr) )
738             tmrt_grid = REAL( bio_fill_value, KIND = wp )
739          ENDIF
740          IF ( TRIM( var ) == 'bio_mrt*' )  THEN
741             do_calculate_mrt2d = .TRUE.
742          END IF
743
744       CASE ( 'bio_perct*' )
745          unit = 'degree_C'
746          thermal_comfort = .TRUE.
747          IF ( j == 0 )  THEN                !< if instantaneous input
748             do_calculate_perct = .TRUE.
749             IF ( .NOT. ALLOCATED( perct ) )  THEN
750                ALLOCATE( perct (nys:nyn,nxl:nxr) )
751                perct = REAL( bio_fill_value, KIND = wp )
752             ENDIF
753          ELSE                              !< if averaged input
754             do_calculate_perct_av = .TRUE.
755             IF ( .NOT. ALLOCATED( perct_av ) )  THEN
756                ALLOCATE( perct_av (nys:nyn,nxl:nxr) )
757                perct_av = REAL( bio_fill_value, KIND = wp )
758             ENDIF
759          ENDIF
760
761       CASE ( 'bio_utci*' )
762          unit = 'degree_C'
763          thermal_comfort = .TRUE.
764          IF ( j == 0 )  THEN
765             do_calculate_utci = .TRUE.
766             IF ( .NOT. ALLOCATED( utci ) )  THEN
767                ALLOCATE( utci (nys:nyn,nxl:nxr) )
768                utci = REAL( bio_fill_value, KIND = wp )
769             ENDIF
770          ELSE
771             do_calculate_utci_av = .TRUE.
772             IF ( .NOT. ALLOCATED( utci_av ) )  THEN
773                ALLOCATE( utci_av (nys:nyn,nxl:nxr) )
774                utci_av = REAL( bio_fill_value, KIND = wp )
775             ENDIF
776          ENDIF
777
778       CASE ( 'bio_pet*' )
779          unit = 'degree_C'
780          thermal_comfort = .TRUE.
781          IF ( j == 0 )  THEN
782             do_calculate_pet = .TRUE.
783             IF ( .NOT. ALLOCATED( pet ) )  THEN
784                ALLOCATE( pet (nys:nyn,nxl:nxr) )
785                pet = REAL( bio_fill_value, KIND = wp )
786             ENDIF
787          ELSE
788             do_calculate_pet_av = .TRUE.
789             IF ( .NOT. ALLOCATED( pet_av ) )  THEN
790                ALLOCATE( pet_av (nys:nyn,nxl:nxr) )
791                pet_av = REAL( bio_fill_value, KIND = wp )
792             ENDIF
793          ENDIF
794
795
796       CASE ( 'uvem_vitd3*' )
797!           IF (  .NOT.  uv_exposure )  THEN
798!              message_string = 'output of "' // TRIM( var ) // '" requi' //     &
799!                       'res a namelist &uvexposure_par'
800!              CALL message( 'uvem_check_data_output', 'UV0001', 1, 2, 0, 6, 0 )
801!           ENDIF
802          IF ( k == 0  .OR.  data_output(i)(ilen-2:ilen) /= '_xy' )  THEN
803             message_string = 'illegal value for data_output: "' //            &
804                              TRIM( var ) // '" & only 2d-horizontal ' //      &
805                              'cross sections are allowed for this value'
806             CALL message( 'check_parameters', 'PA0111', 1, 2, 0, 6, 0 )
807          ENDIF
808          unit = 'IU/s'
809          IF ( .NOT. ALLOCATED( vitd3_exposure ) )  THEN
810             ALLOCATE( vitd3_exposure(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
811          ENDIF
812          vitd3_exposure = 0.0_wp
813
814       CASE ( 'uvem_vitd3dose*' )
815!           IF (  .NOT.  uv_exposure )  THEN
816!              message_string = 'output of "' // TRIM( var ) // '" requi' //     &
817!                       'res  a namelist &uvexposure_par'
818!              CALL message( 'uvem_check_data_output', 'UV0001', 1, 2, 0, 6, 0 )
819!           ENDIF
820          IF ( k == 0  .OR.  data_output(i)(ilen-2:ilen) /= '_xy' )  THEN
821             message_string = 'illegal value for data_output: "' //            &
822                              TRIM( var ) // '" & only 2d-horizontal ' //      &
823                              'cross sections are allowed for this value'
824             CALL message( 'check_parameters', 'PA0111', 1, 2, 0, 6, 0 )
825          ENDIF
826          unit = 'IU/av-h'
827          IF ( .NOT. ALLOCATED( vitd3_dose ) )  THEN
828             ALLOCATE( vitd3_dose(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
829          ENDIF
830          vitd3_dose = 0.0_wp
831
832       CASE DEFAULT
833          unit = 'illegal'
834
835    END SELECT
836
837!
838!--    Further checks if thermal comfort output is desired.
839    IF ( thermal_comfort  .AND.  unit == 'degree_C' )  THEN
840!
841!--    Break if required modules "radiation" is not avalable.
842       IF ( .NOT.  radiation )  THEN
843          message_string = 'output of "' // TRIM( var ) // '" require'         &
844                           // 's radiation = .TRUE.'
845          CALL message( 'check_parameters', 'PA0509', 1, 2, 0, 6, 0 )
846          unit = 'illegal'
847       ENDIF
848!
849!--    All "thermal_comfort" outputs except from 'bio_mrt' will also need
850!--    humidity input. Check also for that.
851       IF ( TRIM( var ) /= 'bio_mrt' )  THEN
852          IF ( .NOT.  humidity )  THEN
853             message_string = 'The estimation of thermal comfort '    //       &
854                              'requires air humidity information, but ' //     &
855                              'humidity module is disabled!'
856             CALL message( 'check_parameters', 'PA0561', 1, 2, 0, 6, 0 )
857             unit = 'illegal'
858          ENDIF
859       ENDIF
860
861
862    ENDIF
863
864 END SUBROUTINE bio_check_data_output
865
866!------------------------------------------------------------------------------!
867! Description:
868! ------------
869!> Check parameters routine for biom module
870!> Currently unused but might come in handy for future checks?
871!------------------------------------------------------------------------------!
872 SUBROUTINE bio_check_parameters
873
874
875    IMPLICIT NONE
876
877
878
879 END SUBROUTINE bio_check_parameters
880
881
882!------------------------------------------------------------------------------!
883! Description:
884! ------------
885!> Subroutine defining 2D output variables
886!> data_output_2d 1188ff
887!------------------------------------------------------------------------------!
888 SUBROUTINE bio_data_output_2d( av, variable, found, grid, local_pf,           &
889                                two_d, nzb_do, nzt_do )
890
891
892    USE kinds
893
894
895    IMPLICIT NONE
896!
897!-- Input variables
898    CHARACTER (LEN=*), INTENT(IN) ::  variable    !< Char identifier to select var for output
899    INTEGER(iwp), INTENT(IN)      ::  av          !< Use averaged data? 0 = no, 1 = yes?
900    INTEGER(iwp), INTENT(IN)      ::  nzb_do      !< Unused. 2D. nz bottom to nz top
901    INTEGER(iwp), INTENT(IN)      ::  nzt_do      !< Unused.
902!
903!-- Output variables
904    CHARACTER (LEN=*), INTENT(OUT) ::  grid   !< Grid type (always "zu1" for biom)
905    LOGICAL, INTENT(OUT)           ::  found  !< Output found?
906    LOGICAL, INTENT(OUT)           ::  two_d  !< Flag parameter that indicates 2D variables,
907                                              !< horizontal cross sections, must be .TRUE. for thermal indices and uv
908    REAL(wp), DIMENSION(nxl:nxr,nys:nyn,nzb_do:nzt_do) ::  local_pf  !< Temp. result grid to return
909!
910!-- Internal variables
911    INTEGER(iwp) ::  i        !< Running index, x-dir
912    INTEGER(iwp) ::  j        !< Running index, y-dir
913    INTEGER(iwp) ::  k        !< Running index, z-dir
914    INTEGER(iwp) ::  l        !< Running index, radiation grid
915
916
917    found = .TRUE.
918    local_pf = bio_fill_value
919
920    SELECT CASE ( TRIM( variable ) )
921
922
923        CASE ( 'bio_mrt_xy' )
924           grid = 'zu1'
925           two_d = .FALSE.  !< can be calculated for several levels
926           local_pf = REAL( bio_fill_value, KIND = wp )
927           DO  l = 1, nmrtbl
928              i = mrtbl(ix,l)
929              j = mrtbl(iy,l)
930              k = mrtbl(iz,l)
931              IF ( k < nzb_do  .OR.  k > nzt_do  .OR.  j < nys  .OR.           &
932                 j > nyn  .OR.  i < nxl  .OR.  i > nxr )  CYCLE
933              IF ( av == 0 )  THEN
934                 IF ( mrt_include_sw )  THEN
935                    local_pf(i,j,k) = ( ( human_absorb * mrtinsw(l) +          &
936                                    mrtinlw(l) ) /                             &
937                                    ( human_emiss * sigma_sb ) )**.25_wp -     &
938                                    degc_to_k
939                 ELSE
940                    local_pf(i,j,k) = ( mrtinlw(l)  /                          &
941                                    ( human_emiss * sigma_sb ) )**.25_wp -     &
942                                    degc_to_k
943                 ENDIF
944              ELSE
945                 local_pf(i,j,k) = mrt_av_grid(l)
946              ENDIF
947           ENDDO
948
949        CASE ( 'bio_mrt*_xy' )        ! 2d-array
950           grid = 'zu1'
951           two_d = .TRUE.
952           IF ( av == 0 )  THEN
953              DO  i = nxl, nxr
954                 DO  j = nys, nyn
955                    local_pf(i,j,nzb+1) = tmrt_grid(j,i)
956                 ENDDO
957              ENDDO
958           ELSE
959              DO  i = nxl, nxr
960                 DO  j = nys, nyn
961                    local_pf(i,j,nzb+1) = tmrt_av_grid(j,i)
962                 ENDDO
963              ENDDO
964           ENDIF
965
966
967        CASE ( 'bio_perct*_xy' )        ! 2d-array
968           grid = 'zu1'
969           two_d = .TRUE.
970           IF ( av == 0 )  THEN
971              DO  i = nxl, nxr
972                 DO  j = nys, nyn
973                    local_pf(i,j,nzb+1) = perct(j,i)
974                 ENDDO
975              ENDDO
976           ELSE
977              DO  i = nxl, nxr
978                 DO  j = nys, nyn
979                    local_pf(i,j,nzb+1) = perct_av(j,i)
980                 ENDDO
981              ENDDO
982           ENDIF
983
984
985        CASE ( 'bio_utci*_xy' )        ! 2d-array
986           grid = 'zu1'
987           two_d = .TRUE.
988           IF ( av == 0 )  THEN
989              DO  i = nxl, nxr
990                 DO  j = nys, nyn
991                    local_pf(i,j,nzb+1) = utci(j,i)
992                 ENDDO
993              ENDDO
994           ELSE
995              DO  i = nxl, nxr
996                 DO  j = nys, nyn
997                    local_pf(i,j,nzb+1) = utci_av(j,i)
998                 ENDDO
999              ENDDO
1000           ENDIF
1001
1002
1003        CASE ( 'bio_pet*_xy' )        ! 2d-array
1004           grid = 'zu1'
1005           two_d = .TRUE.
1006           IF ( av == 0 )  THEN
1007              DO  i = nxl, nxr
1008                 DO  j = nys, nyn
1009                    local_pf(i,j,nzb+1) = pet(j,i)
1010                 ENDDO
1011              ENDDO
1012           ELSE
1013              DO  i = nxl, nxr
1014                 DO  j = nys, nyn
1015                    local_pf(i,j,nzb+1) = pet_av(j,i)
1016                 ENDDO
1017              ENDDO
1018           ENDIF
1019
1020!
1021!--    Before data is transfered to local_pf, transfer is it 2D dummy variable and exchange ghost points therein.
1022!--    However, at this point this is only required for instantaneous arrays, time-averaged quantities are already exchanged.
1023       CASE ( 'uvem_vitd3*_xy' )        ! 2d-array
1024          IF ( av == 0 )  THEN
1025             DO  i = nxl, nxr
1026                DO  j = nys, nyn
1027                   local_pf(i,j,nzb+1) = vitd3_exposure(j,i)
1028                ENDDO
1029             ENDDO
1030          ENDIF
1031
1032          two_d = .TRUE.
1033          grid = 'zu1'
1034
1035       CASE ( 'uvem_vitd3dose*_xy' )        ! 2d-array
1036          IF ( av == 1 )  THEN
1037             DO  i = nxl, nxr
1038                DO  j = nys, nyn
1039                   local_pf(i,j,nzb+1) = vitd3_dose(j,i)
1040                ENDDO
1041             ENDDO
1042          ENDIF
1043
1044          two_d = .TRUE.
1045          grid = 'zu1'
1046
1047
1048       CASE DEFAULT
1049          found = .FALSE.
1050          grid  = 'none'
1051
1052    END SELECT
1053
1054
1055 END SUBROUTINE bio_data_output_2d
1056
1057
1058!------------------------------------------------------------------------------!
1059! Description:
1060! ------------
1061!> Subroutine defining 3D output variables (dummy, always 2d!)
1062!> data_output_3d 709ff
1063!------------------------------------------------------------------------------!
1064 SUBROUTINE bio_data_output_3d( av, variable, found, local_pf, nzb_do, nzt_do )
1065
1066    USE indices
1067
1068    USE kinds
1069
1070
1071    IMPLICIT NONE
1072!
1073!-- Input variables
1074    CHARACTER (LEN=*), INTENT(IN) ::  variable   !< Char identifier to select var for output
1075    INTEGER(iwp), INTENT(IN) ::  av       !< Use averaged data? 0 = no, 1 = yes?
1076    INTEGER(iwp), INTENT(IN) ::  nzb_do   !< Unused. 2D. nz bottom to nz top
1077    INTEGER(iwp), INTENT(IN) ::  nzt_do   !< Unused.
1078!
1079!-- Output variables
1080    LOGICAL, INTENT(OUT) ::  found   !< Output found?
1081    REAL(sp), DIMENSION(nxl:nxr,nys:nyn,nzb_do:nzt_do) ::  local_pf   !< Temp. result grid to return
1082!
1083!-- Internal variables
1084    INTEGER(iwp) ::  l    !< Running index, radiation grid
1085    INTEGER(iwp) ::  i    !< Running index, x-dir
1086    INTEGER(iwp) ::  j    !< Running index, y-dir
1087    INTEGER(iwp) ::  k    !< Running index, z-dir
1088
1089!     REAL(wp) ::  mrt  !< Buffer for mean radiant temperature
1090
1091    found = .TRUE.
1092
1093    SELECT CASE ( TRIM( variable ) )
1094
1095        CASE ( 'bio_mrt' )
1096            local_pf = REAL( bio_fill_value, KIND = sp )
1097            DO  l = 1, nmrtbl
1098               i = mrtbl(ix,l)
1099               j = mrtbl(iy,l)
1100               k = mrtbl(iz,l)
1101               IF ( k < nzb_do  .OR.  k > nzt_do  .OR.  j < nys  .OR.          &
1102                  j > nyn  .OR.  i < nxl  .OR.  i > nxr )  CYCLE
1103               IF ( av == 0 )  THEN
1104                  IF ( mrt_include_sw )  THEN
1105                     local_pf(i,j,k) = REAL( ( ( human_absorb * mrtinsw(l) +   &
1106                                    mrtinlw(l) ) /                             &
1107                                    ( human_emiss * sigma_sb ) )**.25_wp -     &
1108                                    degc_to_k, KIND = sp )
1109                  ELSE
1110                     local_pf(i,j,k) = REAL( ( mrtinlw(l) /                    &
1111                                    ( human_emiss * sigma_sb ) )**.25_wp -     &
1112                                    degc_to_k, KIND = sp )
1113                  ENDIF
1114               ELSE
1115                  local_pf(i,j,k) = REAL( mrt_av_grid(l), KIND = sp )
1116               ENDIF
1117            ENDDO
1118
1119       CASE DEFAULT
1120          found = .FALSE.
1121
1122    END SELECT
1123
1124 END SUBROUTINE bio_data_output_3d
1125
1126!------------------------------------------------------------------------------!
1127! Description:
1128! ------------
1129!> Subroutine defining appropriate grid for netcdf variables.
1130!> It is called out from subroutine netcdf_interface_mod.
1131!> netcdf_interface_mod 918ff
1132!------------------------------------------------------------------------------!
1133 SUBROUTINE bio_define_netcdf_grid( var, found, grid_x, grid_y, grid_z )
1134
1135    IMPLICIT NONE
1136!
1137!-- Input variables
1138    CHARACTER (LEN=*), INTENT(IN)  ::  var      !< Name of output variable
1139!
1140!-- Output variables
1141    CHARACTER (LEN=*), INTENT(OUT) ::  grid_x   !< x grid of output variable
1142    CHARACTER (LEN=*), INTENT(OUT) ::  grid_y   !< y grid of output variable
1143    CHARACTER (LEN=*), INTENT(OUT) ::  grid_z   !< z grid of output variable
1144
1145    LOGICAL, INTENT(OUT)           ::  found    !< Flag if output var is found
1146!
1147!-- Local variables
1148    LOGICAL      :: is2d  !< Var is 2d?
1149
1150    INTEGER(iwp) :: l     !< Length of the var array
1151
1152
1153    found  = .FALSE.
1154    grid_x = 'none'
1155    grid_y = 'none'
1156    grid_z = 'none'
1157
1158    l = MAX( 2, LEN_TRIM( var ) )
1159    is2d = ( var(l-1:l) == 'xy' )
1160
1161    IF ( var(1:4) == 'bio_' )  THEN
1162       found  = .TRUE.
1163       grid_x = 'x'
1164       grid_y = 'y'
1165       grid_z = 'zu'
1166       IF ( is2d  .AND.  var(1:7) /= 'bio_mrt' )  grid_z = 'zu1'
1167    ENDIF
1168
1169    IF ( is2d  .AND.  var(1:4) == 'uvem' )  THEN
1170       grid_x = 'x'
1171       grid_y = 'y'
1172       grid_z = 'zu1'
1173    ENDIF
1174
1175 END SUBROUTINE bio_define_netcdf_grid
1176
1177!------------------------------------------------------------------------------!
1178! Description:
1179! ------------
1180!> Header output for biom module
1181!> header 982
1182!------------------------------------------------------------------------------!
1183 SUBROUTINE bio_header( io )
1184
1185    IMPLICIT NONE
1186!
1187!-- Input variables
1188    INTEGER(iwp), INTENT(IN) ::  io           !< Unit of the output file
1189!
1190!-- Internal variables
1191    CHARACTER (LEN=86) ::  output_height_chr  !< String for output height
1192
1193    WRITE( output_height_chr, '(F8.1,7X)' )  bio_output_height
1194!
1195!-- Write biom header
1196    WRITE( io, 1 )
1197    WRITE( io, 2 )  TRIM( output_height_chr )
1198    WRITE( io, 3 )  TRIM( ACHAR( bio_cell_level ) )
1199
12001   FORMAT (//' Human thermal comfort module information:'/                    &
1201              ' ------------------------------'/)
12022   FORMAT ('    --> All indices calculated for a height of (m): ', A )
12033   FORMAT ('    --> This corresponds to cell level : ', A )
1204
1205 END SUBROUTINE bio_header
1206
1207
1208!------------------------------------------------------------------------------!
1209! Description:
1210! ------------
1211!> Initialization of the HTCM
1212!> init_3d_model 1987ff
1213!------------------------------------------------------------------------------!
1214 SUBROUTINE bio_init
1215
1216    USE netcdf_data_input_mod,                                                 &
1217        ONLY:  netcdf_data_input_uvem
1218
1219    IMPLICIT NONE
1220!
1221!-- Internal vriables
1222    REAL ( wp )  :: height  !< current height in meters
1223
1224    IF ( debug_output )  CALL debug_message( 'bio_init', 'start' )
1225!
1226!-- Determine cell level corresponding to 1.1 m above ground level
1227!   (gravimetric center of sample human)
1228
1229    bio_cell_level = 0_iwp
1230    bio_output_height = 0.5_wp * dz(1)
1231    height = 0.0_wp
1232
1233    bio_cell_level = INT( 1.099_wp / dz(1) )
1234    bio_output_height = bio_output_height + bio_cell_level * dz(1)
1235!
1236!-- Set radiation level if not done by user
1237    IF ( mrt_nlevels == 0 )  THEN
1238       mrt_nlevels = bio_cell_level + 1_iwp
1239    ENDIF
1240!
1241!-- Init UVEM and load lookup tables
1242    IF ( uv_exposure )  CALL netcdf_data_input_uvem
1243
1244    IF ( debug_output )  CALL debug_message( 'bio_init', 'end' )
1245
1246 END SUBROUTINE bio_init
1247
1248
1249!------------------------------------------------------------------------------!
1250! Description:
1251! ------------
1252!> Checks done after the Initialization
1253!------------------------------------------------------------------------------!
1254 SUBROUTINE bio_init_checks
1255
1256    USE control_parameters,                                                    &
1257        ONLY: message_string
1258
1259    IF ( (.NOT. radiation_interactions) .AND. ( thermal_comfort ) )  THEN
1260       message_string = 'The mrt calculation requires ' //                     &
1261                        'enabled radiation_interactions but it ' //            &
1262                        'is disabled!'
1263       CALL message( 'bio_init_checks', 'PAHU03', 1, 2, 0, 6, 0 )
1264    ENDIF
1265
1266
1267 END SUBROUTINE bio_init_checks
1268
1269
1270!------------------------------------------------------------------------------!
1271! Description:
1272! ------------
1273!> Parin for &biometeorology_parameters for reading biomet parameters
1274!------------------------------------------------------------------------------!
1275 SUBROUTINE bio_parin
1276
1277    IMPLICIT NONE
1278
1279!
1280!-- Internal variables
1281    CHARACTER (LEN=80) ::  line  !< Dummy string for current line in parameter file
1282
1283    NAMELIST /biometeorology_parameters/  thermal_comfort,                     &
1284
1285!
1286!-- UVEM namelist parameters
1287                                          clothing,                            &
1288                                          consider_obstructions,               &
1289                                          orientation_angle,                   &
1290                                          sun_in_south,                        &
1291                                          turn_to_sun,                         &
1292                                          uv_exposure
1293
1294
1295!-- Try to find biometeorology_parameters namelist
1296    REWIND ( 11 )
1297    line = ' '
1298    DO WHILE ( INDEX( line, '&biometeorology_parameters' ) == 0 )
1299       READ ( 11, '(A)', END = 20 )  line
1300    ENDDO
1301    BACKSPACE ( 11 )
1302
1303!
1304!-- Read biometeorology_parameters namelist
1305    READ ( 11, biometeorology_parameters, ERR = 10, END = 20 )
1306
1307!
1308!-- Set flag that indicates that the biomet_module is switched on
1309    biometeorology = .TRUE.
1310
1311    GOTO 20
1312
1313!
1314!-- In case of error
1315 10 BACKSPACE( 11 )
1316    READ( 11 , '(A)') line
1317    CALL parin_fail_message( 'biometeorology_parameters', line )
1318
1319!
1320!-- Complete
1321 20 CONTINUE
1322
1323
1324 END SUBROUTINE bio_parin
1325
1326!------------------------------------------------------------------------------!
1327! Description:
1328! ------------
1329!> Soubroutine reads global biometeorology configuration from restart file(s)
1330!------------------------------------------------------------------------------!
1331 SUBROUTINE bio_rrd_global( found )
1332
1333    USE control_parameters,                                                    &
1334        ONLY:  length, restart_string
1335
1336
1337    IMPLICIT NONE
1338
1339    LOGICAL, INTENT(OUT) ::  found      !< variable found? yes = .T., no = .F.
1340
1341    found = .TRUE.
1342
1343
1344    SELECT CASE ( restart_string(1:length) )
1345
1346!
1347!--    read control flags to determine if input grids need to be averaged
1348       CASE ( 'do_average_theta' )
1349          READ ( 13 )  do_average_theta
1350
1351       CASE ( 'do_average_q' )
1352          READ ( 13 )  do_average_q
1353
1354       CASE ( 'do_average_u' )
1355          READ ( 13 )  do_average_u
1356
1357       CASE ( 'do_average_v' )
1358          READ ( 13 )  do_average_v
1359
1360       CASE ( 'do_average_w' )
1361          READ ( 13 )  do_average_w
1362
1363       CASE ( 'do_average_mrt' )
1364          READ ( 13 )  do_average_mrt
1365
1366!
1367!--    read control flags to determine which thermal index needs to trigger averaging
1368       CASE ( 'average_trigger_perct' )
1369          READ ( 13 )  average_trigger_perct
1370
1371       CASE ( 'average_trigger_utci' )
1372          READ ( 13 )  average_trigger_utci
1373
1374       CASE ( 'average_trigger_pet' )
1375          READ ( 13 )  average_trigger_pet
1376
1377       CASE ( 'average_trigger_mrt' )
1378          READ ( 13 )  average_trigger_mrt
1379
1380
1381       CASE DEFAULT
1382
1383          found = .FALSE.
1384
1385    END SELECT
1386
1387
1388 END SUBROUTINE bio_rrd_global
1389
1390
1391!------------------------------------------------------------------------------!
1392! Description:
1393! ------------
1394!> Soubroutine reads local biometeorology configuration from restart file(s)
1395!------------------------------------------------------------------------------!
1396 SUBROUTINE bio_rrd_local( found )
1397
1398
1399    USE control_parameters,                                                    &
1400        ONLY:  length, restart_string
1401
1402
1403    IMPLICIT NONE
1404
1405
1406    LOGICAL, INTENT(OUT) ::  found      !< variable found? yes = .T., no = .F.
1407
1408    found = .TRUE.
1409
1410
1411    SELECT CASE ( restart_string(1:length) )
1412
1413       CASE ( 'nmrtbl' )
1414          READ ( 13 )  bio_nmrtbl
1415
1416       CASE ( 'mrt_av_grid' )
1417          IF ( .NOT. ALLOCATED( mrt_av_grid ) )  THEN
1418             ALLOCATE( mrt_av_grid(bio_nmrtbl) )
1419          ENDIF
1420          READ ( 13 )  mrt_av_grid
1421
1422
1423       CASE DEFAULT
1424
1425          found = .FALSE.
1426
1427    END SELECT
1428
1429
1430 END SUBROUTINE bio_rrd_local
1431
1432!------------------------------------------------------------------------------!
1433! Description:
1434! ------------
1435!> Write global restart data for the biometeorology module.
1436!------------------------------------------------------------------------------!
1437 SUBROUTINE bio_wrd_global
1438
1439    IMPLICIT NONE
1440
1441    CALL wrd_write_string( 'do_average_theta' )
1442    WRITE ( 14 )  do_average_theta
1443    CALL wrd_write_string( 'do_average_q' )
1444    WRITE ( 14 )  do_average_q
1445    CALL wrd_write_string( 'do_average_u' )
1446    WRITE ( 14 )  do_average_u
1447    CALL wrd_write_string( 'do_average_v' )
1448    WRITE ( 14 )  do_average_v
1449    CALL wrd_write_string( 'do_average_w' )
1450    WRITE ( 14 )  do_average_w
1451    CALL wrd_write_string( 'do_average_mrt' )
1452    WRITE ( 14 )  do_average_mrt
1453    CALL wrd_write_string( 'average_trigger_perct' )
1454    WRITE ( 14 )  average_trigger_perct
1455    CALL wrd_write_string( 'average_trigger_utci' )
1456    WRITE ( 14 )  average_trigger_utci
1457    CALL wrd_write_string( 'average_trigger_pet' )
1458    WRITE ( 14 )  average_trigger_pet
1459    CALL wrd_write_string( 'average_trigger_mrt' )
1460    WRITE ( 14 )  average_trigger_mrt
1461
1462 END SUBROUTINE bio_wrd_global
1463
1464
1465!------------------------------------------------------------------------------!
1466! Description:
1467! ------------
1468!> Write local restart data for the biometeorology module.
1469!------------------------------------------------------------------------------!
1470 SUBROUTINE bio_wrd_local
1471
1472    IMPLICIT NONE
1473
1474!
1475!-- First nmrtbl has to be written/read, because it is the dimension of mrt_av_grid
1476    CALL wrd_write_string( 'nmrtbl' )
1477    WRITE ( 14 )  nmrtbl
1478
1479    IF ( ALLOCATED( mrt_av_grid ) )  THEN
1480       CALL wrd_write_string( 'mrt_av_grid' )
1481       WRITE ( 14 )  mrt_av_grid
1482    ENDIF
1483
1484
1485 END SUBROUTINE bio_wrd_local
1486
1487!------------------------------------------------------------------------------!
1488! Description:
1489! ------------
1490!> Calculate biometeorology MRT for all 2D grid
1491!------------------------------------------------------------------------------!
1492 SUBROUTINE bio_calculate_mrt_grid ( av )
1493
1494    IMPLICIT NONE
1495
1496    LOGICAL, INTENT(IN)         ::  av    !< use averaged input?
1497!
1498!-- Internal variables
1499    INTEGER(iwp)                ::  i     !< Running index, x-dir, radiation coordinates
1500    INTEGER(iwp)                ::  j     !< Running index, y-dir, radiation coordinates
1501    INTEGER(iwp)                ::  k     !< Running index, y-dir, radiation coordinates
1502    INTEGER(iwp)                ::  l     !< Running index, radiation coordinates
1503
1504
1505!
1506!-- We need to differentiate if averaged input is desired (av == .TRUE.) or not.
1507    IF ( av )  THEN
1508!
1509!-- Make sure tmrt_av_grid is present and initialize with the fill value
1510       IF ( .NOT. ALLOCATED( tmrt_av_grid ) )  THEN
1511          ALLOCATE( tmrt_av_grid (nys:nyn,nxl:nxr) )
1512       ENDIF
1513       tmrt_av_grid = REAL( bio_fill_value, KIND = wp )
1514
1515!
1516!-- mrt_av_grid should always be allcoated here, but better make sure ist actually is.
1517       IF ( ALLOCATED( mrt_av_grid ) )  THEN
1518!
1519!-- Iterate over the radiation grid (radiation coordinates) and fill the
1520!-- tmrt_av_grid (x, y coordinates) where appropriate:
1521!-- tmrt_av_grid is written for all i / j if level (k) matches output height.
1522          DO  l = 1, nmrtbl
1523             i = mrtbl(ix,l)
1524             j = mrtbl(iy,l)
1525             k = mrtbl(iz,l)
1526             IF ( k - topo_top_ind(j,i,0) == bio_cell_level + 1_iwp)  THEN
1527!
1528!-- Averaging was done before, so we can just copy the result here
1529                tmrt_av_grid(j,i) = mrt_av_grid(l)
1530
1531             ENDIF
1532          ENDDO
1533       ENDIF
1534
1535!
1536!-- In case instantaneous input is desired, mrt values will be re-calculated.
1537    ELSE
1538!
1539!-- Calculate biometeorology MRT from local radiation fluxes calculated by RTM and assign
1540!-- into 2D grid. Depending on selected output quantities, tmrt_grid might not have been
1541!-- allocated in bio_check_data_output yet.
1542       IF ( .NOT. ALLOCATED( tmrt_grid ) )  THEN
1543          ALLOCATE( tmrt_grid (nys:nyn,nxl:nxr) )
1544       ENDIF
1545       tmrt_grid = REAL( bio_fill_value, KIND = wp )
1546
1547       DO  l = 1, nmrtbl
1548          i = mrtbl(ix,l)
1549          j = mrtbl(iy,l)
1550          k = mrtbl(iz,l)
1551          IF ( k - topo_top_ind(j,i,0) == bio_cell_level + 1_iwp)  THEN
1552             IF ( mrt_include_sw )  THEN
1553                 tmrt_grid(j,i) = ( ( human_absorb * mrtinsw(l) +              &
1554                                  mrtinlw(l) )  /                              &
1555                                  ( human_emiss * sigma_sb ) )**.25_wp -       &
1556                                  degc_to_k
1557             ELSE
1558                 tmrt_grid(j,i) = ( mrtinlw(l)  /                              &
1559                                  ( human_emiss * sigma_sb ) )**.25_wp -       &
1560                                  degc_to_k
1561             ENDIF
1562          ENDIF
1563       ENDDO
1564    ENDIF
1565
1566END SUBROUTINE bio_calculate_mrt_grid
1567
1568
1569!------------------------------------------------------------------------------!
1570! Description:
1571! ------------
1572!> Calculate static thermal indices for 2D grid point i, j
1573!------------------------------------------------------------------------------!
1574 SUBROUTINE bio_get_thermal_index_input_ij( average_input, i, j, ta, vp, ws,   &
1575                                            pair, tmrt )
1576
1577    IMPLICIT NONE
1578!
1579!-- Input variables
1580    LOGICAL,      INTENT ( IN ) ::  average_input  !< Determine averaged input conditions?
1581    INTEGER(iwp), INTENT ( IN ) ::  i     !< Running index, x-dir
1582    INTEGER(iwp), INTENT ( IN ) ::  j     !< Running index, y-dir
1583!
1584!-- Output parameters
1585    REAL(wp), INTENT ( OUT )    ::  tmrt  !< Mean radiant temperature        (degree_C)
1586    REAL(wp), INTENT ( OUT )    ::  ta    !< Air temperature                 (degree_C)
1587    REAL(wp), INTENT ( OUT )    ::  vp    !< Vapour pressure                 (hPa)
1588    REAL(wp), INTENT ( OUT )    ::  ws    !< Wind speed    (local level)     (m/s)
1589    REAL(wp), INTENT ( OUT )    ::  pair  !< Air pressure                    (hPa)
1590!
1591!-- Internal variables
1592    INTEGER(iwp)                ::  k     !< Running index, z-dir
1593    INTEGER(iwp)                ::  k_wind  !< Running index, z-dir, wind speed only
1594
1595    REAL(wp)                    ::  vp_sat  !< Saturation vapor pressure     (hPa)
1596
1597!
1598!-- Determine cell level closest to 1.1m above ground
1599!   by making use of truncation due to int cast
1600    k = INT( topo_top_ind(j,i,0) + bio_cell_level )  !< Vertical cell center closest to 1.1m
1601
1602!
1603!-- Avoid non-representative horizontal u and v of 0.0 m/s too close to ground
1604    k_wind = k
1605    IF ( bio_cell_level < 1_iwp )  THEN
1606       k_wind = k + 1_iwp
1607    ENDIF
1608!
1609!-- Determine local values:
1610    IF ( average_input )  THEN
1611!
1612!--    Calculate ta from Tp assuming dry adiabatic laps rate
1613       ta = bio_fill_value
1614       IF ( ALLOCATED( pt_av ) )  THEN
1615          ta = pt_av(k,j,i) - ( 0.0098_wp * dz(1) * ( k + .5_wp ) ) - degc_to_k
1616       ENDIF
1617
1618       vp = bio_fill_value
1619       IF ( humidity  .AND.  ALLOCATED( q_av ) )  THEN
1620          vp = q_av(k,j,i)
1621       ENDIF
1622
1623       ws = bio_fill_value
1624       IF ( ALLOCATED( u_av )  .AND.  ALLOCATED( v_av )  .AND.                 &
1625          ALLOCATED( w_av ) )  THEN
1626             ws = ( 0.5_wp * ABS( u_av(k_wind,j,i) + u_av(k_wind,j,i+1) )  +   &
1627             0.5_wp * ABS( v_av(k_wind,j,i) + v_av(k_wind,j+1,i) )  +          &
1628             0.5_wp * ABS( w_av(k_wind,j,i) + w_av(k_wind+1,j,i) ) )
1629       ENDIF
1630    ELSE
1631!
1632!-- Calculate ta from Tp assuming dry adiabatic laps rate
1633       ta = pt(k,j,i) - ( 0.0098_wp * dz(1) * (  k + .5_wp ) ) - degc_to_k
1634
1635       vp = bio_fill_value
1636       IF ( humidity )  THEN
1637          vp = q(k,j,i)
1638       ENDIF
1639
1640       ws = ( 0.5_wp * ABS( u(k_wind,j,i) + u(k_wind,j,i+1) )  +               &
1641          0.5_wp * ABS( v(k_wind,j,i) + v(k_wind,j+1,i) )  +                   &
1642          0.5_wp * ABS( w(k_wind,j,i) + w(k_wind+1,j,i) ) )
1643
1644    ENDIF
1645!
1646!-- Local air pressure
1647    pair = surface_pressure
1648!
1649!-- Calculate water vapour pressure at saturation and convert to hPa
1650!-- The magnus formula is limited to temperatures up to 333.15 K to
1651!   avoid negative values of vp_sat
1652    IF ( vp > -998._wp )  THEN
1653       vp_sat = 0.01_wp * magnus( MIN( ta + degc_to_k, 333.15_wp ) )
1654       vp  = vp * pair / ( vp + 0.622_wp )
1655       IF ( vp > vp_sat )  vp = vp_sat
1656    ENDIF
1657!
1658!-- local mtr value at [i,j]
1659    tmrt = bio_fill_value  !< this can be a valid result (e.g. for inside some ostacle)
1660    IF ( .NOT. average_input )  THEN
1661!
1662!--    Use MRT from RTM precalculated in tmrt_grid
1663       tmrt = tmrt_grid(j,i)
1664    ELSE
1665       tmrt = tmrt_av_grid(j,i)
1666    ENDIF
1667
1668 END SUBROUTINE bio_get_thermal_index_input_ij
1669
1670
1671!------------------------------------------------------------------------------!
1672! Description:
1673! ------------
1674!> Calculate static thermal indices for any point within a 2D grid
1675!> time_integration.f90: 1065ff
1676!------------------------------------------------------------------------------!
1677 SUBROUTINE bio_calculate_thermal_index_maps( av )
1678
1679    IMPLICIT NONE
1680!
1681!-- Input attributes
1682    LOGICAL, INTENT ( IN ) ::  av  !< Calculate based on averaged input conditions?
1683!
1684!-- Internal variables
1685    INTEGER(iwp) ::  i, j     !< Running index
1686
1687    REAL(wp) ::  clo          !< Clothing index                (no dimension)
1688    REAL(wp) ::  ta           !< Air temperature                  (degree_C)
1689    REAL(wp) ::  vp           !< Vapour pressure                  (hPa)
1690    REAL(wp) ::  ws           !< Wind speed    (local level)      (m/s)
1691    REAL(wp) ::  pair         !< Air pressure                     (hPa)
1692    REAL(wp) ::  perct_ij     !< Perceived temperature            (degree_C)
1693    REAL(wp) ::  utci_ij      !< Universal thermal climate index  (degree_C)
1694    REAL(wp) ::  pet_ij       !< Physiologically equivalent temperature  (degree_C)
1695    REAL(wp) ::  tmrt_ij      !< Mean radiant temperature         (degree_C)
1696
1697!
1698!-- Check if some thermal index is desired. Don't do anything if, e.g. only
1699!-- bio_mrt is desired.
1700    IF ( do_calculate_perct  .OR.  do_calculate_perct_av  .OR.                 &
1701       do_calculate_utci  .OR.  do_calculate_utci_av  .OR.                     &
1702       do_calculate_pet  .OR.  do_calculate_pet_av  .OR.                       &
1703       do_calculate_mrt2d )  THEN
1704
1705!
1706!--    fill out the MRT 2D grid from appropriate source (RTM, RRTMG,...)
1707       CALL bio_calculate_mrt_grid ( av )
1708
1709       DO  i = nxl, nxr
1710          DO  j = nys, nyn
1711!
1712!--          Determine local input conditions
1713             tmrt_ij = bio_fill_value
1714             vp      = bio_fill_value
1715!
1716!--          Determine local meteorological conditions
1717             CALL bio_get_thermal_index_input_ij ( av, i, j, ta, vp,           &
1718                                                   ws, pair, tmrt_ij )
1719!
1720!--          Only proceed if input is available
1721             pet_ij   = bio_fill_value   !< set fail value, e.g. valid for
1722             perct_ij = bio_fill_value   !< within some obstacle
1723             utci_ij  = bio_fill_value
1724             IF ( .NOT. ( tmrt_ij <= -998._wp  .OR.  vp <= -998._wp  .OR.      &
1725                ws <= -998._wp  .OR.  ta <= -998._wp ) )  THEN
1726!
1727!--             Calculate static thermal indices based on local tmrt
1728                clo = bio_fill_value
1729
1730                IF ( do_calculate_perct  .OR.  do_calculate_perct_av )  THEN
1731!
1732!--                Estimate local perceived temperature
1733                   CALL calculate_perct_static( ta, vp, ws, tmrt_ij, pair,     &
1734                      clo, perct_ij )
1735                ENDIF
1736
1737                IF ( do_calculate_utci  .OR.  do_calculate_utci_av )  THEN
1738!
1739!--                Estimate local universal thermal climate index
1740                   CALL calculate_utci_static( ta, vp, ws, tmrt_ij,            &
1741                      bio_output_height, utci_ij )
1742                ENDIF
1743
1744                IF ( do_calculate_pet  .OR.  do_calculate_pet_av )  THEN
1745!
1746!--                Estimate local physiologically equivalent temperature
1747                   CALL calculate_pet_static( ta, vp, ws, tmrt_ij, pair,       &
1748                      pet_ij )
1749                ENDIF
1750             ENDIF
1751
1752
1753             IF ( av )  THEN
1754!
1755!--             Write results for selected averaged indices
1756                IF ( do_calculate_perct_av )  THEN
1757                   perct_av(j, i) = perct_ij
1758                ENDIF
1759                IF ( do_calculate_utci_av )  THEN
1760                   utci_av(j, i) = utci_ij
1761                ENDIF
1762                IF ( do_calculate_pet_av )  THEN
1763                   pet_av(j, i)  = pet_ij
1764                ENDIF
1765             ELSE
1766!
1767!--             Write result for selected indices
1768                IF ( do_calculate_perct )  THEN
1769                   perct(j, i) = perct_ij
1770                ENDIF
1771                IF ( do_calculate_utci )  THEN
1772                   utci(j, i) = utci_ij
1773                ENDIF
1774                IF ( do_calculate_pet )  THEN
1775                   pet(j, i)  = pet_ij
1776                ENDIF
1777             ENDIF
1778
1779          ENDDO
1780       ENDDO
1781    ENDIF
1782
1783 END SUBROUTINE bio_calculate_thermal_index_maps
1784
1785!------------------------------------------------------------------------------!
1786! Description:
1787! ------------
1788!> Calculate dynamic thermal indices (currently only iPT, but expandable)
1789!------------------------------------------------------------------------------!
1790 SUBROUTINE bio_calc_ipt( ta, vp, ws, pair, tmrt, dt, energy_storage,          &
1791    t_clo, clo, actlev, age, weight, height, work, sex, ipt )
1792
1793    IMPLICIT NONE
1794!
1795!-- Input parameters
1796    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  ta   !< Air temperature                  (degree_C)
1797    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  vp   !< Vapour pressure                  (hPa)
1798    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  ws   !< Wind speed    (local level)      (m/s)
1799    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  pair !< Air pressure                     (hPa)
1800    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  tmrt !< Mean radiant temperature         (degree_C)
1801    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  dt   !< Time past since last calculation (s)
1802    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  age  !< Age of agent                     (y)
1803    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  weight  !< Weight of agent               (Kg)
1804    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  height  !< Height of agent               (m)
1805    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  work    !< Mechanical workload of agent
1806                                         !  (without metabolism!)         (W)
1807    INTEGER(iwp), INTENT ( IN ) ::  sex  !< Sex of agent (1 = male, 2 = female)
1808!
1809!-- Both, input and output parameters
1810    Real(wp), INTENT ( INOUT )  ::  energy_storage    !< Energy storage   (W/m²)
1811    Real(wp), INTENT ( INOUT )  ::  t_clo   !< Clothing temperature       (degree_C)
1812    Real(wp), INTENT ( INOUT )  ::  clo     !< Current clothing in sulation
1813    Real(wp), INTENT ( INOUT )  ::  actlev  !< Individuals activity level
1814                                            !  per unit surface area      (W/m²)
1815!
1816!-- Output parameters
1817    REAL(wp), INTENT ( OUT ) ::  ipt    !< Instationary perceived temp.   (degree_C)
1818!
1819!-- return immediatelly if nothing to do!
1820    IF ( .NOT. thermal_comfort )  THEN
1821        RETURN
1822    ENDIF
1823!
1824!-- If clo equals the initial value, this is the initial call
1825    IF ( clo <= -998._wp )  THEN
1826!
1827!--    Initialize instationary perceived temperature with personalized
1828!      PT as an initial guess, set actlev and clo
1829       CALL ipt_init( age, weight, height, sex, work, actlev, clo,            &
1830          ta, vp, ws, tmrt, pair, dt, energy_storage, t_clo,                   &
1831          ipt )
1832    ELSE
1833!
1834!--    Estimate local instatinoary perceived temperature
1835       CALL ipt_cycle ( ta, vp, ws, tmrt, pair, dt, energy_storage, t_clo,     &
1836          clo, actlev, work, ipt )
1837    ENDIF
1838
1839 END SUBROUTINE bio_calc_ipt
1840
1841
1842
1843!------------------------------------------------------------------------------!
1844! Description:
1845! ------------
1846!> SUBROUTINE for calculating UTCI Temperature (UTCI)
1847!> computed by a 6th order approximation
1848!>
1849!> UTCI regression equation after
1850!> Bröde P, Fiala D, Blazejczyk K, Holmér I, Jendritzky G, Kampmann B, Tinz B,
1851!> Havenith G (2012) Deriving the operational procedure for the Universal Thermal
1852!> Climate Index (UTCI). International Journal of Biometeorology 56 (3):481-494.
1853!> doi:10.1007/s00484-011-0454-1
1854!>
1855!> original source available at:
1856!> www.utci.org
1857!------------------------------------------------------------------------------!
1858 SUBROUTINE calculate_utci_static( ta_in, vp, ws_hag, tmrt, hag, utci_ij )
1859
1860    IMPLICIT NONE
1861!
1862!-- Type of input of the argument list
1863    REAL(WP), INTENT ( IN )  ::  ta_in    !< Local air temperature (degree_C)
1864    REAL(WP), INTENT ( IN )  ::  vp       !< Loacl vapour pressure (hPa)
1865    REAL(WP), INTENT ( IN )  ::  ws_hag   !< Incident wind speed (m/s)
1866    REAL(WP), INTENT ( IN )  ::  tmrt     !< Local mean radiant temperature (degree_C)
1867    REAL(WP), INTENT ( IN )  ::  hag      !< Height of wind speed input (m)
1868!
1869!-- Type of output of the argument list
1870    REAL(wp), INTENT ( OUT ) ::  utci_ij  !< Universal Thermal Climate Index (degree_C)
1871
1872    REAL(WP) ::  ta           !< air temperature modified by offset (degree_C)
1873    REAL(WP) ::  pa           !< air pressure in kPa      (kPa)
1874    REAL(WP) ::  d_tmrt       !< delta-tmrt               (degree_C)
1875    REAL(WP) ::  va           !< wind speed at 10 m above ground level    (m/s)
1876    REAL(WP) ::  offset       !< utci deviation by ta cond. exceeded      (degree_C)
1877    REAL(WP) ::  part_ta      !< Air temperature related part of the regression
1878    REAL(WP) ::  ta2          !< 2 times ta
1879    REAL(WP) ::  ta3          !< 3 times ta
1880    REAL(WP) ::  ta4          !< 4 times ta
1881    REAL(WP) ::  ta5          !< 5 times ta
1882    REAL(WP) ::  ta6          !< 6 times ta
1883    REAL(WP) ::  part_va      !< Vapour pressure related part of the regression
1884    REAL(WP) ::  va2          !< 2 times va
1885    REAL(WP) ::  va3          !< 3 times va
1886    REAL(WP) ::  va4          !< 4 times va
1887    REAL(WP) ::  va5          !< 5 times va
1888    REAL(WP) ::  va6          !< 6 times va
1889    REAL(WP) ::  part_d_tmrt  !< Mean radiant temp. related part of the reg.
1890    REAL(WP) ::  d_tmrt2      !< 2 times d_tmrt
1891    REAL(WP) ::  d_tmrt3      !< 3 times d_tmrt
1892    REAL(WP) ::  d_tmrt4      !< 4 times d_tmrt
1893    REAL(WP) ::  d_tmrt5      !< 5 times d_tmrt
1894    REAL(WP) ::  d_tmrt6      !< 6 times d_tmrt
1895    REAL(WP) ::  part_pa      !< Air pressure related part of the regression
1896    REAL(WP) ::  pa2          !< 2 times pa
1897    REAL(WP) ::  pa3          !< 3 times pa
1898    REAL(WP) ::  pa4          !< 4 times pa
1899    REAL(WP) ::  pa5          !< 5 times pa
1900    REAL(WP) ::  pa6          !< 6 times pa
1901    REAL(WP) ::  part_pa2     !< Air pressure^2 related part of the regression
1902    REAL(WP) ::  part_pa3     !< Air pressure^3 related part of the regression
1903    REAL(WP) ::  part_pa46    !< Air pressure^4-6 related part of the regression
1904
1905!
1906!-- Initialize
1907    offset = 0._wp
1908    ta = ta_in
1909    d_tmrt = tmrt - ta_in
1910!
1911!-- Use vapour pressure in kpa
1912    pa = vp / 10.0_wp
1913!
1914!-- Wind altitude correction from hag to 10m after Broede et al. (2012), eq.3
1915!-- z(0) is set to 0.01 according to UTCI profile definition
1916    va = ws_hag *  log ( 10.0_wp / 0.01_wp ) / log ( hag / 0.01_wp )
1917!
1918!-- Check if input values in range after Broede et al. (2012)
1919    IF ( ( d_tmrt > 70._wp )  .OR.  ( d_tmrt < -30._wp )  .OR.                 &
1920       ( vp >= 50._wp ) )  THEN
1921       utci_ij = bio_fill_value
1922       RETURN
1923    ENDIF
1924!
1925!-- Apply eq. 2 in Broede et al. (2012) for ta out of bounds
1926    IF ( ta > 50._wp )  THEN
1927       offset = ta - 50._wp
1928       ta = 50._wp
1929    ENDIF
1930    IF ( ta < -50._wp )  THEN
1931       offset = ta + 50._wp
1932       ta = -50._wp
1933    ENDIF
1934!
1935!-- For routine application. For wind speeds and relative
1936!-- humidity values below 0.5 m/s or 5%, respectively, the
1937!-- user is advised to use the lower bounds for the calculations.
1938    IF ( va < 0.5_wp )  va = 0.5_wp
1939    IF ( va > 17._wp )  va = 17._wp
1940
1941!
1942!-- Pre-calculate multiples of input parameters to save time later
1943
1944    ta2 = ta  * ta
1945    ta3 = ta2 * ta
1946    ta4 = ta3 * ta
1947    ta5 = ta4 * ta
1948    ta6 = ta5 * ta
1949
1950    va2 = va  * va
1951    va3 = va2 * va
1952    va4 = va3 * va
1953    va5 = va4 * va
1954    va6 = va5 * va
1955
1956    d_tmrt2 = d_tmrt  * d_tmrt
1957    d_tmrt3 = d_tmrt2 * d_tmrt
1958    d_tmrt4 = d_tmrt3 * d_tmrt
1959    d_tmrt5 = d_tmrt4 * d_tmrt
1960    d_tmrt6 = d_tmrt5 * d_tmrt
1961
1962    pa2 = pa  * pa
1963    pa3 = pa2 * pa
1964    pa4 = pa3 * pa
1965    pa5 = pa4 * pa
1966    pa6 = pa5 * pa
1967
1968!
1969!-- Pre-calculate parts of the regression equation
1970    part_ta = (  6.07562052e-01_wp )       +                                   &
1971              ( -2.27712343e-02_wp ) * ta  +                                   &
1972              (  8.06470249e-04_wp ) * ta2 +                                   &
1973              ( -1.54271372e-04_wp ) * ta3 +                                   &
1974              ( -3.24651735e-06_wp ) * ta4 +                                   &
1975              (  7.32602852e-08_wp ) * ta5 +                                   &
1976              (  1.35959073e-09_wp ) * ta6
1977
1978    part_va = ( -2.25836520e+00_wp ) * va +                                    &
1979        (  8.80326035e-02_wp ) * ta  * va +                                    &
1980        (  2.16844454e-03_wp ) * ta2 * va +                                    &
1981        ( -1.53347087e-05_wp ) * ta3 * va +                                    &
1982        ( -5.72983704e-07_wp ) * ta4 * va +                                    &
1983        ( -2.55090145e-09_wp ) * ta5 * va +                                    &
1984        ( -7.51269505e-01_wp ) *       va2 +                                   &
1985        ( -4.08350271e-03_wp ) * ta  * va2 +                                   &
1986        ( -5.21670675e-05_wp ) * ta2 * va2 +                                   &
1987        (  1.94544667e-06_wp ) * ta3 * va2 +                                   &
1988        (  1.14099531e-08_wp ) * ta4 * va2 +                                   &
1989        (  1.58137256e-01_wp ) *       va3 +                                   &
1990        ( -6.57263143e-05_wp ) * ta  * va3 +                                   &
1991        (  2.22697524e-07_wp ) * ta2 * va3 +                                   &
1992        ( -4.16117031e-08_wp ) * ta3 * va3 +                                   &
1993        ( -1.27762753e-02_wp ) *       va4 +                                   &
1994        (  9.66891875e-06_wp ) * ta  * va4 +                                   &
1995        (  2.52785852e-09_wp ) * ta2 * va4 +                                   &
1996        (  4.56306672e-04_wp ) *       va5 +                                   &
1997        ( -1.74202546e-07_wp ) * ta  * va5 +                                   &
1998        ( -5.91491269e-06_wp ) * va6
1999
2000    part_d_tmrt = (  3.98374029e-01_wp ) *       d_tmrt +                      &
2001            (  1.83945314e-04_wp ) * ta  *       d_tmrt +                      &
2002            ( -1.73754510e-04_wp ) * ta2 *       d_tmrt +                      &
2003            ( -7.60781159e-07_wp ) * ta3 *       d_tmrt +                      &
2004            (  3.77830287e-08_wp ) * ta4 *       d_tmrt +                      &
2005            (  5.43079673e-10_wp ) * ta5 *       d_tmrt +                      &
2006            ( -2.00518269e-02_wp ) *       va  * d_tmrt +                      &
2007            (  8.92859837e-04_wp ) * ta  * va  * d_tmrt +                      &
2008            (  3.45433048e-06_wp ) * ta2 * va  * d_tmrt +                      &
2009            ( -3.77925774e-07_wp ) * ta3 * va  * d_tmrt +                      &
2010            ( -1.69699377e-09_wp ) * ta4 * va  * d_tmrt +                      &
2011            (  1.69992415e-04_wp ) *       va2 * d_tmrt +                      &
2012            ( -4.99204314e-05_wp ) * ta  * va2 * d_tmrt +                      &
2013            (  2.47417178e-07_wp ) * ta2 * va2 * d_tmrt +                      &
2014            (  1.07596466e-08_wp ) * ta3 * va2 * d_tmrt +                      &
2015            (  8.49242932e-05_wp ) *       va3 * d_tmrt +                      &
2016            (  1.35191328e-06_wp ) * ta  * va3 * d_tmrt +                      &
2017            ( -6.21531254e-09_wp ) * ta2 * va3 * d_tmrt +                      &
2018            ( -4.99410301e-06_wp ) * va4 *       d_tmrt +                      &
2019            ( -1.89489258e-08_wp ) * ta  * va4 * d_tmrt +                      &
2020            (  8.15300114e-08_wp ) *       va5 * d_tmrt +                      &
2021            (  7.55043090e-04_wp ) *             d_tmrt2 +                     &
2022            ( -5.65095215e-05_wp ) * ta  *       d_tmrt2 +                     &
2023            ( -4.52166564e-07_wp ) * ta2 *       d_tmrt2 +                     &
2024            (  2.46688878e-08_wp ) * ta3 *       d_tmrt2 +                     &
2025            (  2.42674348e-10_wp ) * ta4 *       d_tmrt2 +                     &
2026            (  1.54547250e-04_wp ) *       va  * d_tmrt2 +                     &
2027            (  5.24110970e-06_wp ) * ta  * va  * d_tmrt2 +                     &
2028            ( -8.75874982e-08_wp ) * ta2 * va  * d_tmrt2 +                     &
2029            ( -1.50743064e-09_wp ) * ta3 * va  * d_tmrt2 +                     &
2030            ( -1.56236307e-05_wp ) *       va2 * d_tmrt2 +                     &
2031            ( -1.33895614e-07_wp ) * ta  * va2 * d_tmrt2 +                     &
2032            (  2.49709824e-09_wp ) * ta2 * va2 * d_tmrt2 +                     &
2033            (  6.51711721e-07_wp ) *       va3 * d_tmrt2 +                     &
2034            (  1.94960053e-09_wp ) * ta  * va3 * d_tmrt2 +                     &
2035            ( -1.00361113e-08_wp ) *       va4 * d_tmrt2 +                     &
2036            ( -1.21206673e-05_wp ) *             d_tmrt3 +                     &
2037            ( -2.18203660e-07_wp ) * ta  *       d_tmrt3 +                     &
2038            (  7.51269482e-09_wp ) * ta2 *       d_tmrt3 +                     &
2039            (  9.79063848e-11_wp ) * ta3 *       d_tmrt3 +                     &
2040            (  1.25006734e-06_wp ) *       va  * d_tmrt3 +                     &
2041            ( -1.81584736e-09_wp ) * ta  * va  * d_tmrt3 +                     &
2042            ( -3.52197671e-10_wp ) * ta2 * va  * d_tmrt3 +                     &
2043            ( -3.36514630e-08_wp ) *       va2 * d_tmrt3 +                     &
2044            (  1.35908359e-10_wp ) * ta  * va2 * d_tmrt3 +                     &
2045            (  4.17032620e-10_wp ) *       va3 * d_tmrt3 +                     &
2046            ( -1.30369025e-09_wp ) *             d_tmrt4 +                     &
2047            (  4.13908461e-10_wp ) * ta  *       d_tmrt4 +                     &
2048            (  9.22652254e-12_wp ) * ta2 *       d_tmrt4 +                     &
2049            ( -5.08220384e-09_wp ) *       va  * d_tmrt4 +                     &
2050            ( -2.24730961e-11_wp ) * ta  * va  * d_tmrt4 +                     &
2051            (  1.17139133e-10_wp ) *       va2 * d_tmrt4 +                     &
2052            (  6.62154879e-10_wp ) *             d_tmrt5 +                     &
2053            (  4.03863260e-13_wp ) * ta  *       d_tmrt5 +                     &
2054            (  1.95087203e-12_wp ) *       va  * d_tmrt5 +                     &
2055            ( -4.73602469e-12_wp ) *             d_tmrt6
2056
2057    part_pa = (  5.12733497e+00_wp ) *                pa +                     &
2058       ( -3.12788561e-01_wp ) * ta  *                 pa +                     &
2059       ( -1.96701861e-02_wp ) * ta2 *                 pa +                     &
2060       (  9.99690870e-04_wp ) * ta3 *                 pa +                     &
2061       (  9.51738512e-06_wp ) * ta4 *                 pa +                     &
2062       ( -4.66426341e-07_wp ) * ta5 *                 pa +                     &
2063       (  5.48050612e-01_wp ) *       va  *           pa +                     &
2064       ( -3.30552823e-03_wp ) * ta  * va  *           pa +                     &
2065       ( -1.64119440e-03_wp ) * ta2 * va  *           pa +                     &
2066       ( -5.16670694e-06_wp ) * ta3 * va  *           pa +                     &
2067       (  9.52692432e-07_wp ) * ta4 * va  *           pa +                     &
2068       ( -4.29223622e-02_wp ) *       va2 *           pa +                     &
2069       (  5.00845667e-03_wp ) * ta  * va2 *           pa +                     &
2070       (  1.00601257e-06_wp ) * ta2 * va2 *           pa +                     &
2071       ( -1.81748644e-06_wp ) * ta3 * va2 *           pa +                     &
2072       ( -1.25813502e-03_wp ) *       va3 *           pa +                     &
2073       ( -1.79330391e-04_wp ) * ta  * va3 *           pa +                     &
2074       (  2.34994441e-06_wp ) * ta2 * va3 *           pa +                     &
2075       (  1.29735808e-04_wp ) *       va4 *           pa +                     &
2076       (  1.29064870e-06_wp ) * ta  * va4 *           pa +                     &
2077       ( -2.28558686e-06_wp ) *       va5 *           pa +                     &
2078       ( -3.69476348e-02_wp ) *             d_tmrt  * pa +                     &
2079       (  1.62325322e-03_wp ) * ta  *       d_tmrt  * pa +                     &
2080       ( -3.14279680e-05_wp ) * ta2 *       d_tmrt  * pa +                     &
2081       (  2.59835559e-06_wp ) * ta3 *       d_tmrt  * pa +                     &
2082       ( -4.77136523e-08_wp ) * ta4 *       d_tmrt  * pa +                     &
2083       (  8.64203390e-03_wp ) *       va  * d_tmrt  * pa +                     &
2084       ( -6.87405181e-04_wp ) * ta  * va  * d_tmrt  * pa +                     &
2085       ( -9.13863872e-06_wp ) * ta2 * va  * d_tmrt  * pa +                     &
2086       (  5.15916806e-07_wp ) * ta3 * va  * d_tmrt  * pa +                     &
2087       ( -3.59217476e-05_wp ) *       va2 * d_tmrt  * pa +                     &
2088       (  3.28696511e-05_wp ) * ta  * va2 * d_tmrt  * pa +                     &
2089       ( -7.10542454e-07_wp ) * ta2 * va2 * d_tmrt  * pa +                     &
2090       ( -1.24382300e-05_wp ) *       va3 * d_tmrt  * pa +                     &
2091       ( -7.38584400e-09_wp ) * ta  * va3 * d_tmrt  * pa +                     &
2092       (  2.20609296e-07_wp ) *       va4 * d_tmrt  * pa +                     &
2093       ( -7.32469180e-04_wp ) *             d_tmrt2 * pa +                     &
2094       ( -1.87381964e-05_wp ) * ta  *       d_tmrt2 * pa +                     &
2095       (  4.80925239e-06_wp ) * ta2 *       d_tmrt2 * pa +                     &
2096       ( -8.75492040e-08_wp ) * ta3 *       d_tmrt2 * pa +                     &
2097       (  2.77862930e-05_wp ) *       va  * d_tmrt2 * pa +                     &
2098       ( -5.06004592e-06_wp ) * ta  * va  * d_tmrt2 * pa +                     &
2099       (  1.14325367e-07_wp ) * ta2 * va  * d_tmrt2 * pa +                     &
2100       (  2.53016723e-06_wp ) *       va2 * d_tmrt2 * pa +                     &
2101       ( -1.72857035e-08_wp ) * ta  * va2 * d_tmrt2 * pa +                     &
2102       ( -3.95079398e-08_wp ) *       va3 * d_tmrt2 * pa +                     &
2103       ( -3.59413173e-07_wp ) *             d_tmrt3 * pa +                     &
2104       (  7.04388046e-07_wp ) * ta  *       d_tmrt3 * pa +                     &
2105       ( -1.89309167e-08_wp ) * ta2 *       d_tmrt3 * pa +                     &
2106       ( -4.79768731e-07_wp ) *       va  * d_tmrt3 * pa +                     &
2107       (  7.96079978e-09_wp ) * ta  * va  * d_tmrt3 * pa +                     &
2108       (  1.62897058e-09_wp ) *       va2 * d_tmrt3 * pa +                     &
2109       (  3.94367674e-08_wp ) *             d_tmrt4 * pa +                     &
2110       ( -1.18566247e-09_wp ) * ta *        d_tmrt4 * pa +                     &
2111       (  3.34678041e-10_wp ) *       va  * d_tmrt4 * pa +                     &
2112       ( -1.15606447e-10_wp ) *             d_tmrt5 * pa
2113
2114    part_pa2 = ( -2.80626406e+00_wp ) *               pa2 +                    &
2115       (  5.48712484e-01_wp ) * ta  *                 pa2 +                    &
2116       ( -3.99428410e-03_wp ) * ta2 *                 pa2 +                    &
2117       ( -9.54009191e-04_wp ) * ta3 *                 pa2 +                    &
2118       (  1.93090978e-05_wp ) * ta4 *                 pa2 +                    &
2119       ( -3.08806365e-01_wp ) *       va *            pa2 +                    &
2120       (  1.16952364e-02_wp ) * ta  * va *            pa2 +                    &
2121       (  4.95271903e-04_wp ) * ta2 * va *            pa2 +                    &
2122       ( -1.90710882e-05_wp ) * ta3 * va *            pa2 +                    &
2123       (  2.10787756e-03_wp ) *       va2 *           pa2 +                    &
2124       ( -6.98445738e-04_wp ) * ta  * va2 *           pa2 +                    &
2125       (  2.30109073e-05_wp ) * ta2 * va2 *           pa2 +                    &
2126       (  4.17856590e-04_wp ) *       va3 *           pa2 +                    &
2127       ( -1.27043871e-05_wp ) * ta  * va3 *           pa2 +                    &
2128       ( -3.04620472e-06_wp ) *       va4 *           pa2 +                    &
2129       (  5.14507424e-02_wp ) *             d_tmrt  * pa2 +                    &
2130       ( -4.32510997e-03_wp ) * ta  *       d_tmrt  * pa2 +                    &
2131       (  8.99281156e-05_wp ) * ta2 *       d_tmrt  * pa2 +                    &
2132       ( -7.14663943e-07_wp ) * ta3 *       d_tmrt  * pa2 +                    &
2133       ( -2.66016305e-04_wp ) *       va  * d_tmrt  * pa2 +                    &
2134       (  2.63789586e-04_wp ) * ta  * va  * d_tmrt  * pa2 +                    &
2135       ( -7.01199003e-06_wp ) * ta2 * va  * d_tmrt  * pa2 +                    &
2136       ( -1.06823306e-04_wp ) *       va2 * d_tmrt  * pa2 +                    &
2137       (  3.61341136e-06_wp ) * ta  * va2 * d_tmrt  * pa2 +                    &
2138       (  2.29748967e-07_wp ) *       va3 * d_tmrt  * pa2 +                    &
2139       (  3.04788893e-04_wp ) *             d_tmrt2 * pa2 +                    &
2140       ( -6.42070836e-05_wp ) * ta  *       d_tmrt2 * pa2 +                    &
2141       (  1.16257971e-06_wp ) * ta2 *       d_tmrt2 * pa2 +                    &
2142       (  7.68023384e-06_wp ) *       va  * d_tmrt2 * pa2 +                    &
2143       ( -5.47446896e-07_wp ) * ta  * va  * d_tmrt2 * pa2 +                    &
2144       ( -3.59937910e-08_wp ) *       va2 * d_tmrt2 * pa2 +                    &
2145       ( -4.36497725e-06_wp ) *             d_tmrt3 * pa2 +                    &
2146       (  1.68737969e-07_wp ) * ta  *       d_tmrt3 * pa2 +                    &
2147       (  2.67489271e-08_wp ) *       va  * d_tmrt3 * pa2 +                    &
2148       (  3.23926897e-09_wp ) *             d_tmrt4 * pa2
2149
2150    part_pa3 = ( -3.53874123e-02_wp ) *               pa3 +                    &
2151       ( -2.21201190e-01_wp ) * ta  *                 pa3 +                    &
2152       (  1.55126038e-02_wp ) * ta2 *                 pa3 +                    &
2153       ( -2.63917279e-04_wp ) * ta3 *                 pa3 +                    &
2154       (  4.53433455e-02_wp ) *       va  *           pa3 +                    &
2155       ( -4.32943862e-03_wp ) * ta  * va  *           pa3 +                    &
2156       (  1.45389826e-04_wp ) * ta2 * va  *           pa3 +                    &
2157       (  2.17508610e-04_wp ) *       va2 *           pa3 +                    &
2158       ( -6.66724702e-05_wp ) * ta  * va2 *           pa3 +                    &
2159       (  3.33217140e-05_wp ) *       va3 *           pa3 +                    &
2160       ( -2.26921615e-03_wp ) *             d_tmrt  * pa3 +                    &
2161       (  3.80261982e-04_wp ) * ta  *       d_tmrt  * pa3 +                    &
2162       ( -5.45314314e-09_wp ) * ta2 *       d_tmrt  * pa3 +                    &
2163       ( -7.96355448e-04_wp ) *       va  * d_tmrt  * pa3 +                    &
2164       (  2.53458034e-05_wp ) * ta  * va  * d_tmrt  * pa3 +                    &
2165       ( -6.31223658e-06_wp ) *       va2 * d_tmrt  * pa3 +                    &
2166       (  3.02122035e-04_wp ) *             d_tmrt2 * pa3 +                    &
2167       ( -4.77403547e-06_wp ) * ta  *       d_tmrt2 * pa3 +                    &
2168       (  1.73825715e-06_wp ) *       va  * d_tmrt2 * pa3 +                    &
2169       ( -4.09087898e-07_wp ) *             d_tmrt3 * pa3
2170
2171    part_pa46 = (  6.14155345e-01_wp ) *              pa4 +                    &
2172       ( -6.16755931e-02_wp ) * ta  *                 pa4 +                    &
2173       (  1.33374846e-03_wp ) * ta2 *                 pa4 +                    &
2174       (  3.55375387e-03_wp ) *       va  *           pa4 +                    &
2175       ( -5.13027851e-04_wp ) * ta  * va  *           pa4 +                    &
2176       (  1.02449757e-04_wp ) *       va2 *           pa4 +                    &
2177       ( -1.48526421e-03_wp ) *             d_tmrt  * pa4 +                    &
2178       ( -4.11469183e-05_wp ) * ta  *       d_tmrt  * pa4 +                    &
2179       ( -6.80434415e-06_wp ) *       va  * d_tmrt  * pa4 +                    &
2180       ( -9.77675906e-06_wp ) *             d_tmrt2 * pa4 +                    &
2181       (  8.82773108e-02_wp ) *                       pa5 +                    &
2182       ( -3.01859306e-03_wp ) * ta  *                 pa5 +                    &
2183       (  1.04452989e-03_wp ) *       va  *           pa5 +                    &
2184       (  2.47090539e-04_wp ) *             d_tmrt  * pa5 +                    &
2185       (  1.48348065e-03_wp ) *                       pa6
2186!
2187!-- Calculate 6th order polynomial as approximation
2188    utci_ij = ta + part_ta + part_va + part_d_tmrt + part_pa + part_pa2 +      &
2189        part_pa3 + part_pa46
2190!
2191!-- Consider offset in result
2192    utci_ij = utci_ij + offset
2193
2194 END SUBROUTINE calculate_utci_static
2195
2196
2197
2198
2199!------------------------------------------------------------------------------!
2200! Description:
2201! ------------
2202!> calculate_perct_static: Estimation of perceived temperature (PT, degree_C)
2203!> Value of perct is the Perceived Temperature, degree centigrade
2204!------------------------------------------------------------------------------!
2205 SUBROUTINE calculate_perct_static( ta, vp, ws, tmrt, pair, clo, perct_ij )
2206
2207    IMPLICIT NONE
2208!
2209!-- Type of input of the argument list
2210    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: ta   !< Local air temperature (degC)
2211    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: vp   !< Local vapour pressure (hPa)
2212    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: tmrt !< Local mean radiant temperature (degC)
2213    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: ws   !< Local wind velocitry (m/s)
2214    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: pair !< Local barometric air pressure (hPa)
2215!
2216!-- Type of output of the argument list
2217    REAL(wp), INTENT ( OUT ) :: perct_ij  !< Perceived temperature (degC)
2218    REAL(wp), INTENT ( OUT ) :: clo       !< Clothing index (dimensionless)
2219!
2220!-- Parameters for standard "Klima-Michel"
2221    REAL(wp), PARAMETER :: eta = 0._wp  !< Mechanical work efficiency for walking on flat ground
2222                                        !< (compare to Fanger (1972) pp 24f)
2223    REAL(wp), PARAMETER :: actlev = 134.6862_wp  !< Workload by activity per standardized surface (A_Du)
2224!
2225!-- Type of program variables
2226    REAL(wp), PARAMETER :: eps = 0.0005  !< Accuracy in clothing insulation (clo) for evaluation the root of Fanger's PMV (pmva=0)
2227    REAL(wp) ::  sclo           !< summer clothing insulation
2228    REAL(wp) ::  wclo           !< winter clothing insulation
2229    REAL(wp) ::  d_pmv          !< PMV deviation (dimensionless --> PMV)
2230    REAL(wp) ::  svp_ta         !< saturation vapor pressure    (hPa)
2231    REAL(wp) ::  sult_lim       !< threshold for sultrieness    (hPa)
2232    REAL(wp) ::  dgtcm          !< Mean deviation dependent on perct
2233    REAL(wp) ::  dgtcstd        !< Mean deviation plus its standard deviation
2234    REAL(wp) ::  clon           !< clo for neutral conditions   (clo)
2235    REAL(wp) ::  ireq_minimal   !< Minimal required clothing insulation (clo)
2236    REAL(wp) ::  pmv_w          !< Fangers predicted mean vote for winter clothing
2237    REAL(wp) ::  pmv_s          !< Fangers predicted mean vote for summer clothing
2238    REAL(wp) ::  pmva           !< adjusted predicted mean vote
2239    REAL(wp) ::  ptc            !< perceived temp. for cold conditions (degree_C)
2240    REAL(wp) ::  d_std          !< factor to threshold for sultriness
2241    REAL(wp) ::  pmvs           !< pred. mean vote considering sultrieness
2242
2243    INTEGER(iwp) :: ncount      !< running index
2244    INTEGER(iwp) :: nerr_cold   !< error number (cold conditions)
2245    INTEGER(iwp) :: nerr        !< error number
2246
2247    LOGICAL :: sultrieness
2248!
2249!-- Initialise
2250    perct_ij = bio_fill_value
2251
2252    nerr     = 0_iwp
2253    ncount   = 0_iwp
2254    sultrieness  = .FALSE.
2255!
2256!-- Tresholds: clothing insulation (account for model inaccuracies)
2257!
2258!-- summer clothing
2259    sclo     = 0.44453_wp
2260!
2261!-- winter clothing
2262    wclo     = 1.76267_wp
2263!
2264!-- decision: firstly calculate for winter or summer clothing
2265    IF ( ta <= 10._wp )  THEN
2266!
2267!--    First guess: winter clothing insulation: cold stress
2268       clo = wclo
2269       CALL fanger ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, eta, pmva )
2270       pmv_w = pmva
2271
2272       IF ( pmva > 0._wp )  THEN
2273!
2274!--       Case summer clothing insulation: heat load ?
2275          clo = sclo
2276          CALL fanger ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, eta, pmva )
2277          pmv_s = pmva
2278          IF ( pmva <= 0._wp )  THEN
2279!
2280!--          Case: comfort achievable by varying clothing insulation
2281!--          Between winter and summer set values
2282             CALL iso_ridder ( ta, tmrt, vp, ws, pair, actlev, eta, sclo,      &
2283                pmv_s, wclo, pmv_w, eps, pmva, ncount, clo )
2284             IF ( ncount < 0_iwp )  THEN
2285                nerr = -1_iwp
2286                RETURN
2287             ENDIF
2288          ELSE IF ( pmva > 0.06_wp )  THEN
2289             clo = 0.5_wp
2290             CALL fanger ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, eta,           &
2291                           pmva )
2292          ENDIF
2293       ELSE IF ( pmva < -0.11_wp )  THEN
2294          clo = 1.75_wp
2295          CALL fanger ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, eta, pmva )
2296       ENDIF
2297    ELSE
2298!
2299!--    First guess: summer clothing insulation: heat load
2300       clo = sclo
2301       CALL fanger ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, eta, pmva )
2302       pmv_s = pmva
2303
2304       IF ( pmva < 0._wp )  THEN
2305!
2306!--       Case winter clothing insulation: cold stress ?
2307          clo = wclo
2308          CALL fanger ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, eta, pmva )
2309          pmv_w = pmva
2310
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 < -0.11_wp )  THEN
2322             clo = 1.75_wp
2323             CALL fanger ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, eta,           &
2324                           pmva )
2325          ENDIF
2326       ELSE IF ( pmva > 0.06_wp )  THEN
2327          clo = 0.5_wp
2328          CALL fanger ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, eta, pmva )
2329       ENDIF
2330
2331    ENDIF
2332!
2333!-- Determine perceived temperature by regression equation + adjustments
2334    pmvs = pmva
2335    CALL perct_regression( pmva, clo, perct_ij )
2336    ptc = perct_ij
2337    IF ( clo >= 1.75_wp  .AND.  pmva <= -0.11_wp )  THEN
2338!
2339!--    Adjust for cold conditions according to Gagge 1986
2340       CALL dpmv_cold ( pmva, ta, ws, tmrt, nerr_cold, d_pmv )
2341       IF ( nerr_cold > 0_iwp )  nerr = -5_iwp
2342       pmvs = pmva - d_pmv
2343       IF ( pmvs > -0.11_wp )  THEN
2344          d_pmv  = 0._wp
2345          pmvs   = -0.11_wp
2346       ENDIF
2347       CALL perct_regression( pmvs, clo, perct_ij )
2348    ENDIF
2349!     clo_fanger = clo
2350    clon = clo
2351    IF ( clo > 0.5_wp  .AND.  perct_ij <= 8.73_wp )  THEN
2352!
2353!--    Required clothing insulation (ireq) is exclusively defined for
2354!--    perceived temperatures (perct) less 10 (C) for a
2355!--    reference wind of 0.2 m/s according to 8.73 (C) for 0.1 m/s
2356       clon = ireq_neutral ( perct_ij, ireq_minimal, nerr )
2357       clo = clon
2358    ENDIF
2359    CALL calc_sultr( ptc, dgtcm, dgtcstd, sult_lim )
2360    sultrieness    = .FALSE.
2361    d_std = -99._wp
2362    IF ( pmva > 0.06_wp  .AND.  clo <= 0.5_wp )  THEN
2363!
2364!--    Adjust for warm/humid conditions according to Gagge 1986
2365       CALL saturation_vapor_pressure ( ta, svp_ta )
2366       d_pmv  = deltapmv ( pmva, ta, vp, svp_ta, tmrt, ws, nerr )
2367       pmvs   = pmva + d_pmv
2368       CALL perct_regression( pmvs, clo, perct_ij )
2369       IF ( sult_lim < 99._wp )  THEN
2370          IF ( (perct_ij - ptc) > sult_lim )  sultrieness = .TRUE.
2371!
2372!--       Set factor to threshold for sultriness
2373          IF ( ABS( dgtcstd ) > 0.00001_wp )  THEN
2374             d_std = ( ( perct_ij - ptc ) - dgtcm ) / dgtcstd
2375          ENDIF
2376       ENDIF
2377    ENDIF
2378
2379 END SUBROUTINE calculate_perct_static
2380
2381!------------------------------------------------------------------------------!
2382! Description:
2383! ------------
2384!> The SUBROUTINE calculates the (saturation) water vapour pressure
2385!> (hPa = hecto Pascal) for a given temperature ta (degC).
2386!> 'ta' can be the air temperature or the dew point temperature. The first will
2387!> result in the current vapor pressure (hPa), the latter will calulate the
2388!> saturation vapor pressure (hPa).
2389!------------------------------------------------------------------------------!
2390 SUBROUTINE saturation_vapor_pressure( ta, svp_ta )
2391
2392    IMPLICIT NONE
2393
2394    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  ta     !< ambient air temperature (degC)
2395    REAL(wp), INTENT ( OUT ) ::  svp_ta !< water vapour pressure (hPa)
2396
2397    REAL(wp)      ::  b
2398    REAL(wp)      ::  c
2399
2400
2401    IF ( ta < 0._wp )  THEN
2402!
2403!--    ta  < 0 (degC): water vapour pressure over ice
2404       b = 17.84362_wp
2405       c = 245.425_wp
2406    ELSE
2407!
2408!--    ta >= 0 (degC): water vapour pressure over water
2409       b = 17.08085_wp
2410       c = 234.175_wp
2411    ENDIF
2412!
2413!-- Saturation water vapour pressure
2414    svp_ta = 6.1078_wp * EXP( b * ta / ( c + ta ) )
2415
2416 END SUBROUTINE saturation_vapor_pressure
2417
2418!------------------------------------------------------------------------------!
2419! Description:
2420! ------------
2421!> Find the clothing insulation value clo_res (clo) to make Fanger's Predicted
2422!> Mean Vote (PMV) equal comfort (pmva=0) for actual meteorological conditions
2423!> (ta,tmrt, vp, ws, pair) and values of individual's activity level
2424!------------------------------------------------------------------------------!
2425 SUBROUTINE iso_ridder( ta, tmrt, vp, ws, pair, actlev, eta, sclo,             &
2426                       pmv_s, wclo, pmv_w, eps, pmva, nerr,               &
2427                       clo_res )
2428
2429    IMPLICIT NONE
2430!
2431!-- Input variables of argument list:
2432    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: ta       !< Ambient temperature (degC)
2433    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: tmrt     !< Mean radiant temperature (degC)
2434    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: vp       !< Water vapour pressure (hPa)
2435    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: ws       !< Wind speed (m/s) 1 m above ground
2436    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: pair     !< Barometric air pressure (hPa)
2437    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: actlev   !< Individuals activity level per unit surface area (W/m2)
2438    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: eta      !< Individuals work efficiency (dimensionless)
2439    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: sclo     !< Lower threshold of bracketing clothing insulation (clo)
2440    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: wclo     !< Upper threshold of bracketing clothing insulation (clo)
2441    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: eps      !< (0.05) accuracy in clothing insulation (clo) for
2442!                                          evaluation the root of Fanger's PMV (pmva=0)
2443    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: pmv_w    !< Fanger's PMV corresponding to wclo
2444    REAL(wp), INTENT ( IN )  :: pmv_s    !< Fanger's PMV corresponding to sclo
2445!
2446!-- Output variables of argument list:
2447    REAL(wp), INTENT ( OUT ) :: pmva     !< 0 (set to zero, because clo is evaluated for comfort)
2448    REAL(wp), INTENT ( OUT ) :: clo_res  !< Resulting clothing insulation value (clo)
2449    INTEGER(iwp), INTENT ( OUT ) :: nerr !< Error status / quality flag
2450                                         !< nerr >= 0, o.k., and nerr is the number of iterations for convergence
2451                                         !< nerr = -1: error = malfunction of Ridder's convergence method
2452                                         !< nerr = -2: error = maximum iterations (max_iteration) exceeded
2453                                         !< nerr = -3: error = root not bracketed between sclo and wclo
2454!
2455!-- Type of program variables
2456    INTEGER(iwp), PARAMETER  ::  max_iteration = 15_iwp       !< max number of iterations
2457    REAL(wp),     PARAMETER  ::  guess_0       = -1.11e30_wp  !< initial guess
2458    REAL(wp) ::  x_ridder    !< current guess for clothing insulation   (clo)
2459    REAL(wp) ::  clo_lower   !< lower limit of clothing insulation      (clo)
2460    REAL(wp) ::  clo_upper   !< upper limit of clothing insulation      (clo)
2461    REAL(wp) ::  x_lower     !< lower guess for clothing insulation     (clo)
2462    REAL(wp) ::  x_upper     !< upper guess for clothing insulation     (clo)
2463    REAL(wp) ::  x_average   !< average of x_lower and x_upper          (clo)
2464    REAL(wp) ::  x_new       !< preliminary result for clothing insulation (clo)
2465    REAL(wp) ::  y_lower     !< predicted mean vote for summer clothing
2466    REAL(wp) ::  y_upper     !< predicted mean vote for winter clothing
2467    REAL(wp) ::  y_average   !< average of y_lower and y_upper
2468    REAL(wp) ::  y_new       !< preliminary result for pred. mean vote
2469    REAL(wp) ::  sroot       !< sqrt of PMV-guess
2470    INTEGER(iwp) ::  j       !< running index
2471!
2472!-- Initialise
2473    nerr    = 0_iwp
2474!
2475!-- Set pmva = 0 (comfort): Root of PMV depending on clothing insulation
2476    x_ridder    = bio_fill_value
2477    pmva        = 0._wp
2478    clo_lower   = sclo
2479    y_lower     = pmv_s
2480    clo_upper   = wclo
2481    y_upper     = pmv_w
2482    IF ( ( y_lower > 0._wp  .AND.  y_upper < 0._wp )  .OR.                     &
2483         ( y_lower < 0._wp  .AND.  y_upper > 0._wp ) )  THEN
2484       x_lower  = clo_lower
2485       x_upper  = clo_upper
2486       x_ridder = guess_0
2487
2488       DO  j = 1_iwp, max_iteration
2489          x_average = 0.5_wp * ( x_lower + x_upper )
2490          CALL fanger ( ta, tmrt, vp, ws, pair, x_average, actlev, eta,        &
2491                        y_average )
2492          sroot = SQRT( y_average**2 - y_lower * y_upper )
2493          IF ( ABS( sroot ) < 0.00001_wp )  THEN
2494             clo_res = x_average
2495             nerr = j
2496             RETURN
2497          ENDIF
2498          x_new = x_average + ( x_average - x_lower ) *                        &
2499                      ( SIGN ( 1._wp, y_lower - y_upper ) * y_average / sroot )
2500          IF ( ABS( x_new - x_ridder ) <= eps )  THEN
2501             clo_res = x_ridder
2502             nerr       = j
2503             RETURN
2504          ENDIF
2505          x_ridder = x_new
2506          CALL fanger ( ta, tmrt, vp, ws, pair, x_ridder, actlev, eta,         &
2507                        y_new )
2508          IF ( ABS( y_new ) < 0.00001_wp )  THEN
2509             clo_res = x_ridder
2510             nerr       = j
2511             RETURN
2512          ENDIF
2513          IF ( ABS( SIGN( y_average, y_new ) - y_average ) > 0.00001_wp )  THEN
2514             x_lower = x_average
2515             y_lower = y_average
2516             x_upper  = x_ridder
2517             y_upper  = y_new
2518          ELSE IF ( ABS( SIGN( y_lower, y_new ) - y_lower ) > 0.00001_wp )  THEN
2519             x_upper  = x_ridder
2520             y_upper  = y_new
2521          ELSE IF ( ABS( SIGN( y_upper, y_new ) - y_upper ) > 0.00001_wp )  THEN
2522             x_lower = x_ridder
2523             y_lower = y_new
2524          ELSE
2525!
2526!--          Never get here in x_ridder: singularity in y
2527             nerr    = -1_iwp
2528             clo_res = x_ridder
2529             RETURN
2530          ENDIF
2531          IF ( ABS( x_upper - x_lower ) <= eps )  THEN
2532             clo_res = x_ridder
2533             nerr    = j
2534             RETURN
2535          ENDIF
2536       ENDDO
2537!
2538!--    x_ridder exceed maximum iterations
2539       nerr       = -2_iwp
2540       clo_res = y_new
2541       RETURN
2542    ELSE IF ( ABS( y_lower ) < 0.00001_wp )  THEN
2543       x_ridder = clo_lower
2544    ELSE IF ( ABS( y_upper ) < 0.00001_wp )  THEN
2545       x_ridder = clo_upper
2546    ELSE
2547!
2548!--    x_ridder not bracketed by u_clo and o_clo
2549       nerr = -3_iwp
2550       clo_res = x_ridder
2551       RETURN
2552    ENDIF
2553
2554 END SUBROUTINE iso_ridder
2555
2556!------------------------------------------------------------------------------!
2557! Description:
2558! ------------
2559!> Regression relations between perceived temperature (perct) and (adjusted)
2560!> PMV. The regression presumes the Klima-Michel settings for reference
2561!> individual and reference environment.
2562!------------------------------------------------------------------------------!
2563 SUBROUTINE perct_regression( pmv, clo, perct_ij )
2564
2565    IMPLICIT NONE
2566
2567    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  pmv   !< Fangers predicted mean vote (dimensionless)
2568    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  clo   !< clothing insulation index (clo)
2569
2570    REAL(wp), INTENT ( OUT ) ::  perct_ij   !< perct (degC) corresponding to given PMV / clo
2571
2572    IF ( pmv <= -0.11_wp )  THEN
2573       perct_ij = 5.805_wp + 12.6784_wp * pmv
2574    ELSE
2575       IF ( pmv >= + 0.01_wp )  THEN
2576          perct_ij = 16.826_wp + 6.163_wp * pmv
2577       ELSE
2578          perct_ij = 21.258_wp - 9.558_wp * clo
2579       ENDIF
2580    ENDIF
2581
2582 END SUBROUTINE perct_regression
2583
2584!------------------------------------------------------------------------------!
2585! Description:
2586! ------------
2587!> FANGER.F90
2588!>
2589!> SI-VERSION: ACTLEV W m-2, DAMPFDRUCK hPa
2590!> Berechnet das aktuelle Predicted Mean Vote nach Fanger
2591!>
2592!> The case of free convection (ws < 0.1 m/s) is dealt with ws = 0.1 m/s
2593!------------------------------------------------------------------------------!
2594 SUBROUTINE fanger( ta, tmrt, pa, in_ws, pair, in_clo, actlev, eta, pmva )
2595
2596    IMPLICIT NONE
2597!
2598!-- Input variables of argument list:
2599    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  ta       !< Ambient air temperature (degC)
2600    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  tmrt     !< Mean radiant temperature (degC)
2601    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  pa       !< Water vapour pressure (hPa)
2602    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  pair     !< Barometric pressure (hPa) at site
2603    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  in_ws    !< Wind speed (m/s) 1 m above ground
2604    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  in_clo   !< Clothing insulation (clo)
2605    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  actlev   !< Individuals activity level per unit surface area (W/m2)
2606    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  eta      !< Individuals mechanical work efficiency (dimensionless)
2607!
2608!-- Output variables of argument list:
2609    REAL(wp), INTENT ( OUT ) ::  pmva    !< Actual Predicted Mean Vote (PMV,
2610                                         !< dimensionless) according to Fanger corresponding to meteorological
2611                                         !< (ta,tmrt,pa,ws,pair) and individual variables (clo, actlev, eta)
2612!
2613!-- Internal variables
2614    REAL(wp) ::  f_cl         !< Increase in surface due to clothing    (factor)
2615    REAL(wp) ::  heat_convection  !< energy loss by autocnvection       (W)
2616    REAL(wp) ::  activity     !< persons activity  (must stay == actlev, W)
2617    REAL(wp) ::  t_skin_aver  !< average skin temperature               (degree_C)
2618    REAL(wp) ::  bc           !< preliminary result storage
2619    REAL(wp) ::  cc           !< preliminary result storage
2620    REAL(wp) ::  dc           !< preliminary result storage
2621    REAL(wp) ::  ec           !< preliminary result storage
2622    REAL(wp) ::  gc           !< preliminary result storage
2623    REAL(wp) ::  t_clothing   !< clothing temperature                   (degree_C)
2624    REAL(wp) ::  hr           !< radiational heat resistence
2625    REAL(wp) ::  clo          !< clothing insulation index              (clo)
2626    REAL(wp) ::  ws           !< wind speed                             (m/s)
2627    REAL(wp) ::  z1           !< Empiric factor for the adaption of the heat
2628                              !< ballance equation to the psycho-physical scale (Equ. 40 in FANGER)
2629    REAL(wp) ::  z2           !< Water vapour diffution through the skin
2630    REAL(wp) ::  z3           !< Sweat evaporation from the skin surface
2631    REAL(wp) ::  z4           !< Loss of latent heat through respiration
2632    REAL(wp) ::  z5           !< Loss of radiational heat
2633    REAL(wp) ::  z6           !< Heat loss through forced convection
2634    INTEGER(iwp) :: i         !< running index
2635!
2636!-- Clo must be > 0. to avoid div. by 0!
2637    clo = in_clo
2638    IF ( clo <= 0._wp )  clo = .001_wp
2639!
2640!-- f_cl = Increase in surface due to clothing
2641    f_cl = 1._wp + .15_wp * clo
2642!
2643!-- Case of free convection (ws < 0.1 m/s ) not considered
2644    ws = in_ws
2645    IF ( ws < .1_wp )  THEN
2646       ws = .1_wp
2647    ENDIF
2648!
2649!-- Heat_convection = forced convection
2650    heat_convection = 12.1_wp * SQRT( ws * pair / 1013.25_wp )
2651!
2652!-- Activity = inner heat produktion per standardized surface
2653    activity = actlev * ( 1._wp - eta )
2654!
2655!-- T_skin_aver = average skin temperature
2656    t_skin_aver = 35.7_wp - .0275_wp * activity
2657!
2658!-- Calculation of constants for evaluation below
2659    bc = .155_wp * clo * 3.96_wp * 10._wp**( -8 ) * f_cl
2660    cc = f_cl * heat_convection
2661    ec = .155_wp * clo
2662    dc = ( 1._wp + ec * cc ) / bc
2663    gc = ( t_skin_aver + bc * ( tmrt + degc_to_k )**4 + ec * cc * ta ) / bc
2664!
2665!-- Calculation of clothing surface temperature (t_clothing) based on
2666!-- Newton-approximation with air temperature as initial guess
2667    t_clothing = ta
2668    DO  i = 1, 3
2669       t_clothing = t_clothing - ( ( t_clothing + degc_to_k )**4 + t_clothing  &
2670          * dc - gc ) / ( 4._wp * ( t_clothing + degc_to_k )**3 + dc )
2671    ENDDO
2672!
2673!-- Empiric factor for the adaption of the heat ballance equation
2674!-- to the psycho-physical scale (Equ. 40 in FANGER)
2675    z1 = ( .303_wp * EXP( -.036_wp * actlev ) + .0275_wp )
2676!
2677!-- Water vapour diffution through the skin
2678    z2 = .31_wp * ( 57.3_wp - .07_wp * activity-pa )
2679!
2680!-- Sweat evaporation from the skin surface
2681    z3 = .42_wp * ( activity - 58._wp )
2682!
2683!-- Loss of latent heat through respiration
2684    z4 = .0017_wp * actlev * ( 58.7_wp - pa ) + .0014_wp * actlev *            &
2685      ( 34._wp - ta )
2686!
2687!-- Loss of radiational heat
2688    z5 = 3.96e-8_wp * f_cl * ( ( t_clothing + degc_to_k )**4 - ( tmrt +        &
2689       degc_to_k )**4 )
2690    IF ( ABS( t_clothing - tmrt ) > 0._wp )  THEN
2691       hr = z5 / f_cl / ( t_clothing - tmrt )
2692    ELSE
2693       hr = 0._wp
2694    ENDIF
2695!
2696!-- Heat loss through forced convection cc*(t_clothing-TT)
2697    z6 = cc * ( t_clothing - ta )
2698!
2699!-- Predicted Mean Vote
2700    pmva = z1 * ( activity - z2 - z3 - z4 - z5 - z6 )
2701
2702 END SUBROUTINE fanger
2703
2704!------------------------------------------------------------------------------!
2705! Description:
2706! ------------
2707!> For pmva > 0 and clo =0.5 the increment (deltapmv) is calculated
2708!> that converts pmva into Gagge's et al. (1986) PMV*.
2709!------------------------------------------------------------------------------!
2710 REAL(wp) FUNCTION deltapmv( pmva, ta, vp, svp_ta, tmrt, ws, nerr )
2711
2712    IMPLICIT NONE
2713
2714!
2715!-- Input variables of argument list:
2716    REAL(wp),     INTENT ( IN )  :: pmva     !< Actual Predicted Mean Vote (PMV) according to Fanger
2717    REAL(wp),     INTENT ( IN )  :: ta       !< Ambient temperature (degC) at screen level
2718    REAL(wp),     INTENT ( IN )  :: vp       !< Water vapour pressure (hPa) at screen level
2719    REAL(wp),     INTENT ( IN )  :: svp_ta   !< Saturation water vapour pressure (hPa) at ta
2720    REAL(wp),     INTENT ( IN )  :: tmrt     !< Mean radiant temperature (degC) at screen level
2721    REAL(wp),     INTENT ( IN )  :: ws       !< Wind speed (m/s) 1 m above ground
2722
2723!
2724!-- Output variables of argument list:
2725    INTEGER(iwp), INTENT ( OUT ) :: nerr     !< Error status / quality flag
2726                                             !<  0 = o.k.
2727                                             !< -2 = pmva outside valid regression range
2728                                             !< -3 = rel. humidity set to 5 % or 95 %, respectively
2729                                             !< -4 = deltapmv set to avoid pmvs < 0
2730
2731!
2732!-- Internal variables:
2733    REAL(wp) ::  pmv          !< temp storage og predicted mean vote
2734    REAL(wp) ::  pa_p50       !< ratio actual water vapour pressure to that of relative humidity of 50 %
2735    REAL(wp) ::  pa           !< vapor pressure (hPa) with hard bounds
2736    REAL(wp) ::  apa          !< natural logarithm of pa (with hard lower border)
2737    REAL(wp) ::  dapa         !< difference of apa and pa_p50
2738    REAL(wp) ::  sqvel        !< square root of local wind velocity
2739    REAL(wp) ::  dtmrt        !< difference mean radiation to air temperature
2740    REAL(wp) ::  p10          !< lower bound for pa
2741    REAL(wp) ::  p95          !< upper bound for pa
2742    REAL(wp) ::  weight       !<
2743    REAL(wp) ::  weight2      !<
2744    REAL(wp) ::  dpmv_1       !<
2745    REAL(wp) ::  dpmv_2       !<
2746    REAL(wp) ::  pmvs         !<
2747    INTEGER(iwp) :: nreg      !<
2748
2749!
2750!-- Regression coefficients:
2751    REAL(wp), DIMENSION(0:7), PARAMETER ::  bpmv = (/                          &
2752     -0.0556602_wp, -0.1528680_wp, -0.2336104_wp, -0.2789387_wp,               &
2753     -0.3551048_wp, -0.4304076_wp, -0.4884961_wp, -0.4897495_wp /)
2754
2755    REAL(wp), DIMENSION(0:7), PARAMETER ::  bpa_p50 = (/                       &
2756     -0.1607154_wp, -0.4177296_wp, -0.4120541_wp, -0.0886564_wp,               &
2757      0.4285938_wp,  0.6281256_wp,  0.5067361_wp,  0.3965169_wp /)
2758
2759    REAL(wp), DIMENSION(0:7), PARAMETER ::  bpa = (/                           &
2760      0.0580284_wp,  0.0836264_wp,  0.1009919_wp,  0.1020777_wp,               &
2761      0.0898681_wp,  0.0839116_wp,  0.0853258_wp,  0.0866589_wp /)
2762
2763    REAL(wp), DIMENSION(0:7), PARAMETER ::  bapa = (/                          &
2764     -1.7838788_wp, -2.9306231_wp, -1.6350334_wp,   0.6211547_wp,              &
2765      3.3918083_wp,  5.5521025_wp,  8.4897418_wp,  16.6265851_wp /)
2766
2767    REAL(wp), DIMENSION(0:7), PARAMETER ::  bdapa = (/                         &
2768      1.6752720_wp,  2.7379504_wp,  1.2940526_wp,  -1.0985759_wp,              &
2769     -3.9054732_wp, -6.0403012_wp, -8.9437119_wp, -17.0671201_wp /)
2770
2771    REAL(wp), DIMENSION(0:7), PARAMETER ::  bsqvel = (/                        &
2772     -0.0315598_wp, -0.0286272_wp, -0.0009228_wp,  0.0483344_wp,               &
2773      0.0992366_wp,  0.1491379_wp,  0.1951452_wp,  0.2133949_wp /)
2774
2775    REAL(wp), DIMENSION(0:7), PARAMETER ::  bta = (/                           &
2776      0.0953986_wp,  0.1524760_wp,  0.0564241_wp, -0.0893253_wp,               &
2777     -0.2398868_wp, -0.3515237_wp, -0.5095144_wp, -0.9469258_wp /)
2778
2779    REAL(wp), DIMENSION(0:7), PARAMETER ::  bdtmrt = (/                        &
2780     -0.0004672_wp, -0.0000514_wp, -0.0018037_wp, -0.0049440_wp,               &
2781     -0.0069036_wp, -0.0075844_wp, -0.0079602_wp, -0.0089439_wp /)
2782
2783    REAL(wp), DIMENSION(0:7), PARAMETER ::  aconst = (/                        &
2784      1.8686215_wp,  3.4260713_wp,   2.0116185_wp,  -0.7777552_wp,             &
2785     -4.6715853_wp, -7.7314281_wp, -11.7602578_wp, -23.5934198_wp /)
2786
2787
2788!
2789!-- Test for compliance with regression range
2790    IF ( pmva < -1.0_wp  .OR.  pmva > 7.0_wp )  THEN
2791       nerr = -2_iwp
2792    ELSE
2793       nerr = 0_iwp
2794    ENDIF
2795!
2796!-- Initialise classic PMV
2797    pmv  = pmva
2798!
2799!-- Water vapour pressure of air
2800    p10  = 0.05_wp * svp_ta
2801    p95  = 1.00_wp * svp_ta
2802    IF ( vp >= p10  .AND.  vp <= p95 )  THEN
2803       pa = vp
2804    ELSE
2805       nerr = -3_iwp
2806       IF ( vp < p10 )  THEN
2807!
2808!--       Due to conditions of regression: r.H. >= 5 %
2809          pa = p10
2810       ELSE
2811!
2812!--       Due to conditions of regression: r.H. <= 95 %
2813          pa = p95
2814       ENDIF
2815    ENDIF
2816    IF ( pa > 0._wp )  THEN
2817!
2818!--    Natural logarithm of pa
2819       apa = LOG( pa )
2820    ELSE
2821       apa = -5._wp
2822    ENDIF
2823!
2824!-- Ratio actual water vapour pressure to that of a r.H. of 50 %
2825    pa_p50   = 0.5_wp * svp_ta
2826    IF ( pa_p50 > 0._wp  .AND.  pa > 0._wp )  THEN
2827       dapa   = apa - LOG( pa_p50 )
2828       pa_p50 = pa / pa_p50
2829    ELSE
2830       dapa   = -5._wp
2831       pa_p50 = 0._wp
2832    ENDIF
2833!
2834!-- Square root of wind velocity
2835    IF ( ws >= 0._wp )  THEN
2836       sqvel = SQRT( ws )
2837    ELSE
2838       sqvel = 0._wp
2839    ENDIF
2840!
2841!-- Difference mean radiation to air temperature
2842    dtmrt = tmrt - ta
2843!
2844!-- Select the valid regression coefficients
2845    nreg = INT( pmv )
2846    IF ( nreg < 0_iwp )  THEN
2847!
2848!--    value of the FUNCTION in the case pmv <= -1
2849       deltapmv = 0._wp
2850       RETURN
2851    ENDIF
2852    weight = MOD ( pmv, 1._wp )
2853    IF ( weight < 0._wp )  weight = 0._wp
2854    IF ( nreg > 5_iwp )  THEN
2855       nreg  = 5_iwp
2856       weight   = pmv - 5._wp
2857       weight2  = pmv - 6._wp
2858       IF ( weight2 > 0_iwp )  THEN
2859          weight = ( weight - weight2 ) / weight
2860       ENDIF
2861    ENDIF
2862!
2863!-- Regression valid for 0. <= pmv <= 6., bounds are checked above
2864    dpmv_1 =                                                                   &
2865       + bpa(nreg) * pa                                                        &
2866       + bpmv(nreg) * pmv                                                      &
2867       + bapa(nreg) * apa                                                      &
2868       + bta(nreg) * ta                                                        &
2869       + bdtmrt(nreg) * dtmrt                                                  &
2870       + bdapa(nreg) * dapa                                                    &
2871       + bsqvel(nreg) * sqvel                                                  &
2872       + bpa_p50(nreg) * pa_p50                                                &
2873       + aconst(nreg)
2874
2875!    dpmv_2 = 0._wp
2876!    IF ( nreg < 6_iwp )  THEN  !< nreg is always <= 5, see above
2877    dpmv_2 =                                                                   &
2878       + bpa(nreg+1_iwp)     * pa                                              &
2879       + bpmv(nreg+1_iwp)    * pmv                                             &
2880       + bapa(nreg+1_iwp)    * apa                                             &
2881       + bta(nreg+1_iwp)     * ta                                              &
2882       + bdtmrt(nreg+1_iwp)  * dtmrt                                           &
2883       + bdapa(nreg+1_iwp)   * dapa                                            &
2884       + bsqvel(nreg+1_iwp)  * sqvel                                           &
2885       + bpa_p50(nreg+1_iwp) * pa_p50                                          &
2886       + aconst(nreg+1_iwp)
2887!    ENDIF
2888!
2889!-- Calculate pmv modification
2890    deltapmv = ( 1._wp - weight ) * dpmv_1 + weight * dpmv_2
2891    pmvs = pmva + deltapmv
2892    IF ( ( pmvs ) < 0._wp )  THEN
2893!
2894!--    Prevent negative pmv* due to problems with clothing insulation
2895       nerr = -4_iwp
2896       IF ( pmvs > -0.11_wp )  THEN
2897!
2898!--       Threshold from perct_regression for winter clothing insulation
2899          deltapmv = deltapmv + 0.11_wp
2900       ELSE
2901!
2902!--       Set pmvs to "0" for compliance with summer clothing insulation
2903          deltapmv = -1._wp * pmva
2904       ENDIF
2905    ENDIF
2906
2907 END FUNCTION deltapmv
2908
2909!------------------------------------------------------------------------------!
2910! Description:
2911! ------------
2912!> The subroutine "calc_sultr" returns a threshold value to perceived
2913!> temperature allowing to decide whether the actual perceived temperature
2914!> is linked to perecption of sultriness. The threshold values depends
2915!> on the Fanger's classical PMV, expressed here as perceived temperature
2916!> perct.
2917!------------------------------------------------------------------------------!
2918 SUBROUTINE calc_sultr( perct_ij, dperctm, dperctstd, sultr_res )
2919
2920    IMPLICIT NONE
2921!
2922!-- Input of the argument list:
2923    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  perct_ij      !< Classical perceived temperature: Base is Fanger's PMV
2924!
2925!-- Additional output variables of argument list:
2926    REAL(wp), INTENT ( OUT ) ::  dperctm    !< Mean deviation perct (classical gt) to gt* (rational gt
2927                                            !< calculated based on Gagge's rational PMV*)
2928    REAL(wp), INTENT ( OUT ) ::  dperctstd  !< dperctm plus its standard deviation times a factor
2929                                            !< determining the significance to perceive sultriness
2930    REAL(wp), INTENT ( OUT ) ::  sultr_res
2931!
2932!-- Types of coefficients mean deviation: third order polynomial
2933    REAL(wp), PARAMETER ::  dperctka =  7.5776086_wp
2934    REAL(wp), PARAMETER ::  dperctkb = -0.740603_wp
2935    REAL(wp), PARAMETER ::  dperctkc =  0.0213324_wp
2936    REAL(wp), PARAMETER ::  dperctkd = -0.00027797237_wp
2937!
2938!-- Types of coefficients mean deviation plus standard deviation
2939!-- regression coefficients: third order polynomial
2940    REAL(wp), PARAMETER ::  dperctsa =  0.0268918_wp
2941    REAL(wp), PARAMETER ::  dperctsb =  0.0465957_wp
2942    REAL(wp), PARAMETER ::  dperctsc = -0.00054709752_wp
2943    REAL(wp), PARAMETER ::  dperctsd =  0.0000063714823_wp
2944!
2945!-- Factor to mean standard deviation defining SIGNificance for
2946!-- sultriness
2947    REAL(wp), PARAMETER :: faktor = 1._wp
2948!
2949!-- Initialise
2950    sultr_res = 99._wp
2951    dperctm   = 0._wp
2952    dperctstd = 999999._wp
2953
2954    IF ( perct_ij < 16.826_wp  .OR.  perct_ij > 56._wp )  THEN
2955!
2956!--    Unallowed value of classical perct!
2957       RETURN
2958    ENDIF
2959!
2960!-- Mean deviation dependent on perct
2961    dperctm = dperctka + dperctkb * perct_ij + dperctkc * perct_ij**2._wp +    &
2962       dperctkd * perct_ij**3._wp
2963!
2964!-- Mean deviation plus its standard deviation
2965    dperctstd = dperctsa + dperctsb * perct_ij + dperctsc * perct_ij**2._wp +  &
2966       dperctsd * perct_ij**3._wp
2967!
2968!-- Value of the FUNCTION
2969    sultr_res = dperctm + faktor * dperctstd
2970    IF ( ABS( sultr_res ) > 99._wp )  sultr_res = +99._wp
2971
2972 END SUBROUTINE calc_sultr
2973
2974!------------------------------------------------------------------------------!
2975! Description:
2976! ------------
2977!> Multiple linear regression to calculate an increment delta_cold,
2978!> to adjust Fanger's classical PMV (pmva) by Gagge's 2 node model,
2979!> applying Fanger's convective heat transfer coefficient, hcf.
2980!> Wind velocitiy of the reference environment is 0.10 m/s
2981!------------------------------------------------------------------------------!
2982 SUBROUTINE dpmv_cold( pmva, ta, ws, tmrt, nerr, dpmv_cold_res )
2983
2984    IMPLICIT NONE
2985!
2986!-- Type of input arguments
2987    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  pmva   !< Fanger's classical predicted mean vote
2988    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  ta     !< Air temperature 2 m above ground (degC)
2989    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  ws     !< Relative wind velocity 1 m above ground (m/s)
2990    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  tmrt   !< Mean radiant temperature (degC)
2991!
2992!-- Type of output argument
2993    INTEGER(iwp), INTENT ( OUT ) ::  nerr !< Error indicator: 0 = o.k., +1 = denominator for intersection = 0
2994    REAL(wp),     INTENT ( OUT ) ::  dpmv_cold_res    !< Increment to adjust pmva according to the results of Gagge's
2995                                                      !< 2 node model depending on the input
2996!
2997!-- Type of program variables
2998    REAL(wp) ::  delta_cold(3)
2999    REAL(wp) ::  pmv_cross(2)
3000    REAL(wp) ::  reg_a(3)
3001    REAL(wp) ::  r_denominator  !< the regression equations denominator
3002    REAL(wp) ::  dtmrt          !< delta mean radiant temperature
3003    REAL(wp) ::  sqrt_ws        !< sqare root of wind speed
3004    INTEGER(iwp) ::  i          !< running index
3005    INTEGER(iwp) ::  i_bin      !< result row number
3006
3007!    REAL(wp) ::  coeff(3,5)  !< unsafe! array is (re-)writable!
3008!    coeff(1,1:5) =                                                             &
3009!       (/ +0.161_wp,   +0.130_wp, -1.125E-03_wp, +1.106E-03_wp, -4.570E-04_wp /)
3010!    coeff(2,1:5) =                                                             &
3011!       (/  0.795_wp,    0.713_wp, -8.880E-03_wp, -1.803E-03_wp, -2.816E-03_wp /)
3012!    coeff(3,1:5) =                                                             &
3013!       (/ +0.05761_wp, +0.458_wp, -1.829E-02_wp, -5.577E-03_wp, -1.970E-03_wp /)
3014
3015!
3016!-- Coefficient of the 3 regression lines:
3017!      1:const      2:*pmva    3:*ta          4:*sqrt_ws     5:*dtmrt
3018    REAL(wp), DIMENSION(1:3,1:5), PARAMETER ::  coeff = RESHAPE( (/            &
3019        0.161_wp,   0.130_wp, -1.125E-03_wp,  1.106E-03_wp, -4.570E-04_wp,     &
3020        0.795_wp,   0.713_wp, -8.880E-03_wp, -1.803E-03_wp, -2.816E-03_wp,     &
3021        0.05761_wp, 0.458_wp, -1.829E-02_wp, -5.577E-03_wp, -1.970E-03_wp      &
3022       /), SHAPE(coeff), order=(/ 2, 1 /) )
3023!
3024!-- Initialise
3025    nerr           = 0_iwp
3026    dpmv_cold_res  = 0._wp
3027    dtmrt          = tmrt - ta
3028    sqrt_ws        = ws
3029    IF ( sqrt_ws < 0.1_wp )  THEN
3030       sqrt_ws = 0.1_wp
3031    ELSE
3032       sqrt_ws = SQRT( sqrt_ws )
3033    ENDIF
3034
3035    delta_cold = 0._wp
3036    pmv_cross = pmva
3037
3038!
3039!-- Determine regression constant for given meteorological conditions
3040    DO  i = 1, 3
3041       reg_a(i) = coeff(i,1) + coeff(i,3) * ta + coeff(i,4) *                  &
3042                  sqrt_ws + coeff(i,5)*dtmrt
3043       delta_cold(i) = reg_a(i) + coeff(i,2) * pmva
3044    ENDDO
3045!
3046!-- Intersection points of regression lines in terms of Fanger's PMV
3047    DO  i = 1, 2
3048       r_denominator = coeff(i,2) - coeff(i+1,2)
3049       IF ( ABS( r_denominator ) > 0.00001_wp )  THEN
3050          pmv_cross(i) = ( reg_a(i+1) - reg_a(i) ) / r_denominator
3051       ELSE
3052          nerr = 1_iwp
3053          RETURN
3054       ENDIF
3055    ENDDO
3056!
3057!-- Select result row number
3058    i_bin = 3
3059    DO  i = 1, 2
3060       IF ( pmva > pmv_cross(i) )  THEN
3061          i_bin = i
3062          EXIT
3063       ENDIF
3064    ENDDO
3065!
3066!-- Adjust to operative temperature scaled according
3067!-- to classical PMV (Fanger)
3068    dpmv_cold_res = delta_cold(i_bin) - dpmv_cold_adj(pmva)
3069
3070 END SUBROUTINE dpmv_cold
3071
3072!------------------------------------------------------------------------------!
3073! Description:
3074! ------------
3075!> Calculates the summand dpmv_cold_adj adjusting to the operative temperature
3076!> scaled according to classical PMV (Fanger) for cold conditions.
3077!> Valid for reference environment: v (1m) = 0.10 m/s, dTMRT = 0 K, r.h. = 50 %
3078!------------------------------------------------------------------------------!
3079 REAL(wp) FUNCTION dpmv_cold_adj( pmva )
3080
3081    IMPLICIT NONE
3082
3083    REAL(wp), INTENT ( IN ) ::  pmva        !< (adjusted) Predicted Mean Vote
3084
3085    REAL(wp)      ::  pmv     !< pmv-part of the regression
3086    INTEGER(iwp)  ::  i       !< running index
3087    INTEGER(iwp)  ::  thr     !< thermal range
3088!
3089!-- Provide regression coefficients for three thermal ranges:
3090!--    slightly cold  cold           very cold
3091    REAL(wp), DIMENSION(1:3,0:3), PARAMETER ::  coef = RESHAPE( (/             &
3092       0.0941540_wp, -0.1506620_wp, -0.0871439_wp,                             &
3093       0.0783162_wp, -1.0612651_wp,  0.1695040_wp,                             &
3094       0.1350144_wp, -1.0049144_wp, -0.0167627_wp,                             &
3095       0.1104037_wp, -0.2005277_wp, -0.0003230_wp                              &
3096       /), SHAPE(coef), order=(/ 2, 1 /) )
3097!
3098!-- Select thermal range
3099    IF ( pmva <= -2.1226_wp )  THEN     !< very cold
3100       thr = 3_iwp
3101    ELSE IF ( pmva <= -1.28_wp )  THEN  !< cold
3102       thr = 2_iwp
3103    ELSE                                !< slightly cold
3104       thr = 1_iwp
3105    ENDIF
3106!
3107!-- Initialize
3108    dpmv_cold_adj = coef(thr,0)
3109    pmv           = 1._wp
3110!
3111!-- Calculate pmv adjustment (dpmv_cold_adj)
3112    DO  i = 1, 3
3113       pmv           = pmv * pmva
3114       dpmv_cold_adj = dpmv_cold_adj + coef(thr,i) * pmv
3115    ENDDO
3116
3117    RETURN
3118 END FUNCTION dpmv_cold_adj
3119
3120!------------------------------------------------------------------------------!
3121! Description:
3122! ------------
3123!> Based on perceived temperature (perct) as input, ireq_neutral determines
3124!> the required clothing insulation (clo) for thermally neutral conditions
3125!> (neither body cooling nor body heating). It is related to the Klima-
3126!> Michel activity level (134.682 W/m2). IREQ_neutral is only defined
3127!> for perct < 10 (degC)
3128!------------------------------------------------------------------------------!
3129 REAL(wp) FUNCTION ireq_neutral( perct_ij, ireq_minimal, nerr )
3130
3131    IMPLICIT NONE
3132!
3133!-- Type declaration of arguments
3134    REAL(wp),     INTENT ( IN )  ::  perct_ij
3135    REAL(wp),     INTENT ( OUT ) ::  ireq_minimal
3136    INTEGER(iwp), INTENT ( OUT ) ::  nerr
3137!
3138!-- Type declaration for internal varables
3139    REAL(wp)                     ::  perct02
3140!
3141!-- Initialise
3142    nerr = 0_iwp
3143!
3144!-- Convert perceived temperature from basis 0.1 m/s to basis 0.2 m/s
3145    perct02 = 1.8788_wp + 0.9296_wp * perct_ij
3146!
3147!-- IREQ neutral conditions (thermal comfort)
3148    ireq_neutral = 1.62_wp - 0.0564_wp * perct02
3149!
3150!-- Regression only defined for perct <= 10 (degC)
3151    IF ( ireq_neutral < 0.5_wp )  THEN
3152       IF ( ireq_neutral < 0.48_wp )  THEN
3153          nerr = 1_iwp
3154       ENDIF
3155       ireq_neutral = 0.5_wp
3156    ENDIF
3157!
3158!-- Minimal required clothing insulation: maximal acceptable body cooling
3159    ireq_minimal = 1.26_wp - 0.0588_wp * perct02
3160    IF ( nerr > 0_iwp )  THEN
3161       ireq_minimal = ireq_neutral
3162    ENDIF
3163
3164    RETURN
3165 END FUNCTION ireq_neutral
3166
3167
3168!------------------------------------------------------------------------------!
3169! Description:
3170! ------------
3171!> The SUBROUTINE surface area calculates the surface area of the individual
3172!> according to its height (m), weight (kg), and age (y)
3173!------------------------------------------------------------------------------!
3174 SUBROUTINE surface_area( height_cm, weight, age, surf )
3175
3176    IMPLICIT NONE
3177
3178    REAL(wp)    , INTENT(in)  ::  weight
3179    REAL(wp)    , INTENT(in)  ::  height_cm
3180    INTEGER(iwp), INTENT(in)  ::  age
3181    REAL(wp)    , INTENT(out) ::  surf
3182    REAL(wp)                  ::  height
3183
3184    height = height_cm * 100._wp
3185!
3186!-- According to Gehan-George, for children
3187    IF ( age < 19_iwp )  THEN
3188       IF ( age < 5_iwp )  THEN
3189          surf = 0.02667_wp * height**0.42246_wp * weight**0.51456_wp
3190          RETURN
3191       ENDIF
3192       surf = 0.03050_wp * height**0.35129_wp * weight**0.54375_wp
3193       RETURN
3194    ENDIF
3195!
3196!-- DuBois D, DuBois EF: A formula to estimate the approximate surface area if
3197!-- height and weight be known. In: Arch. Int. Med.. 17, 1916, pp. 863:871.
3198    surf = 0.007184_wp * height**0.725_wp * weight**0.425_wp
3199    RETURN
3200
3201 END SUBROUTINE surface_area
3202
3203!------------------------------------------------------------------------------!
3204! Description:
3205! ------------
3206!> The SUBROUTINE persdat calculates
3207!>  - the total internal energy production = metabolic + workload,
3208!>  - the total internal energy production for a standardized surface (actlev)
3209!>  - the DuBois - area (a_surf [m2])
3210!> from
3211!>  - the persons age (years),
3212!>  - weight (kg),
3213!>  - height (m),
3214!>  - sex (1 = male, 2 = female),
3215!>  - work load (W)
3216!> for a sample human.
3217!------------------------------------------------------------------------------!
3218 SUBROUTINE persdat( age, weight, height, sex, work, a_surf, actlev )
3219
3220    IMPLICIT NONE
3221
3222    REAL(wp), INTENT(in) ::  age
3223    REAL(wp), INTENT(in) ::  weight
3224    REAL(wp), INTENT(in) ::  height
3225    REAL(wp), INTENT(in) ::  work
3226    INTEGER(iwp), INTENT(in) ::  sex
3227    REAL(wp), INTENT(out) ::  actlev
3228    REAL(wp) ::  a_surf
3229    REAL(wp) ::  energy_prod
3230    REAL(wp) ::  s
3231    REAL(wp) ::  factor
3232    REAL(wp) ::  basic_heat_prod
3233
3234    CALL surface_area( height, weight, INT( age ), a_surf )
3235    s = height * 100._wp / ( weight**( 1._wp / 3._wp ) )
3236    factor = 1._wp + .004_wp  * ( 30._wp - age )
3237    basic_heat_prod = 0.
3238    IF ( sex == 1_iwp )  THEN
3239       basic_heat_prod = 3.45_wp * weight**( 3._wp / 4._wp ) * ( factor +      &
3240                     .01_wp  * ( s - 43.4_wp ) )
3241    ELSE IF ( sex == 2_iwp )  THEN
3242       basic_heat_prod = 3.19_wp * weight**( 3._wp / 4._wp ) * ( factor +      &
3243                    .018_wp * ( s - 42.1_wp ) )
3244    ENDIF
3245
3246    energy_prod = work + basic_heat_prod
3247    actlev = energy_prod / a_surf
3248
3249 END SUBROUTINE persdat
3250
3251
3252!------------------------------------------------------------------------------!
3253! Description:
3254! ------------
3255!> SUBROUTINE ipt_init
3256!> initializes the instationary perceived temperature
3257!------------------------------------------------------------------------------!
3258
3259 SUBROUTINE ipt_init( age, weight, height, sex, work, actlev, clo,             &
3260     ta, vp, ws, tmrt, pair, dt, storage, t_clothing,                          &
3261     ipt )
3262
3263    IMPLICIT NONE
3264!
3265!-- Input parameters
3266    REAL(wp), INTENT(in) ::  age        !< Persons age          (years)
3267    REAL(wp), INTENT(in) ::  weight     !< Persons weight       (kg)
3268    REAL(wp), INTENT(in) ::  height     !< Persons height       (m)
3269    REAL(wp), INTENT(in) ::  work       !< Current workload     (W)
3270    REAL(wp), INTENT(in) ::  ta         !< Air Temperature      (degree_C)
3271    REAL(wp), INTENT(in) ::  vp         !< Vapor pressure       (hPa)
3272    REAL(wp), INTENT(in) ::  ws         !< Wind speed in approx. 1.1m (m/s)
3273    REAL(wp), INTENT(in) ::  tmrt       !< Mean radiant temperature   (degree_C)
3274    REAL(wp), INTENT(in) ::  pair       !< Air pressure         (hPa)
3275    REAL(wp), INTENT(in) ::  dt         !< Timestep             (s)
3276    INTEGER(iwp), INTENT(in)  :: sex    !< Persons sex (1 = male, 2 = female)
3277!
3278!-- Output parameters
3279    REAL(wp), INTENT(out) ::  actlev
3280    REAL(wp), INTENT(out) ::  clo
3281    REAL(wp), INTENT(out) ::  storage
3282    REAL(wp), INTENT(out) ::  t_clothing
3283    REAL(wp), INTENT(out) ::  ipt
3284!
3285!-- Internal variables
3286    REAL(wp), PARAMETER :: eps = 0.0005_wp
3287    REAL(wp), PARAMETER :: eta = 0._wp
3288    REAL(wp) ::  sclo
3289    REAL(wp) ::  wclo
3290    REAL(wp) ::  d_pmv
3291    REAL(wp) ::  svp_ta
3292    REAL(wp) ::  sult_lim
3293    REAL(wp) ::  dgtcm
3294    REAL(wp) ::  dgtcstd
3295    REAL(wp) ::  clon
3296    REAL(wp) ::  ireq_minimal
3297!     REAL(wp) ::  clo_fanger
3298    REAL(wp) ::  pmv_w
3299    REAL(wp) ::  pmv_s
3300    REAL(wp) ::  pmva
3301    REAL(wp) ::  ptc
3302    REAL(wp) ::  d_std
3303    REAL(wp) ::  pmvs
3304    REAL(wp) ::  a_surf
3305!     REAL(wp) ::  acti
3306    INTEGER(iwp) ::  ncount
3307    INTEGER(iwp) ::  nerr_cold
3308    INTEGER(iwp) ::  nerr
3309
3310    LOGICAL ::  sultrieness
3311
3312    storage = 0._wp
3313    CALL persdat( age, weight, height, sex, work, a_surf, actlev )
3314!
3315!-- Initialise
3316    t_clothing = bio_fill_value
3317    ipt        = bio_fill_value
3318    nerr       = 0_wp
3319    ncount     = 0_wp
3320    sultrieness    = .FALSE.
3321!
3322!-- Tresholds: clothing insulation (account for model inaccuracies)
3323!-- Summer clothing
3324    sclo     = 0.44453_wp
3325!-- Winter clothing
3326    wclo     = 1.76267_wp
3327!
3328!-- Decision: firstly calculate for winter or summer clothing
3329    IF ( ta <= 10._wp )  THEN
3330!
3331!--    First guess: winter clothing insulation: cold stress
3332       clo = wclo
3333       t_clothing = bio_fill_value  ! force initial run
3334       CALL fanger_s_acti ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, work,         &
3335          t_clothing, storage, dt, pmva )
3336       pmv_w = pmva
3337
3338       IF ( pmva > 0._wp )  THEN
3339!
3340!--       Case summer clothing insulation: heat load ?           
3341          clo = sclo
3342          t_clothing = bio_fill_value  ! force initial run
3343          CALL fanger_s_acti ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, work,      &
3344             t_clothing, storage, dt, pmva )
3345          pmv_s = pmva
3346          IF ( pmva <= 0._wp )  THEN
3347!
3348!--          Case: comfort achievable by varying clothing insulation
3349!--          between winter and summer set values
3350             CALL iso_ridder ( ta, tmrt, vp, ws, pair, actlev, eta , sclo,     &
3351                            pmv_s, wclo, pmv_w, eps, pmva, ncount, clo )
3352             IF ( ncount < 0_iwp )  THEN
3353                nerr = -1_iwp
3354                RETURN
3355             ENDIF
3356          ELSE IF ( pmva > 0.06_wp )  THEN
3357             clo = 0.5_wp
3358             t_clothing = bio_fill_value
3359             CALL fanger_s_acti ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, work,   &
3360                t_clothing, storage, dt, pmva )
3361          ENDIF
3362       ELSE IF ( pmva < -0.11_wp )  THEN
3363          clo = 1.75_wp
3364          t_clothing = bio_fill_value
3365          CALL fanger_s_acti ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, work,      &
3366             t_clothing, storage, dt, pmva )
3367       ENDIF
3368
3369    ELSE
3370!
3371!--    First guess: summer clothing insulation: heat load
3372       clo = sclo
3373       t_clothing = bio_fill_value
3374       CALL fanger_s_acti ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, work,         &
3375          t_clothing, storage, dt, pmva )
3376       pmv_s = pmva
3377
3378       IF ( pmva < 0._wp )  THEN
3379!
3380!--       Case winter clothing insulation: cold stress ?
3381          clo = wclo
3382          t_clothing = bio_fill_value
3383          CALL fanger_s_acti ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, work,      &
3384             t_clothing, storage, dt, pmva )
3385          pmv_w = pmva
3386
3387          IF ( pmva >= 0._wp )  THEN
3388!
3389!--          Case: comfort achievable by varying clothing insulation
3390!--          between winter and summer set values
3391             CALL iso_ridder ( ta, tmrt, vp, ws, pair, actlev, eta, sclo,      &
3392                               pmv_s, wclo, pmv_w, eps, pmva, ncount, clo )
3393             IF ( ncount < 0_wp )  THEN
3394                nerr = -1_iwp
3395                RETURN
3396             ENDIF
3397          ELSE IF ( pmva < -0.11_wp )  THEN
3398             clo = 1.75_wp
3399             t_clothing = bio_fill_value
3400             CALL fanger_s_acti ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, work,   &
3401                t_clothing, storage, dt, pmva )
3402          ENDIF
3403       ELSE IF ( pmva > 0.06_wp )  THEN
3404          clo = 0.5_wp
3405          t_clothing = bio_fill_value
3406          CALL fanger_s_acti ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, work,      &
3407             t_clothing, storage, dt, pmva )
3408       ENDIF
3409
3410    ENDIF
3411!
3412!-- Determine perceived temperature by regression equation + adjustments
3413    pmvs = pmva
3414    CALL perct_regression( pmva, clo, ipt )
3415    ptc = ipt
3416    IF ( clo >= 1.75_wp  .AND.  pmva <= -0.11_wp )  THEN
3417!
3418!--    Adjust for cold conditions according to Gagge 1986
3419       CALL dpmv_cold ( pmva, ta, ws, tmrt, nerr_cold, d_pmv )
3420       IF ( nerr_cold > 0_iwp )  nerr = -5_iwp
3421       pmvs = pmva - d_pmv
3422       IF ( pmvs > -0.11_wp )  THEN
3423          d_pmv  = 0._wp
3424          pmvs   = -0.11_wp
3425       ENDIF
3426       CALL perct_regression( pmvs, clo, ipt )
3427    ENDIF
3428!     clo_fanger = clo
3429    clon = clo
3430    IF ( clo > 0.5_wp  .AND.  ipt <= 8.73_wp )  THEN
3431!
3432!--    Required clothing insulation (ireq) is exclusively defined for
3433!--    perceived temperatures (ipt) less 10 (C) for a
3434!--    reference wind of 0.2 m/s according to 8.73 (C) for 0.1 m/s
3435       clon = ireq_neutral ( ipt, ireq_minimal, nerr )
3436       clo = clon
3437    ENDIF
3438    CALL calc_sultr( ptc, dgtcm, dgtcstd, sult_lim )
3439    sultrieness    = .FALSE.
3440    d_std      = -99._wp
3441    IF ( pmva > 0.06_wp  .AND.  clo <= 0.5_wp )  THEN
3442!
3443!--    Adjust for warm/humid conditions according to Gagge 1986
3444       CALL saturation_vapor_pressure ( ta, svp_ta )
3445       d_pmv  = deltapmv ( pmva, ta, vp, svp_ta, tmrt, ws, nerr )
3446       pmvs   = pmva + d_pmv
3447       CALL perct_regression( pmvs, clo, ipt )
3448       IF ( sult_lim < 99._wp )  THEN
3449          IF ( (ipt - ptc) > sult_lim )  sultrieness = .TRUE.
3450       ENDIF
3451    ENDIF
3452
3453 
3454 END SUBROUTINE ipt_init
3455 
3456!------------------------------------------------------------------------------!
3457! Description:
3458! ------------
3459!> SUBROUTINE ipt_cycle
3460!> Calculates one timestep for the instationary version of perceived
3461!> temperature (iPT, degree_C) for
3462!>  - standard measured/predicted meteorological values and TMRT
3463!>    as input;
3464!>  - regressions for determination of PT;
3465!>  - adjustment to Gagge's PMV* (2-node-model, 1986) as base of PT
3466!>    under warm/humid conditions (Icl= 0.50 clo) and under cold
3467!>    conditions (Icl= 1.75 clo)
3468!>
3469!------------------------------------------------------------------------------!
3470 SUBROUTINE ipt_cycle( ta, vp, ws, tmrt, pair, dt, storage, t_clothing, clo,   &
3471     actlev, work, ipt )
3472
3473    IMPLICIT NONE
3474!
3475!-- Type of input of the argument list
3476    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  ta      !< Air temperature             (degree_C)
3477    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  vp      !< Vapor pressure              (hPa)
3478    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  tmrt    !< Mean radiant temperature    (degree_C)
3479    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  ws      !< Wind speed                  (m/s)
3480    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  pair    !< Air pressure                (hPa)
3481    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  dt      !< Timestep                    (s)
3482    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  clo     !< Clothing index              (no dim)
3483    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  actlev  !< Internal heat production    (W)
3484    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  work    !< Mechanical work load        (W)
3485!
3486!-- In and output parameters
3487    REAL(wp), INTENT (INOUT) ::  storage     !< Heat storage            (W)
3488    REAL(wp), INTENT (INOUT) ::  t_clothing  !< Clothig temperature     (degree_C)
3489!
3490!-- Type of output of the argument list
3491    REAL(wp), INTENT ( OUT ) ::  ipt  !< Instationary perceived temperature (degree_C)
3492!
3493!-- Type of internal variables
3494    REAL(wp) ::  d_pmv
3495    REAL(wp) ::  svp_ta
3496    REAL(wp) ::  sult_lim
3497    REAL(wp) ::  dgtcm
3498    REAL(wp) ::  dgtcstd
3499    REAL(wp) ::  pmva
3500    REAL(wp) ::  ptc
3501    REAL(wp) ::  d_std
3502    REAL(wp) ::  pmvs
3503    INTEGER(iwp) ::  nerr_cold
3504    INTEGER(iwp) ::  nerr
3505
3506    LOGICAL ::  sultrieness
3507!
3508!-- Initialise
3509    ipt = bio_fill_value
3510
3511    nerr     = 0_iwp
3512    sultrieness  = .FALSE.
3513!
3514!-- Determine pmv_adjusted for current conditions
3515    CALL fanger_s_acti ( ta, tmrt, vp, ws, pair, clo, actlev, work,            &
3516       t_clothing, storage, dt, pmva )
3517!
3518!-- Determine perceived temperature by regression equation + adjustments
3519    CALL perct_regression( pmva, clo, ipt )
3520!
3521!-- Consider cold conditions
3522    IF ( clo >= 1.75_wp  .AND.  pmva <= -0.11_wp )  THEN
3523!
3524!--    Adjust for cold conditions according to Gagge 1986
3525       CALL dpmv_cold ( pmva, ta, ws, tmrt, nerr_cold, d_pmv )
3526       IF ( nerr_cold > 0_iwp )  nerr = -5_iwp
3527       pmvs = pmva - d_pmv
3528       IF ( pmvs > -0.11_wp )  THEN
3529          d_pmv  = 0._wp
3530          pmvs   = -0.11_wp
3531       ENDIF
3532       CALL perct_regression( pmvs, clo, ipt )
3533    ENDIF
3534!
3535!-- Consider sultriness if appropriate
3536    ptc = ipt
3537    CALL calc_sultr( ptc, dgtcm, dgtcstd, sult_lim )
3538    sultrieness = .FALSE.
3539    d_std       = -99._wp
3540    IF ( pmva > 0.06_wp  .AND.  clo <= 0.5_wp )  THEN
3541!
3542!--    Adjust for warm/humid conditions according to Gagge 1986
3543       CALL saturation_vapor_pressure ( ta, svp_ta )
3544       d_pmv = deltapmv ( pmva, ta, vp, svp_ta, tmrt, ws, nerr )
3545       pmvs  = pmva + d_pmv
3546       CALL perct_regression( pmvs, clo, ipt )
3547       IF ( sult_lim < 99._wp )  THEN
3548          IF ( (ipt - ptc) > sult_lim )  sultrieness = .TRUE.
3549       ENDIF
3550    ENDIF
3551
3552 END SUBROUTINE ipt_cycle
3553
3554!------------------------------------------------------------------------------!
3555! Description:
3556! ------------
3557!> SUBROUTINE fanger_s calculates the
3558!> actual Predicted Mean Vote (dimensionless) according
3559!> to Fanger corresponding to meteorological (ta,tmrt,pa,ws,pair)
3560!> and individual variables (clo, actlev, eta) considering a storage
3561!> and clothing temperature for a given timestep.
3562!------------------------------------------------------------------------------!
3563 SUBROUTINE fanger_s_acti( ta, tmrt, pa, in_ws, pair, in_clo, actlev,          &
3564    activity, t_cloth, s, dt, pmva )
3565
3566    IMPLICIT NONE
3567!
3568!--  Input argument types
3569    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  ta       !< Air temperature          (degree_C)
3570    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  tmrt     !< Mean radiant temperature (degree_C)
3571    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  pa       !< Vapour pressure          (hPa)
3572    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  pair     !< Air pressure             (hPa)
3573    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  in_ws    !< Wind speed               (m/s)
3574    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  actlev   !< Metabolic + work energy  (W/m²)
3575    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  dt       !< Timestep                 (s)
3576    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  activity !< Work load                (W/m²)
3577    REAL(wp), INTENT ( IN )  ::  in_clo   !< Clothing index (clo)     (no dim)
3578!
3579!-- Output argument types
3580    REAL(wp), INTENT ( OUT ) ::  pmva  !< actual Predicted Mean Vote (no dim)
3581
3582    REAL(wp), INTENT (INOUT) ::  s  !< storage var. of energy balance (W/m2)
3583    REAL(wp), INTENT (INOUT) ::  t_cloth  !< clothing temperature (degree_C)
3584!
3585!-- Internal variables
3586    REAL(wp), PARAMETER  ::  time_equil = 7200._wp
3587
3588    REAL(wp) ::  f_cl         !< Increase in surface due to clothing    (factor)
3589    REAL(wp) ::  heat_convection  !< energy loss by autocnvection       (W)
3590    REAL(wp) ::  t_skin_aver  !< average skin temperature               (degree_C)
3591    REAL(wp) ::  bc           !< preliminary result storage
3592    REAL(wp) ::  cc           !< preliminary result storage
3593    REAL(wp) ::  dc           !< preliminary result storage
3594    REAL(wp) ::  ec           !< preliminary result storage
3595    REAL(wp) ::  gc           !< preliminary result storage
3596    REAL(wp) ::  t_clothing   !< clothing temperature                   (degree_C)
3597!     REAL(wp) ::  hr           !< radiational heat resistence
3598    REAL(wp) ::  clo          !< clothing insulation index              (clo)
3599    REAL(wp) ::  ws           !< wind speed                             (m/s)
3600    REAL(wp) ::  z1           !< Empiric factor for the adaption of the heat
3601                              !< ballance equation to the psycho-physical scale (Equ. 40 in FANGER)
3602    REAL(wp) ::  z2           !< Water vapour diffution through the skin
3603    REAL(wp) ::  z3           !< Sweat evaporation from the skin surface
3604    REAL(wp) ::  z4           !< Loss of latent heat through respiration
3605    REAL(wp) ::  z5           !< Loss of radiational heat
3606    REAL(wp) ::  z6           !< Heat loss through forced convection
3607    REAL(wp) ::  en           !< Energy ballance                        (W)
3608    REAL(wp) ::  d_s          !< Storage delta                          (W)
3609    REAL(wp) ::  adjustrate   !< Max storage adjustment rate
3610    REAL(wp) ::  adjustrate_cloth  !< max clothing temp. adjustment rate
3611
3612    INTEGER(iwp) :: i         !< running index
3613    INTEGER(iwp) ::  niter    !< Running index
3614
3615!
3616!-- Clo must be > 0. to avoid div. by 0!
3617    clo = in_clo
3618    IF ( clo < 001._wp )  clo = .001_wp
3619!
3620!-- Increase in surface due to clothing
3621    f_cl = 1._wp + .15_wp * clo
3622!
3623!-- Case of free convection (ws < 0.1 m/s ) not considered
3624    ws = in_ws
3625    IF ( ws < .1_wp )  THEN
3626       ws = .1_wp
3627    ENDIF
3628!
3629!-- Heat_convection = forced convection
3630    heat_convection = 12.1_wp * SQRT( ws * pair / 1013.25_wp )
3631!
3632!-- Average skin temperature
3633    t_skin_aver = 35.7_wp - .0275_wp * activity
3634!
3635!-- Calculation of constants for evaluation below
3636    bc = .155_wp * clo * 3.96_wp * 10._wp**( -8._wp ) * f_cl
3637    cc = f_cl * heat_convection
3638    ec = .155_wp * clo
3639    dc = ( 1._wp + ec * cc ) / bc
3640    gc = ( t_skin_aver + bc * ( tmrt + 273.2_wp )**4._wp + ec * cc * ta ) / bc
3641!
3642!-- Calculation of clothing surface temperature (t_clothing) based on
3643!-- newton-approximation with air temperature as initial guess
3644    niter = INT( dt * 10._wp, KIND=iwp )
3645    IF ( niter < 1 )  niter = 1_iwp
3646    adjustrate = 1._wp - EXP( -1._wp * ( 10._wp / time_equil ) * dt )
3647    IF ( adjustrate >= 1._wp )  adjustrate = 1._wp
3648    adjustrate_cloth = adjustrate * 30._wp
3649    t_clothing = t_cloth
3650!
3651!-- Set initial values for niter, adjustrates and t_clothing if this is the
3652!-- first call
3653    IF ( t_cloth <= -998._wp )  THEN  ! If initial run
3654       niter = 3_iwp
3655       adjustrate = 1._wp
3656       adjustrate_cloth = 1._wp
3657       t_clothing = ta
3658    ENDIF
3659!
3660!-- Update clothing temperature
3661    DO  i = 1, niter
3662       t_clothing = t_clothing - adjustrate_cloth * ( ( t_clothing +           &
3663          273.2_wp )**4._wp + t_clothing *                                     &
3664          dc - gc ) / ( 4._wp * ( t_clothing + 273.2_wp )**3._wp + dc )
3665    ENDDO
3666!
3667!-- Empiric factor for the adaption of the heat ballance equation
3668!-- to the psycho-physical scale (Equ. 40 in FANGER)
3669    z1 = ( .303_wp * EXP( -.036_wp * actlev ) + .0275_wp )
3670!
3671!-- Water vapour diffution through the skin
3672    z2 = .31_wp * ( 57.3_wp - .07_wp * activity-pa )
3673!
3674!-- Sweat evaporation from the skin surface
3675    z3 = .42_wp * ( activity - 58._wp )
3676!
3677!-- Loss of latent heat through respiration
3678    z4 = .0017_wp * actlev * ( 58.7_wp - pa ) + .0014_wp * actlev *            &
3679      ( 34._wp - ta )
3680!
3681!-- Loss of radiational heat
3682    z5 = 3.96e-8_wp * f_cl * ( ( t_clothing + 273.2_wp )**4 - ( tmrt +         &
3683       273.2_wp )**4 )
3684!
3685!-- Heat loss through forced convection
3686    z6 = cc * ( t_clothing - ta )
3687!
3688!-- Write together as energy ballance
3689    en = activity - z2 - z3 - z4 - z5 - z6
3690!
3691!-- Manage storage
3692    d_s = adjustrate * en + ( 1._wp - adjustrate ) * s
3693!
3694!-- Predicted Mean Vote
3695    pmva = z1 * d_s
3696!
3697!-- Update storage
3698    s = d_s
3699    t_cloth = t_clothing
3700
3701 END SUBROUTINE fanger_s_acti
3702
3703
3704
3705!------------------------------------------------------------------------------!
3706!
3707! Description:
3708! ------------
3709!> Physiologically Equivalent Temperature (PET),
3710!> stationary (calculated based on MEMI),
3711!> Subroutine based on PETBER vers. 1.5.1996 by P. Hoeppe
3712!------------------------------------------------------------------------------!
3713
3714 SUBROUTINE calculate_pet_static( ta, vpa, v, tmrt, pair, pet_ij )
3715
3716    IMPLICIT NONE
3717!
3718!-- Input arguments:
3719    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  ta    !< Air temperature             (degree_C)
3720    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  tmrt  !< Mean radiant temperature    (degree_C)
3721    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  v     !< Wind speed                  (m/s)
3722    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  vpa   !< Vapor pressure              (hPa)
3723    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  pair  !< Air pressure                (hPa)
3724!
3725!-- Output arguments:
3726    REAL(wp), INTENT ( OUT ) ::  pet_ij  !< PET                     (degree_C)
3727!
3728!-- Internal variables:
3729    REAL(wp) ::  acl        !< clothing area                        (m²)
3730    REAL(wp) ::  adu        !< Du Bois area                         (m²)
3731    REAL(wp) ::  aeff       !< effective area                       (m²)
3732    REAL(wp) ::  ere        !< energy ballance                      (W)
3733    REAL(wp) ::  erel       !< latent energy ballance               (W)
3734    REAL(wp) ::  esw        !< Energy-loss through sweat evap.      (W)
3735    REAL(wp) ::  facl       !< Surface area extension through clothing (factor)
3736    REAL(wp) ::  feff       !< Surface modification by posture      (factor)
3737    REAL(wp) ::  rdcl       !< Diffusion resistence of clothing     (factor)
3738    REAL(wp) ::  rdsk       !< Diffusion resistence of skin         (factor)
3739    REAL(wp) ::  rtv
3740    REAL(wp) ::  vpts       !< Sat. vapor pressure over skin        (hPa)
3741    REAL(wp) ::  tsk        !< Skin temperature                     (degree_C)
3742    REAL(wp) ::  tcl        !< Clothing temperature                 (degree_C)
3743    REAL(wp) ::  wetsk      !< Fraction of wet skin                 (factor)
3744!
3745!-- Variables:
3746    REAL(wp) :: int_heat    !< Internal heat        (W)
3747!
3748!-- MEMI configuration
3749    REAL(wp) :: age         !< Persons age          (a)
3750    REAL(wp) :: mbody       !< Persons body mass    (kg)
3751    REAL(wp) :: ht          !< Persons height       (m)
3752    REAL(wp) :: work        !< Work load            (W)
3753    REAL(wp) :: eta         !< Work efficiency      (dimensionless)
3754    REAL(wp) :: clo         !< Clothing insulation index (clo)
3755    REAL(wp) :: fcl         !< Surface area modification by clothing (factor)
3756!     INTEGER(iwp) :: pos     !< Posture: 1 = standing, 2 = sitting
3757!     INTEGER(iwp) :: sex     !< Sex: 1 = male, 2 = female
3758!
3759!-- Configuration, keep standard parameters!
3760    age   = 35._wp
3761    mbody = 75._wp
3762    ht    =  1.75_wp
3763    work  = 80._wp
3764    eta   =  0._wp
3765    clo   =  0.9_wp
3766    fcl   =  1.15_wp
3767!
3768!-- Call subfunctions
3769    CALL in_body( age, eta, ere, erel, ht, int_heat, mbody, pair, rtv, ta,     &
3770            vpa, work )
3771
3772    CALL heat_exch( acl, adu, aeff, clo, ere, erel, esw, facl, fcl, feff, ht,  &
3773            int_heat, mbody, pair, rdcl, rdsk, ta, tcl, tmrt, tsk, v, vpa,     &
3774            vpts, wetsk )
3775
3776    CALL pet_iteration( acl, adu, aeff, esw, facl, feff, int_heat, pair,       &
3777            rdcl, rdsk, rtv, ta, tcl, tsk, pet_ij, vpts, wetsk )
3778
3779
3780 END SUBROUTINE calculate_pet_static
3781
3782
3783!------------------------------------------------------------------------------!
3784! Description:
3785! ------------
3786!> Calculate internal energy ballance
3787!------------------------------------------------------------------------------!
3788 SUBROUTINE in_body( age, eta, ere, erel, ht, int_heat, mbody, pair, rtv, ta, &
3789    vpa, work )
3790!
3791!-- Input arguments:
3792    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  pair      !< air pressure             (hPa)
3793    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  ta        !< air temperature          (degree_C)
3794    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  vpa       !< vapor pressure           (hPa)
3795    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  age       !< Persons age              (a)
3796    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  mbody     !< Persons body mass        (kg)
3797    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  ht        !< Persons height           (m)
3798    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  work      !< Work load                (W)
3799    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  eta       !< Work efficiency     (dimensionless)
3800!
3801!-- Output arguments:
3802    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  ere       !< energy ballance          (W)
3803    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  erel      !< latent energy ballance   (W)
3804    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  int_heat  !< internal heat production (W)
3805    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  rtv       !< respiratory volume
3806!
3807!-- Internal variables:
3808    REAL(wp) ::  eres                     !< Sensible respiratory heat flux (W)
3809    REAL(wp) ::  met
3810    REAL(wp) ::  tex
3811    REAL(wp) ::  vpex
3812
3813!
3814!-- Metabolic heat production
3815    met = 3.45_wp * mbody**( 3._wp / 4._wp ) * (1._wp + 0.004_wp *             &
3816          ( 30._wp - age) + 0.010_wp * ( ( ht * 100._wp /                      &
3817          ( mbody**( 1._wp / 3._wp ) ) ) - 43.4_wp ) )
3818    met = work + met
3819    int_heat = met * (1._wp - eta)
3820!
3821!-- Sensible respiration energy
3822    tex  = 0.47_wp * ta + 21.0_wp
3823    rtv  = 1.44_wp * 10._wp**(-6._wp) * met
3824    eres = c_p * (ta - tex) * rtv
3825!
3826!-- Latent respiration energy
3827    vpex = 6.11_wp * 10._wp**( 7.45_wp * tex / ( 235._wp + tex ) )
3828    erel = 0.623_wp * l_v / pair * ( vpa - vpex ) * rtv
3829!
3830!-- Sum of the results
3831    ere = eres + erel
3832
3833 END SUBROUTINE in_body
3834
3835
3836!------------------------------------------------------------------------------!
3837! Description:
3838! ------------
3839!> Calculate heat gain or loss
3840!------------------------------------------------------------------------------!
3841 SUBROUTINE heat_exch( acl, adu, aeff, clo, ere, erel, esw, facl, fcl, feff,   &
3842        ht, int_heat, mbody, pair, rdcl, rdsk, ta, tcl, tmrt, tsk, v, vpa,     &
3843        vpts, wetsk )
3844
3845!
3846!-- Input arguments:
3847    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  ere    !< Energy ballance          (W)
3848    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  erel   !< Latent energy ballance   (W)
3849    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  int_heat  !< internal heat production (W)
3850    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  pair   !< Air pressure             (hPa)
3851    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  ta     !< Air temperature          (degree_C)
3852    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  tmrt   !< Mean radiant temperature (degree_C)
3853    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  v      !< Wind speed               (m/s)
3854    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  vpa    !< Vapor pressure           (hPa)
3855    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  mbody  !< body mass                (kg)
3856    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  ht     !< height                   (m)
3857    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  clo    !< clothing insulation      (clo)
3858    REAL(wp), INTENT( IN )  ::  fcl    !< factor for surface area increase by clothing
3859!
3860!-- Output arguments:
3861    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  acl    !< Clothing surface area        (m²)
3862    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  adu    !< Du-Bois area                 (m²)
3863    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  aeff   !< Effective surface area       (m²)
3864    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  esw    !< Energy-loss through sweat evap. (W)
3865    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  facl   !< Surface area extension through clothing (factor)
3866    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  feff   !< Surface modification by posture (factor)
3867    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  rdcl   !< Diffusion resistence of clothing (factor)
3868    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  rdsk   !< Diffusion resistence of skin (factor)
3869    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  tcl    !< Clothing temperature         (degree_C)
3870    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  tsk    !< Skin temperature             (degree_C)
3871    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  vpts   !< Sat. vapor pressure over skin (hPa)
3872    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  wetsk  !< Fraction of wet skin (dimensionless)
3873!
3874!-- Cconstants:
3875!     REAL(wp), PARAMETER :: cair = 1010._wp      !< replaced by c_p
3876    REAL(wp), PARAMETER :: cb   = 3640._wp        !<
3877    REAL(wp), PARAMETER :: emcl =    0.95_wp      !< Longwave emission coef. of cloth
3878    REAL(wp), PARAMETER :: emsk =    0.99_wp      !< Longwave emission coef. of skin
3879!     REAL(wp), PARAMETER :: evap = 2.42_wp * 10._wp **6._wp  !< replaced by l_v
3880    REAL(wp), PARAMETER :: food =    0._wp        !< Heat gain by food        (W)
3881    REAL(wp), PARAMETER :: po   = 1013.25_wp      !< Air pressure at sea level (hPa)
3882    REAL(wp), PARAMETER :: rob  =    1.06_wp      !<
3883!
3884!-- Internal variables
3885    REAL(wp) ::  c(0:10)        !< Core temperature array           (degree_C)
3886    REAL(wp) ::  cbare          !< Convection through bare skin
3887    REAL(wp) ::  cclo           !< Convection through clothing
3888    REAL(wp) ::  csum           !< Convection in total
3889    REAL(wp) ::  di             !< difference between r1 and r2
3890    REAL(wp) ::  ed             !< energy transfer by diffusion     (W)
3891    REAL(wp) ::  enbal          !< energy ballance                  (W)
3892    REAL(wp) ::  enbal2         !< energy ballance (storage, last cycle)
3893    REAL(wp) ::  eswdif         !< difference between sweat production and evaporation potential
3894    REAL(wp) ::  eswphy         !< sweat created by physiology
3895    REAL(wp) ::  eswpot         !< potential sweat evaporation
3896    REAL(wp) ::  fec            !<
3897    REAL(wp) ::  hc             !<
3898    REAL(wp) ::  he             !<
3899    REAL(wp) ::  htcl           !<
3900    REAL(wp) ::  r1             !<
3901    REAL(wp) ::  r2             !<
3902    REAL(wp) ::  rbare          !< Radiational loss of bare skin    (W/m²)
3903    REAL(wp) ::  rcl            !<
3904    REAL(wp) ::  rclo           !< Radiational loss of clothing     (W/m²)
3905    REAL(wp) ::  rclo2          !< Longwave radiation gain or loss  (W/m²)
3906    REAL(wp) ::  rsum           !< Radiational loss or gain         (W/m²)
3907    REAL(wp) ::  sw             !<
3908!     REAL(wp) ::  swf            !< female factor, currently unused
3909    REAL(wp) ::  swm            !<
3910    REAL(wp) ::  tbody          !<
3911    REAL(wp) ::  tcore(1:7)     !<
3912    REAL(wp) ::  vb             !<
3913    REAL(wp) ::  vb1            !<
3914    REAL(wp) ::  vb2            !<
3915    REAL(wp) ::  wd             !<
3916    REAL(wp) ::  wr             !<
3917    REAL(wp) ::  ws             !<
3918    REAL(wp) ::  wsum           !<
3919    REAL(wp) ::  xx             !< modification step                (K)
3920    REAL(wp) ::  y              !< fraction of bare skin
3921    INTEGER(iwp) ::  count1     !< running index
3922    INTEGER(iwp) ::  count3     !< running index
3923    INTEGER(iwp) ::  j          !< running index
3924    INTEGER(iwp) ::  i          !< running index
3925    LOGICAL ::  skipIncreaseCount   !< iteration control flag
3926
3927!
3928!-- Initialize
3929    wetsk = 0._wp  !< skin is dry everywhere on init (no non-evaporated sweat)
3930!
3931!-- Set Du Bois Area for the sample person
3932    adu = 0.203_wp * mbody**0.425_wp * ht**0.725_wp
3933!
3934!-- Initialize convective heat considering local air preassure
3935    hc = 2.67_wp + ( 6.5_wp * v**0.67_wp )
3936    hc = hc * ( pair / po )**0.55_wp
3937!
3938!-- Set surface modification by posture (the person will always stand)
3939    feff = 0.725_wp                     !< Posture: 0.725 for stading
3940!
3941!-- Set surface modification by clothing
3942    facl = ( - 2.36_wp + 173.51_wp * clo - 100.76_wp * clo * clo + 19.28_wp    &
3943          * ( clo**3._wp ) ) / 100._wp
3944    IF ( facl > 1._wp )  facl = 1._wp
3945!
3946!-- Initialize heat resistences
3947    rcl = ( clo / 6.45_wp ) / facl
3948    IF ( clo >= 2._wp )  y  = 1._wp
3949    IF ( ( clo > 0.6_wp )   .AND.  ( clo < 2._wp ) )   y = ( ht - 0.2_wp ) / ht
3950    IF ( ( clo <= 0.6_wp )  .AND.  ( clo > 0.3_wp ) )  y = 0.5_wp
3951    IF ( ( clo <= 0.3_wp )  .AND.  ( clo > 0._wp ) )   y = 0.1_wp
3952    r2   = adu * ( fcl - 1._wp + facl ) / ( 2._wp * 3.14_wp * ht * y )
3953    r1   = facl * adu / ( 2._wp * 3.14_wp * ht * y )
3954    di   = r2 - r1
3955
3956!
3957!-- Estimate skin temperatur
3958    DO  j = 1, 7
3959
3960       tsk    = 34._wp
3961       count1 = 0_iwp
3962       tcl    = ( ta + tmrt + tsk ) / 3._wp
3963       count3 = 1_iwp
3964       enbal2 = 0._wp
3965
3966       DO  i = 1, 100  ! allow for 100 iterations max
3967          acl   = adu * facl + adu * ( fcl - 1._wp )
3968          rclo2 = emcl * sigma_sb * ( ( tcl + degc_to_k )**4._wp -             &
3969            ( tmrt + degc_to_k )**4._wp ) * feff
3970          htcl  = 6.28_wp * ht * y * di / ( rcl * LOG( r2 / r1 ) * acl )
3971          tsk   = 1._wp / htcl * ( hc * ( tcl - ta ) + rclo2 ) + tcl
3972!
3973!--       Radiation saldo
3974          aeff  = adu * feff
3975          rbare = aeff * ( 1._wp - facl ) * emsk * sigma_sb *                  &
3976            ( ( tmrt + degc_to_k )**4._wp - ( tsk + degc_to_k )**4._wp )
3977          rclo  = feff * acl * emcl * sigma_sb *                               &
3978            ( ( tmrt + degc_to_k )**4._wp - ( tcl + degc_to_k )**4._wp )
3979          rsum  = rbare + rclo
3980!
3981!--       Convection
3982          cbare = hc * ( ta - tsk ) * adu * ( 1._wp - facl )
3983          cclo  = hc * ( ta - tcl ) * acl
3984          csum  = cbare + cclo
3985!
3986!--       Core temperature
3987          c(0)  = int_heat + ere
3988          c(1)  = adu * rob * cb
3989          c(2)  = 18._wp - 0.5_wp * tsk
3990          c(3)  = 5.28_wp * adu * c(2)
3991          c(4)  = 0.0208_wp * c(1)
3992          c(5)  = 0.76075_wp * c(1)
3993          c(6)  = c(3) - c(5) - tsk * c(4)
3994          c(7)  = - c(0) * c(2) - tsk * c(3) + tsk * c(5)
3995          c(8)  = c(6) * c(6) - 4._wp * c(4) * c(7)
3996          c(9)  = 5.28_wp * adu - c(5) - c(4) * tsk
3997          c(10) = c(9) * c(9) - 4._wp * c(4) *                                 &
3998                  ( c(5) * tsk - c(0) - 5.28_wp * adu * tsk )
3999
4000          IF ( ABS( tsk - 36._wp ) < 0.00001_wp )  tsk = 36.01_wp
4001          tcore(7) = c(0) / ( 5.28_wp * adu + c(1) * 6.3_wp / 3600._wp ) + tsk
4002          tcore(3) = c(0) / ( 5.28_wp * adu + ( c(1) * 6.3_wp / 3600._wp ) /   &
4003            ( 1._wp + 0.5_wp * ( 34._wp - tsk ) ) ) + tsk
4004          IF ( c(10) >= 0._wp )  THEN
4005             tcore(6) = ( - c(9) - c(10)**0.5_wp ) / ( 2._wp * c(4) )
4006             tcore(1) = ( - c(9) + c(10)**0.5_wp ) / ( 2._wp * c(4) )
4007          ENDIF
4008
4009          IF ( c(8) >= 0._wp )  THEN
4010             tcore(2) = ( - c(6) + ABS( c(8) )**0.5_wp ) / ( 2._wp * c(4) )
4011             tcore(5) = ( - c(6) - ABS( c(8) )**0.5_wp ) / ( 2._wp * c(4) )
4012             tcore(4) = c(0) / ( 5.28_wp * adu + c(1) * 1._wp / 40._wp ) + tsk
4013          ENDIF
4014!
4015!--       Transpiration
4016          tbody = 0.1_wp * tsk + 0.9_wp * tcore(j)
4017          swm   = 304.94_wp * ( tbody - 36.6_wp ) * adu / 3600000._wp
4018          vpts  = 6.11_wp * 10._wp**( 7.45_wp * tsk / ( 235._wp + tsk ) )
4019
4020          IF ( tbody <= 36.6_wp )  swm = 0._wp  !< no need for sweating
4021
4022          sw = swm
4023          eswphy = - sw * l_v
4024          he     = 0.633_wp * hc / ( pair * c_p )
4025          fec    = 1._wp / ( 1._wp + 0.92_wp * hc * rcl )
4026          eswpot = he * ( vpa - vpts ) * adu * l_v * fec
4027          wetsk  = eswphy / eswpot
4028
4029          IF ( wetsk > 1._wp )  wetsk = 1._wp
4030!
4031!--       Sweat production > evaporation?
4032          eswdif = eswphy - eswpot
4033
4034          IF ( eswdif <= 0._wp )  esw = eswpot  !< Limit is evaporation
4035          IF ( eswdif > 0._wp )   esw = eswphy  !< Limit is sweat production
4036          IF ( esw  > 0._wp )     esw = 0._wp   !< Sweat can't be evaporated, no more cooling effect
4037!
4038!--       Diffusion
4039          rdsk = 0.79_wp * 10._wp**7._wp
4040          rdcl = 0._wp
4041          ed   = l_v / ( rdsk + rdcl ) * adu * ( 1._wp - wetsk ) * ( vpa -     &
4042             vpts )
4043!
4044!--       Max vb
4045          vb1 = 34._wp - tsk
4046          vb2 = tcore(j) - 36.6_wp
4047
4048          IF ( vb2 < 0._wp )  vb2 = 0._wp
4049          IF ( vb1 < 0._wp )  vb1 = 0._wp
4050          vb = ( 6.3_wp + 75._wp * vb2 ) / ( 1._wp + 0.5_wp * vb1 )
4051!
4052!--       Energy ballence
4053          enbal = int_heat + ed + ere + esw + csum + rsum + food
4054!
4055!--       Clothing temperature
4056          xx = 0.001_wp
4057          IF ( count1 == 0_iwp )  xx = 1._wp
4058          IF ( count1 == 1_iwp )  xx = 0.1_wp
4059          IF ( count1 == 2_iwp )  xx = 0.01_wp
4060          IF ( count1 == 3_iwp )  xx = 0.001_wp
4061
4062          IF ( enbal > 0._wp )  tcl = tcl + xx
4063          IF ( enbal < 0._wp )  tcl = tcl - xx
4064
4065          skipIncreaseCount = .FALSE.
4066          IF ( ( (enbal <= 0._wp )  .AND.  (enbal2 > 0._wp ) )  .OR.           &
4067             ( ( enbal >= 0._wp )  .AND.  ( enbal2 < 0._wp ) ) )  THEN
4068             skipIncreaseCount = .TRUE.
4069          ELSE
4070             enbal2 = enbal
4071             count3 = count3 + 1_iwp
4072          ENDIF
4073
4074          IF ( ( count3 > 200_iwp )  .OR.  skipIncreaseCount )  THEN
4075             IF ( count1 < 3_iwp )  THEN
4076                count1 = count1 + 1_iwp
4077                enbal2 = 0._wp
4078             ELSE
4079                EXIT
4080             ENDIF
4081          ENDIF
4082       ENDDO
4083
4084       IF ( count1 == 3_iwp )  THEN
4085          SELECT CASE ( j )
4086             CASE ( 2, 5) 
4087                IF ( .NOT. ( ( tcore(j) >= 36.6_wp )  .AND.                    &
4088                   ( tsk <= 34.050_wp ) ) )  CYCLE
4089             CASE ( 6, 1 )
4090                IF ( c(10) < 0._wp ) CYCLE
4091                IF ( .NOT. ( ( tcore(j) >= 36.6_wp )  .AND.                    &
4092                   ( tsk > 33.850_wp ) ) )  CYCLE
4093             CASE ( 3 )
4094                IF ( .NOT. ( ( tcore(j) < 36.6_wp )  .AND.                     &
4095                   ( tsk <= 34.000_wp ) ) )  CYCLE
4096             CASE ( 7 )
4097                IF ( .NOT. ( ( tcore(j) < 36.6_wp )  .AND.                     &
4098                   ( tsk > 34.000_wp ) ) )  CYCLE
4099             CASE default
4100          END SELECT
4101       ENDIF
4102
4103       IF ( ( j /= 4_iwp )  .AND.  ( vb >= 91._wp ) )  CYCLE
4104       IF ( ( j == 4_iwp )  .AND.  ( vb < 89._wp ) )  CYCLE
4105       IF ( vb > 90._wp ) vb = 90._wp
4106!
4107!--    Loses by water
4108       ws = sw * 3600._wp * 1000._wp
4109       IF ( ws > 2000._wp )  ws = 2000._wp
4110       wd = ed / l_v * 3600._wp * ( -1000._wp )
4111       wr = erel / l_v * 3600._wp * ( -1000._wp )
4112
4113       wsum = ws + wr + wd
4114
4115       RETURN
4116    ENDDO
4117 END SUBROUTINE heat_exch
4118
4119!------------------------------------------------------------------------------!
4120! Description:
4121! ------------
4122!> Calculate PET
4123!------------------------------------------------------------------------------!
4124 SUBROUTINE pet_iteration( acl, adu, aeff, esw, facl, feff, int_heat, pair,    &
4125        rdcl, rdsk, rtv, ta, tcl, tsk, pet_ij, vpts, wetsk )
4126!
4127!-- Input arguments:
4128    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  acl   !< clothing surface area        (m²)
4129    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  adu   !< Du-Bois area                 (m²)
4130    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  esw   !< energy-loss through sweat evap. (W)
4131    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  facl  !< surface area extension through clothing (factor)
4132    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  feff  !< surface modification by posture (factor)
4133    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  int_heat  !< internal heat production (W)
4134    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  pair  !< air pressure                 (hPa)
4135    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  rdcl  !< diffusion resistence of clothing (factor)
4136    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  rdsk  !< diffusion resistence of skin (factor)
4137    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  rtv   !< respiratory volume
4138    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  ta    !< air temperature              (degree_C)
4139    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  tcl   !< clothing temperature         (degree_C)
4140    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  tsk   !< skin temperature             (degree_C)
4141    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  vpts  !< sat. vapor pressure over skin (hPa)
4142    REAL(wp), INTENT( IN ) ::  wetsk !< fraction of wet skin (dimensionless)
4143!
4144!-- Output arguments:
4145    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  aeff     !< effective surface area       (m²)
4146    REAL(wp), INTENT( OUT ) ::  pet_ij   !< PET                          (degree_C)
4147!
4148!-- Cconstants:
4149    REAL(wp), PARAMETER :: emcl =    0.95_wp      !< Longwave emission coef. of cloth
4150    REAL(wp), PARAMETER :: emsk =    0.99_wp      !< Longwave emission coef. of skin
4151    REAL(wp), PARAMETER :: po   = 1013.25_wp      !< Air pressure at sea level (hPa)
4152!
4153!-- Internal variables
4154    REAL ( wp ) ::  cbare             !< Convection through bare skin
4155    REAL ( wp ) ::  cclo              !< Convection through clothing
4156    REAL ( wp ) ::  csum              !< Convection in total
4157    REAL ( wp ) ::  ed                !< Diffusion                      (W)
4158    REAL ( wp ) ::  enbal             !< Energy ballance                (W)
4159    REAL ( wp ) ::  enbal2            !< Energy ballance (last iteration cycle)
4160    REAL ( wp ) ::  ere               !< Energy ballance result         (W)
4161    REAL ( wp ) ::  erel              !< Latent energy ballance         (W)
4162    REAL ( wp ) ::  eres              !< Sensible respiratory heat flux (W)
4163    REAL ( wp ) ::  hc                !<
4164    REAL ( wp ) ::  rbare             !< Radiational loss of bare skin  (W/m²)
4165    REAL ( wp ) ::  rclo              !< Radiational loss of clothing   (W/m²)
4166    REAL ( wp ) ::  rsum              !< Radiational loss or gain       (W/m²)
4167    REAL ( wp ) ::  tex               !< Temperat. of exhaled air       (degree_C)
4168    REAL ( wp ) ::  vpex              !< Vapor pressure of exhaled air  (hPa)
4169    REAL ( wp ) ::  xx                !< Delta PET per iteration        (K)
4170
4171    INTEGER ( iwp ) ::  count1        !< running index
4172    INTEGER ( iwp ) ::  i             !< running index
4173
4174    pet_ij = ta
4175    enbal2 = 0._wp
4176
4177    DO  count1 = 0, 3
4178       DO  i = 1, 125  ! 500 / 4
4179          hc = 2.67_wp + 6.5_wp * 0.1_wp**0.67_wp
4180          hc = hc * ( pair / po )**0.55_wp
4181!
4182!--       Radiation
4183          aeff  = adu * feff
4184          rbare = aeff * ( 1._wp - facl ) * emsk * sigma_sb *                  &
4185              ( ( pet_ij + degc_to_k )**4._wp - ( tsk + degc_to_k )**4._wp )
4186          rclo  = feff * acl * emcl * sigma_sb *                               &
4187              ( ( pet_ij + degc_to_k )**4._wp - ( tcl + degc_to_k )**4._wp )
4188          rsum  = rbare + rclo
4189!
4190!--       Covection
4191          cbare = hc * ( pet_ij - tsk ) * adu * ( 1._wp - facl )
4192          cclo  = hc * ( pet_ij - tcl ) * acl
4193          csum  = cbare + cclo
4194!
4195!--       Diffusion
4196          ed = l_v / ( rdsk + rdcl ) * adu * ( 1._wp - wetsk ) * ( 12._wp -    &
4197             vpts )
4198!
4199!--       Respiration
4200          tex  = 0.47_wp * pet_ij + 21._wp
4201          eres = c_p * ( pet_ij - tex ) * rtv
4202          vpex = 6.11_wp * 10._wp**( 7.45_wp * tex / ( 235._wp + tex ) )
4203          erel = 0.623_wp * l_v / pair * ( 12._wp - vpex ) * rtv
4204          ere  = eres + erel
4205!
4206!--       Energy ballance
4207          enbal = int_heat + ed + ere + esw + csum + rsum
4208!
4209!--       Iteration concerning ta
4210          xx = 0.001_wp
4211          IF ( count1 == 0_iwp )  xx = 1._wp
4212          IF ( count1 == 1_iwp )  xx = 0.1_wp
4213          IF ( count1 == 2_iwp )  xx = 0.01_wp
4214!           IF ( count1 == 3_iwp )  xx = 0.001_wp
4215          IF ( enbal > 0._wp )  pet_ij = pet_ij - xx
4216          IF ( enbal < 0._wp )  pet_ij = pet_ij + xx
4217          IF ( ( enbal <= 0._wp )  .AND.  ( enbal2 > 0._wp ) )  EXIT
4218          IF ( ( enbal >= 0._wp )  .AND.  ( enbal2 < 0._wp ) )  EXIT
4219
4220          enbal2 = enbal
4221       ENDDO
4222    ENDDO
4223 END SUBROUTINE pet_iteration
4224
4225!
4226!-- UVEM specific subroutines
4227
4228!---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------!
4229! Description:
4230! ------------
4231!> Module-specific routine for new module
4232!---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------!
4233 SUBROUTINE uvem_solar_position
4234   
4235    USE date_and_time_mod,                                                                                            &
4236       ONLY:  calc_date_and_time, day_of_year, time_utc
4237   
4238    USE control_parameters,                                                                                           &
4239       ONLY:  latitude, longitude   
4240
4241    IMPLICIT NONE
4242   
4243   
4244    REAL(wp) ::  alpha       = 0.0_wp   !< solar azimuth angle in radiant   
4245    REAL(wp) ::  doy_r       = 0.0_wp   !< real format of day_of_year           
4246    REAL(wp) ::  declination = 0.0_wp   !< declination
4247    REAL(wp) ::  dtor        = 0.0_wp   !< factor to convert degree to radiant
4248    REAL(wp) ::  js          = 0.0_wp   !< parameter for solar position calculation
4249    REAL(wp) ::  lat         = 52.39_wp !< latitude
4250    REAL(wp) ::  lon         = 9.7_wp   !< longitude       
4251    REAL(wp) ::  thetar      = 0.0_wp   !< angle for solar zenith angle calculation
4252    REAL(wp) ::  thetasr     = 0.0_wp   !< angle for solar azimuth angle calculation   
4253    REAL(wp) ::  zgl         = 0.0_wp   !< calculated exposure by direct beam   
4254    REAL(wp) ::  woz         = 0.0_wp   !< calculated exposure by diffuse radiation
4255    REAL(wp) ::  wsp         = 0.0_wp   !< calculated exposure by direct beam   
4256   
4257
4258    CALL calc_date_and_time
4259    doy_r = real(day_of_year)   
4260    dtor = pi / 180.0_wp
4261    lat = latitude
4262    lon = longitude
4263!
4264!-- calculation of js, necessary for calculation of equation of time (zgl) :
4265    js=  72.0_wp * ( doy_r + ( time_utc / 86400.0_wp ) ) / 73.0_wp 
4266!
4267!-- calculation of equation of time (zgl):
4268    zgl = 0.0066_wp + 7.3525_wp * cos( ( js + 85.9_wp ) * dtor ) + 9.9359_wp *                                        &
4269    cos( ( 2.0_wp * js + 108.9_wp ) * dtor ) + 0.3387_wp * cos( ( 3 * js + 105.2_wp ) * dtor )
4270!
4271!-- calculation of apparent solar time woz:
4272    woz = ( ( time_utc / 3600.0_wp ) - ( 4.0_wp * ( 15.0_wp - lon ) ) / 60.0_wp ) + ( zgl / 60.0_wp )
4273!
4274!-- calculation of hour angle (wsp):
4275    wsp = ( woz - 12.0_wp ) * 15.0_wp
4276!
4277!-- calculation of declination:
4278    declination = 0.3948_wp - 23.2559_wp * cos( ( js + 9.1_wp ) * dtor ) -                                            &
4279    0.3915_wp * cos( ( 2.0_wp * js + 5.4_wp ) * dtor ) - 0.1764_wp * cos( ( 3.0_wp * js + 26.0_wp ) * dtor )
4280!
4281!-- calculation of solar zenith angle
4282    thetar  = acos( sin( lat * dtor) * sin( declination * dtor ) + cos( wsp * dtor ) *                                &
4283    cos( lat * dtor ) * cos( declination * dtor ) )
4284    thetasr = asin( sin( lat * dtor) * sin( declination * dtor ) + cos( wsp * dtor ) *                                & 
4285    cos( lat * dtor ) * cos( declination * dtor ) )
4286    sza = thetar / dtor
4287!
4288!-- calculation of solar azimuth angle
4289    IF (woz <= 12.0_wp) alpha = pi - acos( ( sin(thetasr) * sin( lat * dtor ) -                                     &
4290    sin( declination * dtor ) ) / ( cos(thetasr) * cos( lat * dtor ) ) )   
4291    IF (woz > 12.0_wp)  alpha = pi + acos( ( sin(thetasr) * sin( lat * dtor ) -                                     &
4292    sin( declination * dtor ) ) / ( cos(thetasr) * cos( lat * dtor ) ) )   
4293    saa = alpha / dtor
4294
4295 END SUBROUTINE uvem_solar_position
4296
4297
4298!------------------------------------------------------------------------------!
4299! Description:
4300! ------------
4301!> Module-specific routine for new module
4302!---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------!
4303 SUBROUTINE bio_calculate_uv_exposure
4304
4305    USE indices,                                                                                                      &
4306        ONLY:  nys, nyn, nxl, nxr
4307   
4308   
4309    IMPLICIT NONE   
4310   
4311    INTEGER(iwp) ::  i     !< loop index in x direction
4312    INTEGER(iwp) ::  j     !< loop index in y direction
4313    INTEGER(iwp) ::  szai  !< loop index for different sza values
4314
4315    CALL uvem_solar_position
4316     
4317    IF (sza  >=  90)  THEN
4318       vitd3_exposure(:,:) = 0.0_wp
4319    ELSE
4320       
4321       DO  ai = 0, 35
4322          DO  zi = 0, 9
4323                projection_area_lookup_table(ai,zi) = uvem_projarea_f%var(clothing,zi,ai)
4324          ENDDO
4325       ENDDO
4326       DO  ai = 0, 35
4327          DO  zi = 0, 9
4328                integration_array(ai,zi) = uvem_integration_f%var(zi,ai)
4329          ENDDO
4330       ENDDO
4331       DO  ai = 0, 2
4332          DO  zi = 0, 90
4333                irradiance_lookup_table(ai,zi) = uvem_irradiance_f%var(zi,ai)
4334          ENDDO
4335       ENDDO
4336       DO  ai = 0, 35
4337          DO  zi = 0, 9
4338             DO  szai = 0, 90
4339                radiance_lookup_table(ai,zi,szai) = uvem_radiance_f%var(szai,zi,ai)
4340             ENDDO
4341          ENDDO
4342       ENDDO
4343       
4344       
4345       
4346!--    rotate 3D-Model human to desired direction  -----------------------------
4347       projection_area_temp( 0:35,:) = projection_area_lookup_table
4348       projection_area_temp(36:71,:) = projection_area_lookup_table               
4349       IF (  .NOT.  turn_to_sun ) startpos_human = orientation_angle / 10.0_wp
4350       IF (       turn_to_sun ) startpos_human = saa / 10.0_wp       
4351       DO  ai = 0, 35
4352          xfactor = ( startpos_human ) - INT( startpos_human )
4353          DO  zi = 0, 9
4354             projection_area(ai,zi) = ( projection_area_temp( 36 - INT( startpos_human ) - 1 + ai , zi) *             &
4355                                      ( xfactor ) )                                                                   &
4356                                      +( projection_area_temp( 36 - INT( startpos_human ) + ai , zi) *                &
4357                                      ( 1.0_wp - xfactor ) )
4358          ENDDO
4359       ENDDO           
4360!             
4361!           
4362!--    interpolate to accurate Solar Zenith Angle  ------------------         
4363       DO  ai = 0, 35
4364          xfactor = (sza)-INT(sza)
4365          DO  zi = 0, 9
4366             radiance_array(ai,zi) = ( radiance_lookup_table(ai, zi, INT(sza) ) * ( 1.0_wp - xfactor) ) +             &
4367             ( radiance_lookup_table(ai,zi,INT(sza) + 1) * xfactor )
4368          ENDDO
4369       ENDDO
4370       DO  iq = 0, 2
4371          irradiance(iq) = ( irradiance_lookup_table(iq, INT(sza) ) * ( 1.0_wp - xfactor)) +                          &
4372          (irradiance_lookup_table(iq, INT(sza) + 1) * xfactor )
4373       ENDDO   
4374!         
4375!--    interpolate to accurate Solar Azimuth Angle ------------------
4376       IF ( sun_in_south )  THEN
4377          startpos_saa_float = 180.0_wp / 10.0_wp
4378       ELSE
4379          startpos_saa_float = saa / 10.0_wp
4380       ENDIF
4381       radiance_array_temp( 0:35,:) = radiance_array
4382       radiance_array_temp(36:71,:) = radiance_array
4383       xfactor = (startpos_saa_float) - INT(startpos_saa_float)
4384       DO  ai = 0, 35
4385          DO  zi = 0, 9
4386             radiance_array(ai,zi) = ( radiance_array_temp( 36 - INT( startpos_saa_float ) - 1 + ai , zi ) *          &
4387                                     ( xfactor ) )                                                                    &
4388                                     + ( radiance_array_temp( 36 - INT( startpos_saa_float ) + ai , zi )              &
4389                                     * ( 1.0_wp - xfactor ) )
4390          ENDDO
4391       ENDDO
4392!       
4393!     
4394!--    calculate Projectionarea for direct beam -----------------------------'
4395       projection_area_direct_temp( 0:35,:) = projection_area
4396       projection_area_direct_temp(36:71,:) = projection_area
4397       yfactor = ( sza / 10.0_wp ) - INT( sza / 10.0_wp )
4398       xfactor = ( startpos_saa_float ) - INT( startpos_saa_float )
4399       projection_area_direct_beam = ( projection_area_direct_temp( INT(startpos_saa_float)    ,INT(sza/10.0_wp)  ) * &
4400                                     ( 1.0_wp - xfactor ) * ( 1.0_wp - yfactor ) ) +                                  &
4401                                     ( projection_area_direct_temp( INT(startpos_saa_float) + 1,INT(sza/10.0_wp)  ) * &
4402                                     (          xfactor ) * ( 1.0_wp - yfactor ) ) +                                  &
4403                                     ( projection_area_direct_temp( INT(startpos_saa_float)    ,INT(sza/10.0_wp)+1) * &
4404                                     ( 1.0_wp - xfactor ) * (          yfactor ) ) +                                  &
4405                                     ( projection_area_direct_temp( INT(startpos_saa_float) + 1,INT(sza/10.0_wp)+1) * &
4406                                     (          xfactor ) * (          yfactor ) )
4407!                                               
4408!                                               
4409!                                               
4410       DO  i = nxl, nxr
4411          DO  j = nys, nyn
4412!                   
4413! !--        extract obstruction from IBSET-Integer_Array ------------------'
4414             IF (consider_obstructions )  THEN
4415                obstruction_temp1 = building_obstruction_f%var_3d(:,j,i)
4416                IF ( obstruction_temp1(0)  /=  9 )  THEN
4417                   DO  pobi = 0, 44 
4418                      DO  bi = 0, 7 
4419                         IF ( btest( obstruction_temp1(pobi), bi )  .EQV.  .TRUE.)  THEN
4420                            obstruction_temp2( ( pobi * 8 ) + bi ) = 1
4421                         ELSE
4422                            obstruction_temp2( ( pobi * 8 ) + bi ) = 0
4423                         ENDIF
4424                      ENDDO
4425                   ENDDO       
4426                   DO  zi = 0, 9                                         
4427                      obstruction(:,zi) = obstruction_temp2( zi * 36 :( zi * 36) + 35 )
4428                   ENDDO
4429                ELSE
4430                   obstruction(:,:) = 0
4431                ENDIF
4432             ENDIF
4433!             
4434! !--        calculated human exposure ------------------' 
4435             diffuse_exposure = SUM( radiance_array * projection_area * integration_array * obstruction )     
4436         
4437             obstruction_direct_beam = obstruction( nint(startpos_saa_float), nint( sza / 10.0_wp ) ) 
4438             IF (sza  >=  89.99_wp)  THEN
4439                sza = 89.99999_wp
4440             ENDIF
4441!             
4442!--          calculate direct normal irradiance (direct beam) ------------------'
4443             direct_exposure = ( irradiance(1) / cos( pi * sza / 180.0_wp ) ) * &
4444             projection_area_direct_beam * obstruction_direct_beam 
4445               
4446             vitd3_exposure(j,i) = ( diffuse_exposure + direct_exposure ) / 1000.0_wp * 70.97_wp 
4447             ! unit = international units vitamin D per second             
4448          ENDDO
4449       ENDDO
4450    ENDIF
4451
4452 END SUBROUTINE bio_calculate_uv_exposure
4453
4454 END MODULE biometeorology_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.