source: palm/trunk/SOURCE/chem_emissions_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
File size: 63.7 KB
Line 
1!> @file chem_emissions_mod.f90
2!--------------------------------------------------------------------------------!
3! This file is part of PALM model system.
4!
5! PALM 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 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 Leibniz Universitaet Hannover
18! Copyright 2018-2019 Freie Universitaet Berlin
19! Copyright 2018-2019 Karlsruhe Institute of Technology
20!--------------------------------------------------------------------------------!
21!
22! Current revisions:
23! ------------------
24!
25!
26! Former revisions:
27! -----------------
28! $Id: chem_emissions_mod.f90 4182 2019-08-22 15:20:23Z scharf $
29! Corrected "Former revisions" section
30!
31! 4157 2019-08-14 09:19:12Z suehring
32! Replace global arrays also in mode_emis branch
33!
34! 4154 2019-08-13 13:35:59Z suehring
35! Replace global arrays for emissions by local ones.
36!
37! 4144 2019-08-06 09:11:47Z raasch
38! relational operators .EQ., .NE., etc. replaced by ==, /=, etc.
39!
40! 4055 2019-06-27 09:47:29Z suehring
41! - replaced local thermo. constants w/ module definitions in
42!   basic_constants_and_equations_mod (rgas_univ, p_0, r_d_cp)
43! - initialize array emis_distribution immediately following allocation
44! - lots of minor formatting changes based on review sesson in 20190325
45!   (E.C. Chan)
46!
47! 3968 2019-05-13 11:04:01Z suehring
48! - in subroutine chem_emissions_match replace all decision structures relating to
49!   mode_emis to emiss_lod
50! - in subroutine chem_check_parameters replace emt%nspec with emt%n_emiss_species
51! - spring cleaning (E.C. Chan)
52!
53! 3885 2019-04-11 11:29:34Z kanani
54! Changes related to global restructuring of location messages and introduction
55! of additional debug messages
56!
57! 3831 2019-03-28 09:11:22Z forkel
58! added nvar to USE chem_gasphase_mod (chem_modules will not include nvar anymore)
59!
60! 3788 2019-03-07 11:40:09Z banzhafs
61! Removed unused variables from chem_emissions_mod
62!
63! 3772 2019-02-28 15:51:57Z suehring
64! - In case of parametrized emissions, assure that emissions are only on natural
65!   surfaces (i.e. streets) and not on urban surfaces.
66! - some unnecessary if clauses removed
67!
68! 3685 2019 -01-21 01:02:11Z knoop
69! Some interface calls moved to module_interface + cleanup
70! 3286 2018-09-28 07:41:39Z forkel
71!
72! Authors:
73! --------
74! @author Emmanuele Russo (FU-Berlin)
75! @author Sabine Banzhaf  (FU-Berlin)
76! @author Martijn Schaap  (FU-Berlin, TNO Utrecht)
77!
78! Description:
79! ------------
80!>  MODULE for reading-in Chemistry Emissions data
81!>
82!> @todo Rename nspec to n_emis to avoid inteferece with nspec from chem_gasphase_mod
83!> @todo Check_parameters routine should be developed: for now it includes just one condition
84!> @todo Use of Restart files not contempled at the moment
85!> @todo revise indices of files read from the netcdf: preproc_emission_data and expert_emission_data
86!> @todo for now emission data may be passed on a singular vertical level: need to be more flexible
87!> @todo fill/activate restart option in chem_emissions_init
88!> @todo discuss dt_emis
89!> @note <Enter notes on the module>
90!> @bug  <Enter known bugs here>
91!------------------------------------------------------------------------------!
92
93 MODULE chem_emissions_mod
94
95    USE arrays_3d,                                                          &
96        ONLY:  rho_air
97
98    USE basic_constants_and_equations_mod,                                  &
99        ONLY:  rgas_univ, p_0, rd_d_cp
100
101    USE control_parameters,                                                 &
102        ONLY:  debug_output,                                                &
103               end_time, message_string, initializing_actions,              &
104               intermediate_timestep_count, dt_3d
105 
106    USE indices
107
108    USE kinds
109
110#if defined( __netcdf )
111    USE netcdf
112#endif
113
114    USE netcdf_data_input_mod,                                               &
115        ONLY: chem_emis_att_type, chem_emis_val_type
116
117    USE date_and_time_mod,                                                   &
118        ONLY: day_of_month, hour_of_day,                                     &
119             index_mm, index_dd, index_hh,                                   &
120             month_of_year, hour_of_day,                                     &
121             time_default_indices, time_preprocessed_indices
122   
123    USE chem_gasphase_mod,                                                   &
124        ONLY: nvar, spc_names
125 
126    USE chem_modules
127
128    USE statistics,                                                          &   
129        ONLY:  weight_pres
130
131   
132    IMPLICIT NONE
133
134!
135!-- Declare all global variables within the module
136   
137    CHARACTER (LEN=80) ::  filename_emis             !< Variable for the name of the netcdf input file
138
139    INTEGER(iwp) ::  dt_emis                         !< Time Step Emissions
140    INTEGER(iwp) ::  i                               !< index 1st selected dimension (some dims are not spatial)
141    INTEGER(iwp) ::  j                               !< index 2nd selected dimension
142    INTEGER(iwp) ::  i_start                         !< Index to start read variable from netcdf along one dims
143    INTEGER(iwp) ::  i_end                           !< Index to end read variable from netcdf in one dims
144    INTEGER(iwp) ::  j_start                         !< Index to start read variable from netcdf in additional dims
145    INTEGER(iwp) ::  j_end                           !< Index to end read variable from netcdf in additional dims
146    INTEGER(iwp) ::  len_index                       !< length of index (used for several indices)
147    INTEGER(iwp) ::  len_index_pm                    !< length of PMs index
148    INTEGER(iwp) ::  len_index_voc                   !< length of voc index
149    INTEGER(iwp) ::  z_start                         !< Index to start read variable from netcdf in additional dims
150    INTEGER(iwp) ::  z_end                           !< Index to end read variable from netcdf in additional dims
151
152    REAL(wp) ::  conversion_factor                   !< Units Conversion Factor
153
154    SAVE
155
156!   
157!-- Checks Input parameters
158    INTERFACE chem_emissions_check_parameters
159       MODULE PROCEDURE chem_emissions_check_parameters
160    END INTERFACE chem_emissions_check_parameters
161!
162!-- Matching Emissions actions 
163    INTERFACE chem_emissions_match
164       MODULE PROCEDURE chem_emissions_match
165    END INTERFACE chem_emissions_match
166!
167!-- Initialization actions 
168    INTERFACE chem_emissions_init
169       MODULE PROCEDURE chem_emissions_init
170    END INTERFACE chem_emissions_init
171!
172!-- Setup of Emissions
173    INTERFACE chem_emissions_setup
174       MODULE PROCEDURE chem_emissions_setup
175    END INTERFACE chem_emissions_setup
176   
177    PUBLIC chem_emissions_init, chem_emissions_match, chem_emissions_setup
178!
179!-- Public Variables
180    PUBLIC conversion_factor, len_index, len_index_pm, len_index_voc
181
182 CONTAINS
183
184!------------------------------------------------------------------------------!
185! Description:
186! ------------
187!> Routine for checking input parameters
188!------------------------------------------------------------------------------!
189 SUBROUTINE chem_emissions_check_parameters
190
191    IMPLICIT NONE
192
193    TYPE(chem_emis_att_type) ::  emt
194
195!
196!-- Check if species count matches the number of names
197!-- passed for the chemiscal species
198
199    IF  ( SIZE(emt%species_name) /= emt%n_emiss_species  )  THEN
200!    IF  ( SIZE(emt%species_name) /= emt%nspec  )  THEN
201
202       message_string = 'Numbers of input emission species names and number of species'     //      &
203                         'for which emission values are given do not match'                 
204       CALL message( 'chem_emissions_check_parameters', 'CM0437', 2, 2, 0, 6, 0 ) 
205           
206    ENDIF
207
208 END SUBROUTINE chem_emissions_check_parameters
209
210
211!------------------------------------------------------------------------------!
212! Description:
213! ------------
214!> Matching the chemical species indices. The routine checks what are the
215!> indices of the emission input species and the corresponding ones of the
216!> model species. The routine gives as output a vector containing the number
217!> of common species: it is important to note that while the model species
218!> are distinct, their values could be given to a single species in input.
219!> For example, in the case of NO2 and NO, values may be passed in input as
220!> NOX values.
221!------------------------------------------------------------------------------!
222
223SUBROUTINE chem_emissions_match( emt_att,len_index )   
224
225    INTEGER(iwp)  ::  ind_inp                    !< Parameters for cycling through chemical input species
226    INTEGER(iwp)  ::  ind_mod                    !< Parameters for cycling through chemical model species
227    INTEGER(iwp)  ::  ind_voc                    !< Indices to check whether a split for voc should be done
228    INTEGER(iwp)  ::  ispec                      !< index for cycle over effective number of emission species
229    INTEGER(iwp)  ::  nspec_emis_inp             !< Variable where to store # of emission species in input
230
231    INTEGER(iwp), INTENT(INOUT)  ::  len_index   !< number of common species between input dataset & model species
232
233    TYPE(chem_emis_att_type), INTENT(INOUT) ::  emt_att     !< Chemistry Emission Array (decl. netcdf_data_input.f90)
234
235
236    IF  ( debug_output )  CALL debug_message( 'chem_emissions_match', 'start' )
237
238!
239!-- Number of input emission species
240
241    nspec_emis_inp = emt_att%n_emiss_species
242!    nspec_emis_inp=emt_att%nspec
243
244!
245!-- Check the emission LOD: 0 (PARAMETERIZED), 1 (DEFAULT), 2 (PRE-PROCESSED)
246!
247    SELECT CASE (emiss_lod)
248
249!
250!-- LOD 0 (PARAMETERIZED mode)
251
252       CASE (0)
253
254          len_index = 0
255
256! number of species and number of matched species can be different
257! but call is only made if both are greater than zero
258
259          IF  ( nvar > 0  .AND.  nspec_emis_inp > 0 )  THEN
260
261!
262!-- Cycle over model species
263
264             DO  ind_mod = 1, nvar
265                ind_inp = 1
266                DO  WHILE ( TRIM( surface_csflux_name(ind_inp) ) /= 'novalue' )    !< 'novalue' is the default 
267                   IF  ( TRIM( surface_csflux_name(ind_inp) ) == TRIM( spc_names(ind_mod) ) )  THEN
268                      len_index = len_index + 1
269                   ENDIF
270                   ind_inp = ind_inp + 1
271                ENDDO
272             ENDDO
273
274             IF  ( len_index > 0 )  THEN
275
276!
277!-- Allocation of Arrays of the matched species
278
279                ALLOCATE ( match_spec_input(len_index) ) 
280                ALLOCATE ( match_spec_model(len_index) )
281
282!
283!-- Pass species indices to declared arrays
284
285                len_index = 0
286
287                DO  ind_mod = 1, nvar 
288                   ind_inp = 1
289                   DO  WHILE  ( TRIM( surface_csflux_name(ind_inp) ) /= 'novalue' )
290                      IF  ( TRIM(surface_csflux_name(ind_inp)) ==          &
291                            TRIM(spc_names(ind_mod))            )  THEN
292                         len_index = len_index + 1
293                         match_spec_input(len_index) = ind_inp
294                         match_spec_model(len_index) = ind_mod
295                      ENDIF
296                   ind_inp = ind_inp + 1
297                   END DO
298                END DO
299
300!
301!-- Check
302
303                DO  ispec = 1, len_index
304
305                   IF  ( emiss_factor_main(match_spec_input(ispec) ) < 0    .AND.     &
306                         emiss_factor_side(match_spec_input(ispec) ) < 0 )  THEN
307
308                      message_string = 'PARAMETERIZED emissions mode selected:'             //          &
309                                       ' EMISSIONS POSSIBLE ONLY ON STREET SURFACES'        //          &
310                                       ' but values of scaling factors for street types'    //          &
311                                       ' emiss_factor_main AND emiss_factor_side'           //          &
312                                       ' not provided for each of the emissions species'    //          &
313                                       ' or not provided at all: PLEASE set a finite value' //          &
314                                       ' for these parameters in the chemistry namelist'         
315                      CALL message( 'chem_emissions_matching', 'CM0442', 2, 2, 0, 6, 0 )
316 
317                   ENDIF
318
319                END DO
320
321
322             ELSE
323               
324                message_string = 'Non of given Emission Species'           //           &
325                                 ' matches'                                //           &
326                                 ' model chemical species'                 //           &
327                                 ' Emission routine is not called'         
328                CALL message( 'chem_emissions_matching', 'CM0443', 0, 0, 0, 6, 0 )
329 
330             ENDIF
331
332          ELSE
333     
334             message_string = 'Array of Emission species not allocated: '             //          &
335                              ' Either no emission species are provided as input or'  //          &
336                              ' no chemical species are used by PALM.'                //          &
337                              ' Emission routine is not called'                                   
338             CALL message( 'chem_emissions_matching', 'CM0444', 0, 2, 0, 6, 0 ) 
339 
340          ENDIF
341
342!
343!-- LOD 1 (DEFAULT mode)
344
345       CASE (1)
346
347          len_index = 0          ! total number of species (to be accumulated) 
348          len_index_voc = 0      ! total number of VOCs (to be accumulated)
349          len_index_pm = 3       ! total number of PMs: PM1, PM2.5, PM10.
350
351!
352!-- number of model species and input species could be different
353!-- but process this only when both are non-zero
354 
355          IF  ( nvar > 0  .AND.  nspec_emis_inp > 0 )  THEN
356
357!
358!-- Cycle over model species
359             DO  ind_mod = 1, nvar
360
361!
362!-- Cycle over input species
363
364                DO  ind_inp = 1, nspec_emis_inp
365
366!
367!-- Check for VOC Species
368
369                   IF  ( TRIM( emt_att%species_name(ind_inp) ) == "VOC" )  THEN
370                      DO  ind_voc= 1, emt_att%nvoc
371                       
372                         IF  ( TRIM( emt_att%voc_name(ind_voc) ) == TRIM( spc_names(ind_mod) ) )  THEN
373                            len_index = len_index + 1
374                            len_index_voc = len_index_voc + 1
375                         ENDIF
376                         
377                      END DO
378                   ENDIF
379
380!
381!-- PMs: There is one input species name for all PM
382!-- This variable has 3 dimensions, one for PM1, PM2.5 and PM10
383
384                   IF  ( TRIM( emt_att%species_name(ind_inp) ) == "PM" )  THEN
385
386                      IF      ( TRIM( spc_names(ind_mod) ) == "PM1" )   THEN
387                         len_index = len_index + 1
388                      ELSEIF  ( TRIM( spc_names(ind_mod) ) == "PM25" )  THEN
389                         len_index = len_index + 1
390                      ELSEIF  ( TRIM( spc_names(ind_mod) ) == "PM10" )  THEN
391                         len_index = len_index + 1
392                      ENDIF
393
394                   ENDIF
395
396!
397!-- NOX: NO2 and NO
398
399                   IF  ( TRIM( emt_att%species_name(ind_inp) ) == "NOX" )  THEN
400
401                      IF     ( TRIM( spc_names(ind_mod) ) == "NO"  )  THEN
402                         len_index = len_index + 1
403                      ELSEIF  ( TRIM( spc_names(ind_mod) ) == "NO2" )  THEN
404                         len_index = len_index + 1
405                      ENDIF
406
407                   ENDIF
408
409!
410!-- SOX: SO2 and SO4
411
412                   IF  ( TRIM( emt_att%species_name(ind_inp) ) == "SOX" )  THEN
413
414                      IF      ( TRIM( spc_names(ind_mod) ) == "SO2" )  THEN
415                         len_index = len_index + 1
416                      ELSEIF  ( TRIM( spc_names(ind_mod) ) == "SO4" )  THEN
417                         len_index = len_index + 1
418                      ENDIF
419
420                   ENDIF
421
422!
423!-- Other Species
424
425                   IF  ( TRIM( emt_att%species_name(ind_inp) ) ==             &
426                        TRIM( spc_names(ind_mod) ) )  THEN
427                      len_index = len_index + 1
428                   ENDIF
429
430                END DO  ! ind_inp ...
431
432             END DO  ! ind_mod ...
433
434
435!
436!-- Allocate arrays
437
438             IF  ( len_index > 0 )  THEN
439
440                ALLOCATE ( match_spec_input(len_index) )
441                ALLOCATE ( match_spec_model(len_index) )
442
443                IF  ( len_index_voc > 0 )  THEN
444
445!
446!-- Contains indices of the VOC model species
447
448                   ALLOCATE( match_spec_voc_model(len_index_voc) )
449
450!
451!-- Contains the indices of different values of VOC composition
452!-- of input variable VOC_composition
453
454                   ALLOCATE( match_spec_voc_input(len_index_voc) )
455
456                ENDIF
457
458!
459!-- Pass the species indices to declared arrays
460
461                len_index = 0
462                len_index_voc = 0
463               
464                DO  ind_mod = 1, nvar
465                   DO  ind_inp = 1, nspec_emis_inp
466
467!
468!-- VOCs
469
470                      IF  ( TRIM( emt_att%species_name(ind_inp) ) == "VOC"  .AND.        &
471                            ALLOCATED (match_spec_voc_input) )  THEN
472
473                         DO  ind_voc = 1, emt_att%nvoc
474
475                            IF  ( TRIM( emt_att%voc_name(ind_voc) ) ==                  &
476                                 TRIM( spc_names(ind_mod) ) )  THEN
477
478                               len_index     = len_index + 1
479                               len_index_voc = len_index_voc + 1
480                       
481                               match_spec_input(len_index) = ind_inp
482                               match_spec_model(len_index) = ind_mod
483
484                               match_spec_voc_input(len_index_voc) = ind_voc
485                               match_spec_voc_model(len_index_voc) = ind_mod
486
487                            ENDIF
488
489                         END DO
490
491                      ENDIF
492
493!
494!-- PMs
495
496                      IF  ( TRIM( emt_att%species_name(ind_inp) ) == "PM" )  THEN
497
498                         IF      ( TRIM( spc_names(ind_mod) ) == "PM1"  )  THEN
499                            len_index = len_index + 1
500                            match_spec_input(len_index) = ind_inp
501                            match_spec_model(len_index) = ind_mod
502                         ELSEIF  ( TRIM( spc_names(ind_mod) ) == "PM25" )  THEN
503                            len_index = len_index + 1
504                            match_spec_input(len_index) = ind_inp
505                            match_spec_model(len_index) = ind_mod
506                         ELSEIF  ( TRIM( spc_names(ind_mod) ) == "PM10" )  THEN
507                            len_index = len_index + 1
508                            match_spec_input(len_index) = ind_inp
509                            match_spec_model(len_index) = ind_mod
510                         ENDIF
511
512                      ENDIF
513
514!
515!-- NOX
516                      IF  ( TRIM( emt_att%species_name(ind_inp) ) == "NOX" )  THEN
517
518                         IF      ( TRIM( spc_names(ind_mod) ) == "NO"  )  THEN
519                            len_index = len_index + 1
520
521                            match_spec_input(len_index) = ind_inp
522                            match_spec_model(len_index) = ind_mod
523
524                         ELSEIF  ( TRIM( spc_names(ind_mod) ) == "NO2" )  THEN
525                            len_index = len_index + 1
526
527                            match_spec_input(len_index) = ind_inp
528                            match_spec_model(len_index) = ind_mod
529 
530                         ENDIF
531
532                      ENDIF
533
534
535!
536!-- SOX
537
538                      IF  ( TRIM( emt_att%species_name(ind_inp) ) == "SOX" ) THEN
539
540                         IF  ( TRIM( spc_names(ind_mod) ) == "SO2" )  THEN
541                            len_index = len_index + 1
542                            match_spec_input(len_index) = ind_inp
543                            match_spec_model(len_index) = ind_mod
544                         ELSEIF  ( TRIM( spc_names(ind_mod) ) == "SO4" )  THEN
545                            len_index = len_index + 1
546                            match_spec_input(len_index) = ind_inp
547                            match_spec_model(len_index) = ind_mod
548                         ENDIF
549
550                      ENDIF
551
552!
553!-- Other Species
554
555                      IF  ( TRIM( emt_att%species_name(ind_inp) ) == TRIM( spc_names(ind_mod) ) )  THEN
556                         len_index = len_index + 1
557                         match_spec_input(len_index) = ind_inp
558                         match_spec_model(len_index) = ind_mod
559                      ENDIF
560
561                   END DO  ! inp_ind
562
563                END DO     ! inp_mod
564
565!
566!-- Error reporting (no matching)
567
568             ELSE
569
570                message_string = 'None of given Emission Species matches'           //   &
571                                 ' model chemical species'                          //   &
572                                 ' Emission routine is not called'         
573                CALL message( 'chem_emissions_matching', 'CM0440', 0, 0, 0, 6, 0 ) 
574
575             ENDIF
576
577!
578!-- Error reporting (no species)
579
580          ELSE
581
582             message_string = 'Array of Emission species not allocated: '             // &
583                              ' Either no emission species are provided as input or'  // &
584                              ' no chemical species are used by PALM:'                // &
585                              ' Emission routine is not called'                                   
586             CALL message( 'chem_emissions_matching', 'CM0441', 0, 2, 0, 6, 0 ) 
587 
588          ENDIF
589
590!
591!-- LOD 2 (PRE-PROCESSED mode)
592
593       CASE (2)
594
595          len_index = 0
596          len_index_voc = 0
597
598          IF  ( nvar > 0  .AND.  nspec_emis_inp > 0 )  THEN
599!
600!-- Cycle over model species
601             DO  ind_mod = 1, nvar
602
603!
604!-- Cycle over input species 
605                DO  ind_inp = 1, nspec_emis_inp
606
607!
608!-- Check for VOC Species
609
610                   IF  ( TRIM( emt_att%species_name(ind_inp) ) == "VOC" )  THEN       
611                      DO  ind_voc = 1, emt_att%nvoc
612                         IF  ( TRIM( emt_att%voc_name(ind_voc) ) == TRIM( spc_names(ind_mod) ) )  THEN
613                            len_index     = len_index + 1
614                            len_index_voc = len_index_voc + 1
615                         ENDIF
616                      END DO
617                   ENDIF
618
619!
620!-- Other Species
621
622                   IF  ( TRIM(emt_att%species_name(ind_inp)) == TRIM(spc_names(ind_mod)) )  THEN
623                      len_index = len_index + 1
624                   ENDIF
625                ENDDO
626             ENDDO
627
628!
629!-- Allocate array for storing the indices of the matched species
630
631             IF  ( len_index > 0 )  THEN
632 
633                ALLOCATE ( match_spec_input(len_index) ) 
634 
635                ALLOCATE ( match_spec_model(len_index) )
636
637                IF  ( len_index_voc > 0 )  THEN
638!
639!-- contains indices of the VOC model species
640                   ALLOCATE( match_spec_voc_model(len_index_voc) )
641!
642!-- contains the indices of different values of VOC composition of input variable VOC_composition
643                   ALLOCATE( match_spec_voc_input(len_index_voc) )
644
645                ENDIF
646
647!
648!-- pass the species indices to declared arrays
649
650                len_index = 0
651
652!
653!-- Cycle over model species
654
655                DO  ind_mod = 1, nvar
656 
657!
658!-- Cycle over Input species 
659
660                   DO  ind_inp = 1, nspec_emis_inp
661
662!
663!-- VOCs
664
665                      IF  ( TRIM(emt_att%species_name(ind_inp) ) == "VOC"  .AND.     &
666                           ALLOCATED(match_spec_voc_input) )  THEN
667                         
668                         DO  ind_voc= 1, emt_att%nvoc
669                            IF  ( TRIM( emt_att%voc_name(ind_voc) ) == TRIM( spc_names(ind_mod) ) )  THEN
670                               len_index = len_index + 1
671                               len_index_voc = len_index_voc + 1
672                       
673                               match_spec_input(len_index) = ind_inp
674                               match_spec_model(len_index) = ind_mod
675
676                               match_spec_voc_input(len_index_voc) = ind_voc
677                               match_spec_voc_model(len_index_voc) = ind_mod                         
678                            ENDIF
679                         END DO
680                      ENDIF
681
682!
683!-- Other Species
684
685                      IF  ( TRIM( emt_att%species_name(ind_inp) ) == TRIM( spc_names(ind_mod) ) )  THEN
686                         len_index = len_index + 1
687                         match_spec_input(len_index) = ind_inp
688                         match_spec_model(len_index) = ind_mod
689                      ENDIF
690
691                   END DO  ! ind_inp
692                END DO     ! ind_mod
693
694             ELSE  ! if len_index_voc <= 0
695
696!
697!-- in case there are no species matching (just informational message)
698
699                message_string = 'Non of given emission species'            //         &
700                                 ' matches'                                //          &
701                                 ' model chemical species:'                //          &
702                                 ' Emission routine is not called' 
703                CALL message( 'chem_emissions_matching', 'CM0438', 0, 0, 0, 6, 0 )
704             ENDIF
705
706!
707!-- Error check (no matching)
708 
709          ELSE
710
711!
712!-- either spc_names is zero or nspec_emis_inp is not allocated
713             message_string = 'Array of Emission species not allocated:'              // &
714                              ' Either no emission species are provided as input or'  // &
715                              ' no chemical species are used by PALM:'                // &
716                              ' Emission routine is not called'                 
717             CALL message( 'chem_emissions_matching', 'CM0439', 0, 2, 0, 6, 0 ) 
718
719          ENDIF 
720
721!
722!-- If emission module is switched on but mode_emis is not specified or it is given the wrong name
723
724!
725!-- Error check (no species)
726
727       CASE DEFAULT
728
729          message_string = 'Emission Module switched ON, but'                           //         &
730                           ' either no emission mode specified or incorrectly given :'  //         &
731                           ' please, pass the correct value to the namelist parameter "mode_emis"'                 
732          CALL message( 'chem_emissions_matching', 'CM0445', 2, 2, 0, 6, 0 )             
733
734       END SELECT
735
736       IF  ( debug_output )  CALL debug_message( 'chem_emissions_match', 'end' )
737
738 END SUBROUTINE chem_emissions_match
739
740 
741!------------------------------------------------------------------------------!
742! Description:
743! ------------
744!> Initialization:
745!> Netcdf reading, arrays allocation and first calculation of cssws
746!> fluxes at timestep 0
747!------------------------------------------------------------------------------!
748
749 SUBROUTINE chem_emissions_init
750
751    USE netcdf_data_input_mod,                                              &
752        ONLY:  chem_emis, chem_emis_att
753   
754    IMPLICIT NONE
755 
756    INTEGER(iwp) :: ispec                        !< running index
757
758!   
759!-- Actions for initial runs
760!  IF  (  TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
761!--    ...
762!   
763!
764!-- Actions for restart runs
765!  ELSE
766!--    ...
767!
768!  ENDIF
769
770
771    IF  ( debug_output )  CALL debug_message( 'chem_emissions_init', 'start' )
772
773!
774!-- Matching
775
776    CALL  chem_emissions_match( chem_emis_att, n_matched_vars )
777 
778    IF  ( n_matched_vars == 0 )  THEN
779 
780       emission_output_required = .FALSE.
781
782    ELSE
783
784       emission_output_required = .TRUE.
785
786
787!
788!-- Set molecule masses  (in kg/mol)
789
790       ALLOCATE( chem_emis_att%xm(n_matched_vars) )
791
792       DO  ispec = 1, n_matched_vars
793          SELECT CASE ( TRIM( spc_names(match_spec_model(ispec)) ) )
794             CASE ( 'SO2'  );  chem_emis_att%xm(ispec) = xm_S + xm_O * 2
795             CASE ( 'SO4'  );  chem_emis_att%xm(ispec) = xm_S + xm_O * 4
796             CASE ( 'NO'   );  chem_emis_att%xm(ispec) = xm_N + xm_O
797             CASE ( 'NO2'  );  chem_emis_att%xm(ispec) = xm_N + xm_O * 2
798             CASE ( 'NH3'  );  chem_emis_att%xm(ispec) = xm_N + xm_H * 3
799             CASE ( 'CO'   );  chem_emis_att%xm(ispec) = xm_C + xm_O
800             CASE ( 'CO2'  );  chem_emis_att%xm(ispec) = xm_C + xm_O * 2
801             CASE ( 'CH4'  );  chem_emis_att%xm(ispec) = xm_C + xm_H * 4
802             CASE ( 'HNO3' );  chem_emis_att%xm(ispec) = xm_H + xm_N + xm_O*3
803             CASE DEFAULT
804                chem_emis_att%xm(ispec) = 1.0_wp
805          END SELECT
806       ENDDO
807
808   
809!
810!-- Get emissions for the first time step base on LOD (if defined)
811!-- or emission mode (if no LOD defined)
812
813!
814!-- NOTE - I could use a combined if ( lod = xxx .or. mode = 'XXX' )
815!--        type of decision structure but I think it is much better
816!--        to implement it this way (i.e., conditional on lod if it
817!--        is defined, and mode if not) as we can easily take out
818!--        the case structure for mode_emis later on.
819
820       IF   ( emiss_lod < 0 )  THEN  !-- no LOD defined (not likely)
821
822          SELECT CASE ( TRIM( mode_emis ) )   
823
824             CASE ( 'PARAMETERIZED' )     ! LOD 0
825
826                IF  (  .NOT.  ALLOCATED( emis_distribution) )  THEN
827                   ALLOCATE( emis_distribution(1,nys:nyn,nxl:nxr,n_matched_vars) )
828                ENDIF
829
830                CALL chem_emissions_setup( chem_emis_att, chem_emis, n_matched_vars)
831
832             CASE ( 'DEFAULT' )           ! LOD 1
833
834                IF  (  .NOT.  ALLOCATED( emis_distribution) )  THEN
835                   ALLOCATE( emis_distribution(1,nys:nyn,nxl:nxr,n_matched_vars) )
836                ENDIF
837
838                CALL chem_emissions_setup( chem_emis_att, chem_emis, n_matched_vars )
839
840             CASE ( 'PRE-PROCESSED' )     ! LOD 2
841
842                IF  (  .NOT.  ALLOCATED( emis_distribution) )  THEN
843!
844!--                Note, at the moment emissions are considered only by surface fluxes
845!--                rather than by volume sources. Therefore, no vertical dimension is
846!--                required and is thus allocated with 1. Later when volume sources
847!--                are considered, the vertical dimension will increase.                 
848                   !ALLOCATE( emis_distribution(nzb:nzt+1,nys:nyn,nxl:nxr,n_matched_vars) )
849                   ALLOCATE( emis_distribution(1,nys:nyn,nxl:nxr,n_matched_vars) )
850                ENDIF
851 
852                CALL chem_emissions_setup( chem_emis_att, chem_emis, n_matched_vars )
853
854          END SELECT
855
856       ELSE  ! if LOD is defined
857
858          SELECT CASE ( emiss_lod )
859
860             CASE ( 0 )     ! parameterized mode
861
862                IF  (  .NOT.  ALLOCATED( emis_distribution) )  THEN
863                   ALLOCATE( emis_distribution(1,nys:nyn,nxl:nxr,n_matched_vars) )
864                ENDIF
865
866                CALL chem_emissions_setup( chem_emis_att, chem_emis, n_matched_vars)
867
868             CASE ( 1 )     ! default mode
869
870                IF  (  .NOT.  ALLOCATED( emis_distribution) )  THEN
871                   ALLOCATE( emis_distribution(1,nys:nyn,nxl:nxr,n_matched_vars) )
872                ENDIF
873
874                CALL chem_emissions_setup( chem_emis_att, chem_emis, n_matched_vars )
875
876             CASE ( 2 )     ! pre-processed mode
877
878                IF  (  .NOT.  ALLOCATED( emis_distribution) )  THEN
879                   ALLOCATE( emis_distribution(nzb:nzt+1,nys:nyn,nxl:nxr,n_matched_vars) )
880                ENDIF
881 
882                CALL chem_emissions_setup( chem_emis_att, chem_emis, n_matched_vars )
883
884          END SELECT
885
886       ENDIF
887
888!
889! -- initialize
890
891       emis_distribution = 0.0_wp
892
893    ENDIF
894
895    IF  ( debug_output )  CALL debug_message( 'chem_emissions_init', 'end' )
896
897 END SUBROUTINE chem_emissions_init
898
899
900
901!------------------------------------------------------------------------------!
902! Description:
903! ------------
904!> Routine for Update of Emission values at each timestep
905!-------------------------------------------------------------------------------!
906
907 SUBROUTINE chem_emissions_setup( emt_att, emt, n_matched_vars )
908 
909   USE surface_mod,                                               &
910       ONLY:  surf_def_h, surf_lsm_h, surf_usm_h
911
912   USE netcdf_data_input_mod,                                     &
913       ONLY:  street_type_f
914
915   USE arrays_3d,                                                 &       
916       ONLY: hyp, pt
917
918   
919 IMPLICIT NONE
920 
921
922    TYPE(chem_emis_att_type), INTENT(INOUT) ::  emt_att                         !< variable to store emission information
923
924    TYPE(chem_emis_val_type), INTENT(INOUT), ALLOCATABLE, DIMENSION(:) ::  emt  !< variable to store emission input values,
925                                                                                !< depending on the considered species
926
927    INTEGER,INTENT(IN) ::  n_matched_vars                                       !< Output of matching routine with number
928                                                                                !< of matched species
929
930    INTEGER(iwp) ::  i                                                          !< running index for grid in x-direction
931    INTEGER(iwp) ::  i_pm_comp                                                  !< index for number of PM components
932    INTEGER(iwp) ::  icat                                                       !< Index for number of categories
933    INTEGER(iwp) ::  ispec                                                      !< index for number of species
934    INTEGER(iwp) ::  ivoc                                                       !< Index for number of VOCs
935    INTEGER(iwp) ::  j                                                          !< running index for grid in y-direction
936    INTEGER(iwp) ::  k                                                          !< running index for grid in z-direction
937    INTEGER(iwp) ::  m                                                          !< running index for horizontal surfaces
938
939    !
940    !-- CONVERSION FACTORS: TIME 
941    REAL(wp), PARAMETER ::  hour_per_year =  8760.0_wp  !< number of hours in a year of 365 days 
942    REAL(wp), PARAMETER ::  hour_per_day  =    24.0_wp  !< number of hours in a day
943    REAL(wp), PARAMETER ::  s_per_hour    =  3600.0_wp  !< number of sec per hour (s)/(hour)   
944    REAL(wp), PARAMETER ::  s_per_day     = 86400.0_wp  !< number of sec per day (s)/(day) 
945
946    REAL(wp), PARAMETER ::  day_to_s      = 1.0_wp/s_per_day                   !< conversion day   -> sec
947    REAL(wp), PARAMETER ::  hour_to_s     = 1.0_wp/s_per_hour                  !< conversion hours -> sec
948    REAL(wp), PARAMETER ::  year_to_s     = 1.0_wp/(s_per_hour*hour_per_year)  !< conversion year  -> sec
949    !
950    !-- CONVERSION FACTORS: MASS
951    REAL(wp), PARAMETER ::  g_to_kg       = 1.0E-03_wp     !< Conversion from g to kg (kg/g)
952    REAL(wp), PARAMETER ::  miug_to_kg    = 1.0E-09_wp     !< Conversion from g to kg (kg/g)
953    REAL(wp), PARAMETER ::  tons_to_kg    = 100.0_wp       !< Conversion from tons to kg (kg/tons)   
954    !
955    !-- CONVERSION FACTORS: PPM
956    REAL(wp), PARAMETER ::  ratio2ppm     = 1.0E+06_wp 
957 
958    REAL(wp), DIMENSION(24)                        ::  par_emis_time_factor    !< time factors for the parameterized mode:
959                                                                               !< fixed houlry profile for example day
960    REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nys:nyn,nxl:nxr) ::  conv_to_ratio           !< factor used for converting input
961                                                                               !< to concentration ratio
962    REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nys:nyn,nxl:nxr) ::  tmp_temp                !< temporary variable for abs. temperature
963
964    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  delta_emis   !< incremental emission factor                     
965    REAL(wp), DIMENSION(:),   ALLOCATABLE ::  time_factor  !< factor for time scaling of emissions
966    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  emis         !< emission factor
967
968    IF  ( emission_output_required )  THEN
969
970!
971!-- Set emis_dt to be used - since chemistry ODEs can be stiff, the option
972!-- to solve them at every RK substep is present to help improve stability
973!-- should the need arises
974 
975       IF  ( call_chem_at_all_substeps )  THEN
976
977          dt_emis = dt_3d * weight_pres(intermediate_timestep_count)
978
979       ELSE
980
981          dt_emis = dt_3d
982
983       ENDIF
984
985 !
986 !-- Conversion of units to the ones employed in PALM
987 !-- In PARAMETERIZED mode no conversion is performed: in this case input units are fixed
988
989        IF  ( TRIM( mode_emis ) == "DEFAULT"  .OR.  TRIM( mode_emis ) == "PRE-PROCESSED" )  THEN
990
991          SELECT CASE ( TRIM( emt_att%units ) )
992
993             CASE ( 'kg/m2/s', 'KG/M2/S'    );     conversion_factor = 1.0_wp                   ! kg
994             CASE ( 'kg/m2/hour', 'KG/M2/HOUR' );  conversion_factor = hour_to_s
995             CASE ( 'kg/m2/day', 'KG/M2/DAY'  );   conversion_factor = day_to_s
996             CASE ( 'kg/m2/year', 'KG/M2/YEAR' );  conversion_factor = year_to_s
997
998             CASE ( 'ton/m2/s', 'TON/M2/S'    );     conversion_factor = tons_to_kg             ! tonnes
999             CASE ( 'ton/m2/hour', 'TON/M2/HOUR' );  conversion_factor = tons_to_kg*hour_to_s
1000             CASE ( 'ton/m2/year', 'TON/M2/YEAR' );  conversion_factor = tons_to_kg*year_to_s
1001
1002             CASE ( 'g/m2/s', 'G/M2/S'    );     conversion_factor = g_to_kg                    ! grams
1003             CASE ( 'g/m2/hour', 'G/M2/HOUR' );  conversion_factor = g_to_kg*hour_to_s
1004             CASE ( 'g/m2/year', 'G/M2/YEAR' );  conversion_factor = g_to_kg*year_to_s
1005
1006             CASE ( 'micrograms/m2/s', 'MICROGRAMS/M2/S'    );     conversion_factor = miug_to_kg            ! ug
1007             CASE ( 'micrograms/m2/hour', 'MICROGRAMS/M2/HOUR' );  conversion_factor = miug_to_kg*hour_to_s
1008             CASE ( 'micrograms/m2/year', 'MICROGRAMS/M2/YEAR' );  conversion_factor = miug_to_kg*year_to_s
1009
1010!
1011!-- Error check (need units)
1012
1013             CASE DEFAULT 
1014                message_string = 'The Units of the provided emission input'                 // &
1015                                 ' are not the ones required by PALM-4U: please check '     // &
1016                                 ' emission module documentation.'                                 
1017                CALL message( 'chem_emissions_setup', 'CM0446', 2, 2, 0, 6, 0 )
1018
1019          END SELECT
1020
1021       ENDIF
1022
1023!
1024!-- Conversion factor to convert  kg/m**2/s to ppm/s
1025
1026       DO  i = nxl, nxr
1027          DO  j = nys, nyn
1028
1029!
1030!-- Derive Temperature from Potential Temperature
1031
1032             tmp_temp(nzb:nzt+1,j,i) = pt(nzb:nzt+1,j,i) *                     &
1033                                       ( hyp(nzb:nzt+1) / p_0 )**rd_d_cp
1034 
1035!           
1036!-- We need to pass to cssws <- (ppm/s) * dz
1037!-- Input is Nmole/(m^2*s)
1038!-- To go to ppm*dz multiply the input by (m**2/N)*dz
1039!-- (m**2/N)*dz == V/N
1040!-- V/N = RT/P
1041
1042             conv_to_ratio(nzb:nzt+1,j,i) =  rgas_univ *                       &  ! J K-1 mol-1
1043                                             tmp_temp(nzb:nzt+1,j,i) /         &  ! K
1044                                             hyp(nzb:nzt+1)                       ! Pa
1045
1046! (ecc) for reference
1047!                   m**3/Nmole               (J/mol)*K^-1           K                      Pa         
1048!             conv_to_ratio(nzb:nzt+1,j,i) = ( (Rgas * tmp_temp(nzb:nzt+1,j,i)) / ((hyp(nzb:nzt+1))) ) 
1049
1050          ENDDO
1051       ENDDO
1052
1053
1054! (ecc) moved initialization immediately after allocation
1055!
1056!-- Initialize
1057
1058!       emis_distribution(:,nys:nyn,nxl:nxr,:) = 0.0_wp
1059
1060 
1061!
1062!-- LOD 2 (PRE-PROCESSED MODE)
1063
1064       IF  ( emiss_lod == 2 )  THEN
1065
1066! for reference (ecc)
1067!       IF  ( TRIM( mode_emis ) == "PRE-PROCESSED" )  THEN
1068
1069!
1070!-- Update time indices
1071
1072          CALL time_preprocessed_indices( index_hh )
1073
1074
1075!
1076!-- LOD 1 (DEFAULT MODE)
1077
1078        ELSEIF  ( emiss_lod == 1 )  THEN
1079
1080! for reference (ecc)
1081!       ELSEIF  ( TRIM( mode_emis ) == "DEFAULT" )  THEN
1082
1083!
1084!-- Allocate array where to store temporary emission values
1085
1086          IF  (  .NOT.  ALLOCATED(emis) ) ALLOCATE( emis(nys:nyn,nxl:nxr) )
1087
1088!
1089!-- Allocate time factor per category
1090
1091          ALLOCATE( time_factor(emt_att%ncat) )
1092
1093!
1094!-- Read-in hourly emission time factor
1095
1096          IF  ( TRIM(time_fac_type) == "HOUR" )  THEN
1097
1098!
1099!-- Update time indices
1100
1101             CALL time_default_indices( month_of_year, day_of_month, hour_of_day, index_hh )
1102
1103!
1104!-- Check if the index is less or equal to the temporal dimension of HOURLY emission files
1105
1106             IF  ( index_hh <= SIZE( emt_att%hourly_emis_time_factor(1,:) ) )  THEN
1107
1108!
1109!-- Read-in the correspondant time factor
1110
1111                time_factor(:) = emt_att%hourly_emis_time_factor(:,index_hh)     
1112
1113!
1114!-- Error check (time out of range)
1115
1116             ELSE
1117
1118                message_string = 'The "HOUR" time-factors in the DEFAULT mode '           // &
1119                              ' are not provided for each hour of the total simulation time'     
1120                CALL message( 'chem_emissions_setup', 'CM0448', 2, 2, 0, 6, 0 ) 
1121
1122             ENDIF
1123
1124!
1125!-- Read-in MDH emissions time factors
1126
1127          ELSEIF  ( TRIM( time_fac_type ) == "MDH" )  THEN
1128
1129!
1130!-- Update time indices
1131             CALL time_default_indices( daytype_mdh, month_of_year, day_of_month,  &
1132                  hour_of_day, index_mm, index_dd,index_hh )
1133
1134!
1135!-- Check if the index is less or equal to the temporal dimension of MDH emission files
1136
1137             IF  ( ( index_hh + index_dd + index_mm) <= SIZE( emt_att%mdh_emis_time_factor(1,:) ) )  THEN
1138
1139!
1140!-- Read in corresponding time factor
1141
1142                time_factor(:) = emt_att%mdh_emis_time_factor(:,index_mm) *    &
1143                                 emt_att%mdh_emis_time_factor(:,index_dd) *    &
1144                                 emt_att%mdh_emis_time_factor(:,index_hh)
1145
1146!
1147!-- Error check (MDH time factor not provided)
1148     
1149             ELSE
1150
1151                message_string = 'The "MDH" time-factors in the DEFAULT mode '           //  &
1152                              ' are not provided for each hour/day/month  of the total simulation time'     
1153                CALL message( 'chem_emissions_setup', 'CM0449', 2, 2, 0, 6, 0 )
1154
1155             ENDIF 
1156
1157!
1158!-- Error check (no time factor defined)
1159
1160          ELSE
1161                 
1162             message_string = 'In the DEFAULT mode the time factor'           //  &
1163                              ' has to be defined in the NAMELIST'     
1164             CALL message( 'chem_emissions_setup', 'CM0450', 2, 2, 0, 6, 0 )
1165         
1166          ENDIF
1167
1168!
1169!-- PARAMETERIZED MODE
1170
1171       ELSEIF ( emiss_lod == 0 )  THEN
1172
1173
1174! for reference (ecc)
1175!       ELSEIF  ( TRIM( mode_emis ) == "PARAMETERIZED" )  THEN
1176       
1177!
1178!-- assign constant values of time factors, diurnal profile for traffic sector
1179
1180          par_emis_time_factor( : ) =  (/ 0.009, 0.004, 0.004, 0.009, 0.029, 0.039,   &
1181                                          0.056, 0.053, 0.051, 0.051, 0.052, 0.055,   &
1182                                          0.059, 0.061, 0.064, 0.067, 0.069, 0.069,   &
1183                                          0.049, 0.039, 0.039, 0.029, 0.024, 0.019 /)
1184         
1185          IF  (  .NOT.  ALLOCATED (time_factor) )  ALLOCATE (time_factor(1))
1186
1187!
1188!-- Get time-factor for specific hour
1189
1190          index_hh = hour_of_day
1191          time_factor(1) = par_emis_time_factor(index_hh)
1192
1193       ENDIF  ! emiss_lod
1194
1195       
1196!
1197!--  Emission distribution calculation
1198
1199!
1200!-- LOD 0 (PARAMETERIZED mode)
1201
1202       IF  ( emiss_lod == 0 )  THEN
1203
1204! for reference (ecc)
1205!       IF  ( TRIM( mode_emis ) == "PARAMETERIZED" )  THEN
1206
1207          DO  ispec = 1, n_matched_vars
1208
1209!
1210!-- Units are micromoles/m**2*day (or kilograms/m**2*day for PMs)
1211
1212             emis_distribution(1,nys:nyn,nxl:nxr,ispec) =            &
1213                       surface_csflux(match_spec_input(ispec)) *     &
1214                       time_factor(1) * hour_to_s
1215
1216          ENDDO 
1217
1218         
1219!
1220!-- LOD 1 (DEFAULT mode)
1221
1222
1223       ELSEIF  ( emiss_lod == 1 )  THEN
1224
1225! for referene (ecc)
1226!       ELSEIF  ( TRIM( mode_emis ) == "DEFAULT" )  THEN
1227
1228!
1229!-- Allocate array for the emission value corresponding to a specific category and time factor
1230
1231          ALLOCATE (delta_emis(nys:nyn,nxl:nxr))
1232
1233!
1234!-- Cycle over categories
1235
1236          DO  icat = 1, emt_att%ncat
1237 
1238!
1239!-- Cycle over Species:  n_matched_vars represents the number of species
1240!-- in common between the emission input data and the chemistry mechanism used
1241
1242             DO  ispec = 1, n_matched_vars
1243
1244                emis(nys:nyn,nxl:nxr) =                    &
1245                       emt(match_spec_input(ispec))%       &
1246                           default_emission_data(icat,nys+1:nyn+1,nxl+1:nxr+1)
1247
1248!
1249!-- NO
1250
1251                IF  ( TRIM(spc_names(match_spec_model(ispec))) == "NO" )  THEN
1252               
1253                   delta_emis(nys:nyn,nxl:nxr) = emis(nys:nyn,nxl:nxr) *       &         ! kg/m2/s
1254                                                 time_factor(icat) *           &
1255                                                 emt_att%nox_comp(icat,1) *    &
1256                                                 conversion_factor * hour_per_day
1257
1258                   emis_distribution(1,nys:nyn,nxl:nxr,ispec) =                &
1259                               emis_distribution(1,nys:nyn,nxl:nxr,ispec) +    &
1260                               delta_emis(nys:nyn,nxl:nxr)
1261!
1262!-- NO2
1263
1264                ELSEIF  ( TRIM(spc_names(match_spec_model(ispec))) == "NO2" )  THEN
1265
1266                   delta_emis(nys:nyn,nxl:nxr) = emis(nys:nyn,nxl:nxr) *       &         ! kg/m2/s
1267                                                 time_factor(icat) *           &
1268                                                 emt_att%nox_comp(icat,2) *    &
1269                                                 conversion_factor * hour_per_day
1270
1271                   emis_distribution(1,nys:nyn,nxl:nxr,ispec) =                &
1272                               emis_distribution(1,nys:nyn,nxl:nxr,ispec) +    &
1273                               delta_emis(nys:nyn,nxl:nxr)
1274 
1275!
1276!-- SO2
1277                ELSEIF  ( TRIM(spc_names(match_spec_model(ispec))) == "SO2" )  THEN
1278                 
1279                   delta_emis(nys:nyn,nxl:nxr) = emis(nys:nyn,nxl:nxr) *       &         ! kg/m2/s
1280                                                 time_factor(icat) *           &
1281                                                 emt_att%sox_comp(icat,1) *    &
1282                                                 conversion_factor * hour_per_day
1283
1284                   emis_distribution(1,nys:nyn,nxl:nxr,ispec) =                &
1285                               emis_distribution(1,nys:nyn,nxl:nxr,ispec) +    &
1286                               delta_emis(nys:nyn,nxl:nxr)
1287
1288!
1289!-- SO4
1290
1291                ELSEIF  ( TRIM(spc_names(match_spec_model(ispec))) == "SO4" )  THEN
1292
1293                 
1294                   delta_emis(nys:nyn,nxl:nxr) = emis(nys:nyn,nxl:nxr) *       &         ! kg/m2/s
1295                                                 time_factor(icat) *           &
1296                                                 emt_att%sox_comp(icat,2) *    &
1297                                                 conversion_factor * hour_per_day
1298
1299                   emis_distribution(1,nys:nyn,nxl:nxr,ispec) =                &
1300                               emis_distribution(1,nys:nyn,nxl:nxr,ispec) +    &
1301                               delta_emis(nys:nyn,nxl:nxr)
1302 
1303
1304!
1305!-- PM1
1306
1307                ELSEIF  ( TRIM(spc_names(match_spec_model(ispec))) == "PM1" )  THEN
1308
1309                   DO  i_pm_comp = 1, SIZE( emt_att%pm_comp(1,:,1) )   ! cycle through components
1310
1311                      delta_emis(nys:nyn,nxl:nxr) = emis(nys:nyn,nxl:nxr) *              &     ! kg/m2/s
1312                                                    time_factor(icat) *                  &
1313                                                    emt_att%pm_comp(icat,i_pm_comp,1) *  &
1314                                                    conversion_factor * hour_per_day
1315
1316                      emis_distribution(1,nys:nyn,nxl:nxr,ispec) =                       &
1317                               emis_distribution(1,nys:nyn,nxl:nxr,ispec) +              &
1318                               delta_emis(nys:nyn,nxl:nxr)
1319
1320                   ENDDO
1321
1322!
1323!-- PM2.5
1324
1325                ELSEIF  ( TRIM(spc_names(match_spec_model(ispec))) == "PM25" )  THEN
1326
1327                   DO  i_pm_comp = 1, SIZE( emt_att%pm_comp(1,:,2) )   ! cycle through components
1328
1329                      delta_emis(nys:nyn,nxl:nxr) = emis(nys:nyn,nxl:nxr) *              &     ! kg/m2/s
1330                                                    time_factor(icat) *                  &
1331                                                    emt_att%pm_comp(icat,i_pm_comp,2) *  &
1332                                                    conversion_factor * hour_per_day
1333
1334                      emis_distribution(1,nys:nyn,nxl:nxr,ispec) =                       &
1335                               emis_distribution(1,nys:nyn,nxl:nxr,ispec) +              &
1336                               delta_emis(nys:nyn,nxl:nxr)
1337 
1338                   ENDDO
1339
1340!
1341!-- PM10
1342
1343                ELSEIF  ( TRIM(spc_names(match_spec_model(ispec))) == "PM10" )  THEN
1344
1345                   DO  i_pm_comp = 1, SIZE( emt_att%pm_comp(1,:,3) )   ! cycle through components
1346
1347                      delta_emis(nys:nyn,nxl:nxr) = emis(nys:nyn,nxl:nxr) *              &     ! kg/m2/s
1348                                                    time_factor(icat)     *              &
1349                                                    emt_att%pm_comp(icat,i_pm_comp,3) *  &
1350                                                    conversion_factor * hour_per_day
1351
1352                      emis_distribution(1,nys:nyn,nxl:nxr,ispec) =                       &
1353                               emis_distribution(1,nys:nyn,nxl:nxr,ispec) +              &
1354                               delta_emis(nys:nyn,nxl:nxr) 
1355
1356                   ENDDO
1357
1358!
1359!-- VOCs
1360
1361                ELSEIF  ( SIZE( match_spec_voc_input ) > 0 )  THEN
1362
1363                   DO  ivoc = 1, SIZE( match_spec_voc_input )          ! cycle through components
1364
1365                      IF  ( TRIM(spc_names(match_spec_model(ispec))) ==                &
1366                            TRIM(emt_att%voc_name(ivoc)) )  THEN   
1367
1368                         delta_emis(nys:nyn,nxl:nxr) = emis(nys:nyn,nxl:nxr) *           &
1369                                                       time_factor(icat) *               &
1370                                                       emt_att%voc_comp(icat,match_spec_voc_input(ivoc)) *   &
1371                                                       conversion_factor * hour_per_day
1372
1373                         emis_distribution(1,nys:nyn,nxl:nxr,ispec) =                    &
1374                               emis_distribution(1,nys:nyn,nxl:nxr,ispec) +              &
1375                               delta_emis(nys:nyn,nxl:nxr) 
1376
1377                      ENDIF                       
1378
1379                   ENDDO
1380               
1381!
1382!-- any other species
1383
1384                ELSE
1385
1386                   delta_emis(nys:nyn,nxl:nxr) = emis(nys:nyn,nxl:nxr) *                 &
1387                                                 time_factor(icat) *                     &
1388                                                 conversion_factor * hour_per_day
1389 
1390                   emis_distribution(1,nys:nyn,nxl:nxr,ispec) =                          &
1391                               emis_distribution(1,nys:nyn,nxl:nxr,ispec) +              &
1392                               delta_emis(nys:nyn,nxl:nxr) 
1393
1394                ENDIF  ! TRIM spc_names
1395               
1396                emis = 0 
1397               
1398             ENDDO
1399             
1400             delta_emis = 0 
1401         
1402          ENDDO
1403
1404!
1405!-- LOD 2 (PRE-PROCESSED mode)
1406
1407       ELSEIF  ( emiss_lod == 2 )  THEN
1408
1409! for reference (ecc)
1410!       ELSEIF  ( TRIM( mode_emis ) == "PRE-PROCESSED" )  THEN
1411
1412!
1413!-- Cycle over species: n_matched_vars represents the number of species
1414!-- in common between the emission input data and the chemistry mechanism used
1415
1416          DO  ispec = 1, n_matched_vars 
1417 
1418! (ecc)   
1419             emis_distribution(1,nys:nyn,nxl:nxr,ispec) =                                &
1420                       emt(match_spec_input(ispec))%                                     &
1421                           preproc_emission_data(index_hh,1,nys+1:nyn+1,nxl+1:nxr+1) *   &
1422                       conversion_factor
1423
1424
1425!             emis_distribution(1,nys:nyn,nxl:nxr,ispec) =                                &
1426!                       emt(match_spec_input(ispec))%                                     &
1427!                           preproc_emission_data(index_hh,1,:,:) *   &
1428!                       conversion_factor
1429          ENDDO
1430
1431       ENDIF  ! emiss_lod
1432
1433       
1434!
1435!-- Cycle to transform x,y coordinates to the one of surface_mod and to assign emission values to cssws
1436
1437!
1438!-- LOD 0 (PARAMETERIZED mode)
1439!-- Units of inputs are micromoles/m2/s
1440
1441       IF  ( emiss_lod == 0 )  THEN
1442! for reference (ecc)
1443!       IF  ( TRIM( mode_emis ) == "PARAMETERIZED" )  THEN
1444
1445          IF  (street_type_f%from_file)  THEN
1446
1447!
1448!-- Streets are lsm surfaces, hence, no usm surface treatment required.
1449!-- However, urban surface may be initialized via default initialization
1450!-- in surface_mod, e.g. at horizontal urban walls that are at k == 0
1451!-- (building is lower than the first grid point). Hence, in order to
1452!-- have only emissions at streets, set the surfaces emissions to zero
1453!-- at urban walls.
1454 
1455             IF  ( surf_usm_h%ns >=1 )  surf_usm_h%cssws = 0.0_wp
1456
1457!
1458!-- Treat land-surfaces.
1459
1460             DO  m = 1, surf_lsm_h%ns
1461
1462                i = surf_lsm_h%i(m)
1463                j = surf_lsm_h%j(m)
1464                k = surf_lsm_h%k(m)
1465
1466!
1467!-- set everything to zero then reassign according to street type
1468
1469                surf_lsm_h%cssws(:,m) = 0.0_wp
1470
1471                IF  ( street_type_f%var(j,i) >= main_street_id    .AND.                  &
1472                      street_type_f%var(j,i) < max_street_id   )  THEN
1473
1474!
1475!-- Cycle over matched species
1476
1477                   DO  ispec = 1, n_matched_vars
1478
1479!
1480!-- PMs are already in kilograms
1481
1482                      IF  ( TRIM(spc_names(match_spec_model(ispec))) == "PM1"     .OR.  &
1483                            TRIM(spc_names(match_spec_model(ispec))) == "PM25"    .OR.  &
1484                            TRIM(spc_names(match_spec_model(ispec))) == "PM10" )  THEN
1485
1486!
1487!-- kg/(m^2*s) * kg/m^3
1488                         surf_lsm_h%cssws(match_spec_model(ispec),m) =                   &
1489                                   emiss_factor_main(match_spec_input(ispec)) *          &
1490                                   emis_distribution(1,j,i,ispec) *                      &     ! kg/(m^2*s)
1491                                   rho_air(k)                                                  ! kg/m^3
1492                         
1493!
1494!-- Other Species
1495!-- Inputs are micromoles
1496
1497                      ELSE
1498
1499!   
1500!-- ppm/s *m *kg/m^3               
1501                         surf_lsm_h%cssws(match_spec_model(ispec),m) =                   &
1502                                   emiss_factor_main(match_spec_input(ispec)) *          &
1503                                   emis_distribution(1,j,i,ispec) *                      &     ! micromoles/(m^2*s)
1504                                   conv_to_ratio(k,j,i) *                                &     ! m^3/Nmole     
1505                                   rho_air(k)                                                  ! kg/m^3
1506
1507                      ENDIF
1508
1509                   ENDDO  ! ispec
1510
1511
1512                ELSEIF  ( street_type_f%var(j,i) >= side_street_id   .AND.               &
1513                          street_type_f%var(j,i) < main_street_id )  THEN
1514
1515!
1516!-- Cycle over matched species
1517
1518                   DO  ispec = 1, n_matched_vars
1519
1520!
1521!-- PMs are already in kilograms
1522
1523                      IF  ( TRIM(spc_names(match_spec_model(ispec))) == "PM1"      .OR.  &
1524                            TRIM(spc_names(match_spec_model(ispec))) == "PM25"     .OR.  &
1525                            TRIM(spc_names(match_spec_model(ispec))) == "PM10" )  THEN
1526
1527!
1528!-- kg/(m^2*s) * kg/m^3
1529                         surf_lsm_h%cssws(match_spec_model(ispec),m) =                   &
1530                                   emiss_factor_side(match_spec_input(ispec)) *          &
1531                                   emis_distribution(1,j,i,ispec) *                      &     ! kg/(m^2*s)
1532                                   rho_air(k)                                                  ! kg/m^3   
1533!
1534!-- Other species
1535!-- Inputs are micromoles
1536
1537                      ELSE
1538
1539!   
1540!-- ppm/s *m *kg/m^3
1541
1542                         surf_lsm_h%cssws(match_spec_model(ispec),m) =                   &
1543                                   emiss_factor_side(match_spec_input(ispec)) *          &
1544                                   emis_distribution(1,j,i,ispec) *                      &  ! micromoles/(m^2*s)
1545                                   conv_to_ratio(k,j,i) *                                &  ! m^3/Nmole       
1546                                   rho_air(k)                                               ! kg/m^3   
1547
1548                      ENDIF
1549
1550                   ENDDO  ! ispec
1551
1552!
1553!-- If no street type is defined, then assign zero emission to all the species
1554
1555! (ecc) moved to front (for reference)
1556!                ELSE
1557!
1558!                   surf_lsm_h%cssws(:,m) = 0.0_wp
1559
1560                ENDIF  ! street type
1561
1562             ENDDO  ! m
1563
1564          ENDIF  ! street_type_f%from_file
1565
1566
1567!
1568!-- LOD 1 (DEFAULT) and LOD 2 (PRE-PROCESSED)
1569
1570
1571       ELSE   
1572       
1573
1574          DO  ispec = 1, n_matched_vars
1575                   
1576!
1577!--          Default surfaces
1578
1579             DO  m = 1, surf_def_h(0)%ns
1580
1581                i = surf_def_h(0)%i(m)
1582                j = surf_def_h(0)%j(m)
1583
1584                IF  ( emis_distribution(1,j,i,ispec) > 0.0_wp )  THEN
1585
1586!
1587!-- PMs
1588                   IF  ( TRIM(spc_names(match_spec_model(ispec))) == "PM1"     .OR.    &
1589                         TRIM(spc_names(match_spec_model(ispec))) == "PM25"    .OR.    &
1590                         TRIM(spc_names(match_spec_model(ispec))) == "PM10" )  THEN
1591               
1592                      surf_def_h(0)%cssws(match_spec_model(ispec),m) =         &     ! kg/m2/s * kg/m3
1593                               emis_distribution(1,j,i,ispec)*                 &     ! kg/m2/s
1594                               rho_air(nzb)                                          ! kg/m^3 
1595 
1596                   ELSE
1597
1598!
1599!-- VOCs
1600                      IF  ( len_index_voc > 0                                           .AND.      &
1601                            emt_att%species_name(match_spec_input(ispec)) == "VOC" )  THEN
1602
1603                         surf_def_h(0)%cssws(match_spec_model(ispec),m) =      &  ! ppm/s * m * kg/m3
1604                               emis_distribution(1,j,i,ispec) *                &  ! mole/m2/s
1605                               conv_to_ratio(nzb,j,i) *                        &  ! m^3/mole
1606                               ratio2ppm *                                     &  ! ppm
1607                               rho_air(nzb)                                       ! kg/m^3 
1608
1609
1610!
1611!-- Other species
1612
1613                      ELSE
1614
1615                         surf_def_h(0)%cssws(match_spec_model(ispec),m) =      &   ! ppm/s * m * kg/m3
1616                               emis_distribution(1,j,i,ispec) *                &   ! kg/m2/s
1617                               ( 1.0_wp / emt_att%xm(ispec) ) *                &   ! mole/kg
1618                               conv_to_ratio(nzb,j,i) *                        &   ! m^3/mole 
1619                               ratio2ppm *                                     &   ! ppm
1620                               rho_air(nzb)                                        !  kg/m^3 
1621 
1622                      ENDIF  ! VOC
1623
1624                   ENDIF  ! PM
1625
1626                ENDIF  ! emis_distribution > 0
1627
1628             ENDDO  ! m
1629         
1630!
1631!-- LSM surfaces
1632
1633             DO  m = 1, surf_lsm_h%ns
1634
1635                i = surf_lsm_h%i(m)
1636                j = surf_lsm_h%j(m)
1637                k = surf_lsm_h%k(m)
1638
1639                IF  ( emis_distribution(1,j,i,ispec) > 0.0_wp )  THEN
1640
1641!
1642!-- PMs
1643                   IF  ( TRIM(spc_names(match_spec_model(ispec))) == "PM1"     .OR.    &
1644                         TRIM(spc_names(match_spec_model(ispec))) == "PM25"    .OR.    &
1645                         TRIM(spc_names(match_spec_model(ispec))) == "PM10" )  THEN
1646
1647                      surf_lsm_h%cssws(match_spec_model(ispec),m) =            &    ! kg/m2/s * kg/m3
1648                               emis_distribution(1,j,i,ispec) *                &    ! kg/m2/s
1649                               rho_air(k)                                           ! kg/m^3
1650 
1651                   ELSE
1652
1653!
1654!-- VOCs
1655
1656                      IF  ( len_index_voc > 0                                           .AND.      &
1657                            emt_att%species_name(match_spec_input(ispec)) == "VOC" )  THEN
1658
1659                         surf_lsm_h%cssws(match_spec_model(ispec),m) =         &   ! ppm/s * m * kg/m3
1660                               emis_distribution(1,j,i,ispec) *                &   ! mole/m2/s 
1661                               conv_to_ratio(k,j,i) *                          &   ! m^3/mole
1662                               ratio2ppm *                                     &   ! ppm
1663                               rho_air(k)                                          ! kg/m^3 
1664
1665!
1666!-- Other species
1667
1668                      ELSE
1669
1670                         surf_lsm_h%cssws(match_spec_model(ispec),m) =         &   ! ppm/s * m * kg/m3
1671                               emis_distribution(1,j,i,ispec) *                &   ! kg/m2/s
1672                               ( 1.0_wp / emt_att%xm(ispec) ) *                &   ! mole/kg
1673                               conv_to_ratio(k,j,i) *                          &   ! m^3/mole
1674                               ratio2ppm *                                     &   ! ppm
1675                               rho_air(k)                                          ! kg/m^3     
1676                                                   
1677                      ENDIF  ! VOC
1678
1679                   ENDIF  ! PM
1680
1681                ENDIF  ! emis_distribution
1682
1683             ENDDO  ! m
1684
1685!
1686!-- USM surfaces
1687
1688             DO  m = 1, surf_usm_h%ns
1689
1690                i = surf_usm_h%i(m)
1691                j = surf_usm_h%j(m)
1692                k = surf_usm_h%k(m)
1693
1694                IF  ( emis_distribution(1,j,i,ispec) > 0.0_wp )  THEN
1695
1696!
1697!-- PMs
1698                   IF  ( TRIM(spc_names(match_spec_model(ispec))) == "PM1"     .OR.    &
1699                         TRIM(spc_names(match_spec_model(ispec))) == "PM25"    .OR.    &
1700                         TRIM(spc_names(match_spec_model(ispec))) == "PM10" )  THEN
1701                   
1702                      surf_usm_h%cssws(match_spec_model(ispec),m) =            &    ! kg/m2/s * kg/m3
1703                               emis_distribution(1,j,i,ispec)*                 &    ! kg/m2/s
1704                               rho_air(k)                                           ! kg/m^3
1705
1706                   ELSE
1707                     
1708!
1709!-- VOCs
1710                      IF  ( len_index_voc > 0                                         .AND.      &
1711                            emt_att%species_name(match_spec_input(ispec)) == "VOC" )  THEN
1712
1713                         surf_usm_h%cssws(match_spec_model(ispec),m) =         &   ! ppm/s * m * kg/m3
1714                               emis_distribution(1,j,i,ispec) *                &   ! m2/s
1715                               conv_to_ratio(k,j,i) *                          &   ! m^3/mole
1716                               ratio2ppm *                                     &   ! ppm
1717                               rho_air(k)                                          ! kg/m^3   
1718
1719!
1720!-- Other species
1721                      ELSE
1722
1723                         surf_usm_h%cssws(match_spec_model(ispec),m) =         &   ! ppm/s * m * kg/m3
1724                               emis_distribution(1,j,i,ispec) *                &   ! kg/m2/s
1725                               ( 1.0_wp / emt_att%xm(ispec) ) *                &   ! mole/kg
1726                               conv_to_ratio(k,j,i) *                          &   ! m^3/mole
1727                               ratio2ppm*                                      &   ! ppm
1728                               rho_air(k)                                          ! kg/m^3   
1729
1730
1731                      ENDIF  ! VOC
1732
1733                   ENDIF  ! PM
1734
1735                ENDIF  ! emis_distribution
1736 
1737             ENDDO  ! m
1738
1739          ENDDO
1740
1741       ENDIF
1742
1743!
1744!-- Deallocate time_factor in case of DEFAULT mode)
1745
1746       IF  ( ALLOCATED (time_factor) )  DEALLOCATE (time_factor)
1747
1748   ENDIF
1749
1750 END SUBROUTINE chem_emissions_setup
1751
1752 END MODULE chem_emissions_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.