source: palm/trunk/SOURCE/lpm_collision_kernels.f90 @ 1823

Last change on this file since 1823 was 1823, checked in by hoffmann, 8 years ago

last commit documented

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 38.5 KB
RevLine 
[1682]1!> @file lpm_collision_kernels.f90
[1036]2!--------------------------------------------------------------------------------!
3! This file is part of PALM.
4!
5! PALM is free software: you can redistribute it and/or modify it under the terms
6! of the GNU General Public License as published by the Free Software Foundation,
7! either version 3 of the License, or (at your option) any later version.
8!
9! PALM is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
10! WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR
11! A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for more details.
12!
13! You should have received a copy of the GNU General Public License along with
14! PALM. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
15!
[1818]16! Copyright 1997-2016 Leibniz Universitaet Hannover
[1036]17!--------------------------------------------------------------------------------!
18!
[790]19! Current revisions:
20! -----------------
[1777]21!
[1347]22!
[1321]23! Former revisions:
24! -----------------
25! $Id: lpm_collision_kernels.f90 1823 2016-04-07 08:57:52Z hoffmann $
26!
[1823]27! 1822 2016-04-07 07:49:42Z hoffmann
28! PALM kernel has been deleted.
29! Bugfix in the calculation of the turbulent enhancement factor of the
30! collection efficiency.
31!
32! Unused variables removed.
33!
[1777]34! 1776 2016-03-02 17:54:58Z hoffmann
35! Bugfix: Collection efficiencies must be calculated for the larger droplet.
36!
[1683]37! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
38! Code annotations made doxygen readable
39!
[1520]40! 1519 2015-01-08 10:20:42Z hoffmann
41! Bugfix: Using the new particle structure, particles are not sorted by size.
42! Hence, computation of collision efficiencies must ensure that the ratio of
43! two colliding droplets is < 1.
44!
[1360]45! 1359 2014-04-11 17:15:14Z hoffmann
46! New particle structure integrated.
47! Kind definition added to all floating point numbers.
48!
[1347]49! 1346 2014-03-27 13:18:20Z heinze
50! Bugfix: REAL constants provided with KIND-attribute especially in call of
51! intrinsic function like MAX, MIN, SIGN
52!
[1323]53! 1322 2014-03-20 16:38:49Z raasch
54! REAL constants defined as wp_kind
55!
[1321]56! 1320 2014-03-20 08:40:49Z
[1320]57! ONLY-attribute added to USE-statements,
58! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
59! kinds are defined in new module kinds,
60! revision history before 2012 removed,
61! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
62! all variable declaration statements
[1008]63!
[1093]64! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
65! unused variables removed
66!
[1072]67! 1071 2012-11-29 16:54:55Z franke
68! Bugfix: collision efficiencies for Hall kernel should not be < 1.0E-20
69!
[1037]70! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
71! code put under GPL (PALM 3.9)
72!
[1008]73! 1007 2012-09-19 14:30:36Z franke
[1007]74! converted all units to SI units and replaced some parameters by corresponding
75! PALM parameters
76! Bugfix: factor in calculation of enhancement factor for collision efficencies
77! changed from 10. to 1.0
[829]78!
[850]79! 849 2012-03-15 10:35:09Z raasch
80! routine collision_efficiency_rogers added (moved from former advec_particles
81! to here)
82!
[836]83! 835 2012-02-22 11:21:19Z raasch $
84! Bugfix: array diss can be used only in case of Wang kernel
85!
[829]86! 828 2012-02-21 12:00:36Z raasch
[828]87! code has been completely reformatted, routine colker renamed
88! recalculate_kernel,
89! routine init_kernels added, radius is now communicated to the collision
90! routines by array radclass
[790]91!
[828]92! Bugfix: transformation factor for dissipation changed from 1E5 to 1E4
93!
[826]94! 825 2012-02-19 03:03:44Z raasch
95! routine renamed from wang_kernel to lpm_collision_kernels,
96! turbulence_effects on collision replaced by wang_kernel
97!
[791]98! 790 2011-11-29 03:11:20Z raasch
99! initial revision
[790]100!
101! Description:
102! ------------
[1682]103!> This module calculates collision efficiencies either due to pure gravitational
104!> effects (Hall kernel, see Hall, 1980: J. Atmos. Sci., 2486-2507) or
[1822]105!> including the effects of turbulence (Wang kernel, see Wang and
106!> Grabowski, 2009: Atmos. Sci. Lett., 10, 1-8, and Ayala et al., 2008:
107!> New J. Phys., 10, 075016). The original code has been
[1682]108!> provided by L.-P. Wang but is substantially reformatted and speed optimized
109!> here.
[790]110!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]111 MODULE lpm_collision_kernels_mod
112 
[790]113
[1320]114    USE constants,                                                             &
115        ONLY:  pi
116       
117    USE kinds
118
119    USE particle_attributes,                                                   &
[1822]120        ONLY:  collision_kernel, dissipation_classes, particles,               &
121               radius_classes
[1320]122
[828]123    USE pegrid
[790]124
[828]125
[790]126    IMPLICIT NONE
127
128    PRIVATE
129
[1822]130    PUBLIC  ckernel, init_kernels, rclass_lbound, rclass_ubound,               &
131            recalculate_kernel
[790]132
[1682]133    REAL(wp) ::  epsilon       !<
134    REAL(wp) ::  rclass_lbound !<
135    REAL(wp) ::  rclass_ubound !<
136    REAL(wp) ::  urms          !<
[790]137
[1822]138    REAL(wp), DIMENSION(:),   ALLOCATABLE ::  epsclass  !< dissipation rate class
139    REAL(wp), DIMENSION(:),   ALLOCATABLE ::  radclass  !< radius class
140    REAL(wp), DIMENSION(:),   ALLOCATABLE ::  winf      !<
[1320]141   
[1822]142    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ec        !<
143    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ecf       !<
144    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  gck       !<
145    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  hkernel   !<
146    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  hwratio   !<
[1320]147   
[1822]148    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  ckernel !<
[792]149
[828]150    SAVE
[792]151
[790]152!
153!-- Public interfaces
[828]154    INTERFACE init_kernels
155       MODULE PROCEDURE init_kernels
156    END INTERFACE init_kernels
[790]157
[828]158    INTERFACE recalculate_kernel
159       MODULE PROCEDURE recalculate_kernel
160    END INTERFACE recalculate_kernel
[790]161
162
[828]163    CONTAINS
[790]164
[792]165
[828]166!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]167! Description:
168! ------------
169!> Initialization of the collision efficiency matrix with fixed radius and
170!> dissipation classes, calculated at simulation start only.
[828]171!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]172 
173    SUBROUTINE init_kernels
[792]174
[828]175       IMPLICIT NONE
[792]176
[1682]177       INTEGER(iwp) ::  i !<
178       INTEGER(iwp) ::  j !<
179       INTEGER(iwp) ::  k !<
[790]180
[828]181
182!
183!--    Calculate collision efficiencies for fixed radius- and dissipation
184!--    classes
185       IF ( collision_kernel(6:9) == 'fast' )  THEN
186
[1822]187          ALLOCATE( ckernel(1:radius_classes,1:radius_classes,                 &
188                    0:dissipation_classes), epsclass(1:dissipation_classes),   &
[828]189                    radclass(1:radius_classes) )
190
191!
192!--       Calculate the radius class bounds with logarithmic distances
193!--       in the interval [1.0E-6, 2.0E-4] m
[1322]194          rclass_lbound = LOG( 1.0E-6_wp )
195          rclass_ubound = LOG( 2.0E-4_wp )
[1822]196          radclass(1)   = EXP( rclass_lbound )
[828]197          DO  i = 2, radius_classes
198             radclass(i) = EXP( rclass_lbound +                                &
[1359]199                                ( rclass_ubound - rclass_lbound ) *            &
200                                ( i - 1.0_wp ) / ( radius_classes - 1.0_wp ) )
[828]201          ENDDO
202
203!
[1007]204!--       Set the class bounds for dissipation in interval [0.0, 0.1] m**2/s**3
[828]205          DO  i = 1, dissipation_classes
[1359]206             epsclass(i) = 0.1_wp * REAL( i, KIND=wp ) / dissipation_classes
[828]207          ENDDO
208!
209!--       Calculate collision efficiencies of the Wang/ayala kernel
210          ALLOCATE( ec(1:radius_classes,1:radius_classes),  &
211                    ecf(1:radius_classes,1:radius_classes), &
212                    gck(1:radius_classes,1:radius_classes), &
213                    winf(1:radius_classes) )
214
215          DO  k = 1, dissipation_classes
216
217             epsilon = epsclass(k)
[1359]218             urms    = 2.02_wp * ( epsilon / 0.04_wp )**( 1.0_wp / 3.0_wp )
[828]219
220             CALL turbsd
221             CALL turb_enhance_eff
222             CALL effic
223
224             DO  j = 1, radius_classes
225                DO  i = 1, radius_classes
226                   ckernel(i,j,k) = ec(i,j) * gck(i,j) * ecf(i,j)
227                ENDDO
228             ENDDO
229
230          ENDDO
231
232!
233!--       Calculate collision efficiencies of the Hall kernel
234          ALLOCATE( hkernel(1:radius_classes,1:radius_classes), &
235                    hwratio(1:radius_classes,1:radius_classes) )
236
237          CALL fallg
238          CALL effic
239
240          DO  j = 1, radius_classes
241             DO  i =  1, radius_classes
242                hkernel(i,j) = pi * ( radclass(j) + radclass(i) )**2 &
243                                  * ec(i,j) * ABS( winf(j) - winf(i) )
244                ckernel(i,j,0) = hkernel(i,j)  ! hall kernel stored on index 0
245              ENDDO
246          ENDDO
247
248!
249!--       Test output of efficiencies
250          IF ( j == -1 )  THEN
251
252             PRINT*, '*** Hall kernel'
[1359]253             WRITE ( *,'(5X,20(F4.0,1X))' ) ( radclass(i)*1.0E6_wp, &
[1007]254                                              i = 1,radius_classes )
[828]255             DO  j = 1, radius_classes
[1007]256                WRITE ( *,'(F4.0,1X,20(F8.4,1X))' ) radclass(j),  &
257                                          ( hkernel(i,j), i = 1,radius_classes )
[828]258             ENDDO
259
260             DO  k = 1, dissipation_classes
261                DO  i = 1, radius_classes
262                   DO  j = 1, radius_classes
[1359]263                      IF ( hkernel(i,j) == 0.0_wp )  THEN
264                         hwratio(i,j) = 9999999.9_wp
[828]265                      ELSE
266                         hwratio(i,j) = ckernel(i,j,k) / hkernel(i,j)
267                      ENDIF
268                   ENDDO
269                ENDDO
270
271                PRINT*, '*** epsilon = ', epsclass(k)
[1359]272                WRITE ( *,'(5X,20(F4.0,1X))' ) ( radclass(i) * 1.0E6_wp, &
[1007]273                                                 i = 1,radius_classes )
[828]274                DO  j = 1, radius_classes
[1359]275                   WRITE ( *,'(F4.0,1X,20(F8.4,1X))' ) radclass(j) * 1.0E6_wp, &
[1007]276                                          ( hwratio(i,j), i = 1,radius_classes )
[828]277                ENDDO
278             ENDDO
279
280          ENDIF
281
282          DEALLOCATE( ec, ecf, epsclass, gck, hkernel, winf )
283
284       ELSEIF( collision_kernel == 'hall'  .OR.  collision_kernel == 'wang' ) &
285       THEN
286!
287!--       Initial settings for Hall- and Wang-Kernel
288!--       To be done: move here parts from turbsd, fallg, ecoll, etc.
289       ENDIF
290
291    END SUBROUTINE init_kernels
292
293
[790]294!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]295! Description:
296! ------------
297!> Calculation of collision kernels during each timestep and for each grid box
[790]298!------------------------------------------------------------------------------!
[828]299    SUBROUTINE recalculate_kernel( i1, j1, k1 )
[790]300
[1320]301       USE arrays_3d,                                                          &
302           ONLY:  diss
[790]303
[1320]304       USE particle_attributes,                                                &
[1359]305           ONLY:  prt_count, radius_classes, wang_kernel
[1320]306
[790]307       IMPLICIT NONE
308
[1682]309       INTEGER(iwp) ::  i      !<
310       INTEGER(iwp) ::  i1     !<
311       INTEGER(iwp) ::  j      !<
312       INTEGER(iwp) ::  j1     !<
313       INTEGER(iwp) ::  k1     !<
314       INTEGER(iwp) ::  pend   !<
315       INTEGER(iwp) ::  pstart !<
[790]316
317
[1359]318       pstart = 1
319       pend   = prt_count(k1,j1,i1)
[828]320       radius_classes = prt_count(k1,j1,i1)
[792]321
[828]322       ALLOCATE( ec(1:radius_classes,1:radius_classes), &
323                 radclass(1:radius_classes), winf(1:radius_classes) )
[790]324
[828]325!
[1007]326!--    Store particle radii on the radclass array
327       radclass(1:radius_classes) = particles(pstart:pend)%radius
[790]328
[835]329       IF ( wang_kernel )  THEN
[1007]330          epsilon = diss(k1,j1,i1)   ! dissipation rate in m**2/s**3
[835]331       ELSE
[1359]332          epsilon = 0.0_wp
[835]333       ENDIF
[1359]334       urms    = 2.02_wp * ( epsilon / 0.04_wp )**( 0.33333333333_wp )
[790]335
[1359]336       IF ( wang_kernel  .AND.  epsilon > 1.0E-7_wp )  THEN
[828]337!
338!--       Call routines to calculate efficiencies for the Wang kernel
339          ALLOCATE( gck(1:radius_classes,1:radius_classes), &
340                    ecf(1:radius_classes,1:radius_classes) )
[790]341
[828]342          CALL turbsd
343          CALL turb_enhance_eff
344          CALL effic
[790]345
[828]346          DO  j = 1, radius_classes
347             DO  i =  1, radius_classes
348                ckernel(pstart+i-1,pstart+j-1,1) = ec(i,j) * gck(i,j) * ecf(i,j)
[790]349             ENDDO
[828]350          ENDDO
[790]351
[828]352          DEALLOCATE( gck, ecf )
[790]353
354       ELSE
[828]355!
356!--       Call routines to calculate efficiencies for the Hall kernel
[790]357          CALL fallg
358          CALL effic
359
[828]360          DO  j = 1, radius_classes
361             DO  i =  1, radius_classes
362                ckernel(pstart+i-1,pstart+j-1,1) = pi *                       &
363                                          ( radclass(j) + radclass(i) )**2    &
364                                          * ec(i,j) * ABS( winf(j) - winf(i) )
[790]365             ENDDO
366          ENDDO
367
368       ENDIF
369
[828]370       DEALLOCATE( ec, radclass, winf )
[790]371
[828]372    END SUBROUTINE recalculate_kernel
[790]373
[828]374
[790]375!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]376! Description:
377! ------------
[1822]378!> Calculation of effects of turbulence on the geometric collision kernel
379!> (by including the droplets' average radial relative velocities and their
380!> radial distribution function) following the analytic model by Aayala et al.
381!> (2008, New J. Phys.). For details check the second part 2 of the publication,
382!> page 37ff.
383!>
384!> Input parameters, which need to be replaced by PALM parameters:
385!>    water density, air density
[790]386!------------------------------------------------------------------------------!
[792]387    SUBROUTINE turbsd
[799]388
[1320]389       USE control_parameters,                                                 &
390           ONLY:  g, molecular_viscosity
391   
392       USE particle_attributes,                                                &
393           ONLY:  radius_classes
[790]394
395       IMPLICIT NONE
396
[1682]397       INTEGER(iwp) ::  i     !<
398       INTEGER(iwp) ::  j     !<
[790]399
[1682]400       REAL(wp) ::  ao        !<
401       REAL(wp) ::  ao_gr     !<
402       REAL(wp) ::  bbb       !<
403       REAL(wp) ::  be        !<
404       REAL(wp) ::  b1        !<
405       REAL(wp) ::  b2        !<
406       REAL(wp) ::  ccc       !<
407       REAL(wp) ::  c1        !<
408       REAL(wp) ::  c1_gr     !<
409       REAL(wp) ::  c2        !<
410       REAL(wp) ::  d1        !<
411       REAL(wp) ::  d2        !<
412       REAL(wp) ::  eta       !<
413       REAL(wp) ::  e1        !<
414       REAL(wp) ::  e2        !<
415       REAL(wp) ::  fao_gr    !<
416       REAL(wp) ::  fr        !<
417       REAL(wp) ::  grfin     !<
418       REAL(wp) ::  lambda    !<
419       REAL(wp) ::  lambda_re !<
420       REAL(wp) ::  lf        !<
421       REAL(wp) ::  rc        !<
422       REAL(wp) ::  rrp       !<
423       REAL(wp) ::  sst       !<
424       REAL(wp) ::  tauk      !<
425       REAL(wp) ::  tl        !<
426       REAL(wp) ::  t2        !<
427       REAL(wp) ::  tt        !<
428       REAL(wp) ::  t1        !<
429       REAL(wp) ::  vk        !<
430       REAL(wp) ::  vrms1xy   !<
431       REAL(wp) ::  vrms2xy   !<
432       REAL(wp) ::  v1        !<
433       REAL(wp) ::  v1v2xy    !<
434       REAL(wp) ::  v1xysq    !<
435       REAL(wp) ::  v2        !<
436       REAL(wp) ::  v2xysq    !<
437       REAL(wp) ::  wrfin     !<
438       REAL(wp) ::  wrgrav2   !<
439       REAL(wp) ::  wrtur2xy  !<
440       REAL(wp) ::  xx        !<
441       REAL(wp) ::  yy        !<
442       REAL(wp) ::  z         !<
[790]443
[1822]444       REAL(wp), DIMENSION(1:radius_classes) ::  st  !< Stokes number
445       REAL(wp), DIMENSION(1:radius_classes) ::  tau !< inertial time scale
[790]446
[1822]447       lambda    = urms * SQRT( 15.0_wp * molecular_viscosity / epsilon )
[1322]448       lambda_re = urms**2 * SQRT( 15.0_wp / epsilon / molecular_viscosity )
[1822]449       tl        = urms**2 / epsilon
450       lf        = 0.5_wp * urms**3 / epsilon
451       tauk      = SQRT( molecular_viscosity / epsilon )
452       eta       = ( molecular_viscosity**3 / epsilon )**0.25_wp
[1007]453       vk        = eta / tauk
[790]454
[1359]455       ao = ( 11.0_wp + 7.0_wp * lambda_re ) / ( 205.0_wp + lambda_re )
[1822]456       tt = SQRT( 2.0_wp * lambda_re / ( SQRT( 15.0_wp ) * ao ) ) * tauk
[799]457
[1822]458!
459!--    Get terminal velocity of droplets
460       CALL fallg
[790]461
[828]462       DO  i = 1, radius_classes
[1822]463          tau(i) = winf(i) / g    ! inertial time scale
464          st(i)  = tau(i) / tauk  ! Stokes number
[790]465       ENDDO
466
[828]467!
[1822]468!--    Calculate average radial relative velocity at contact (wrfin)
[828]469       z   = tt / tl
[1322]470       be  = SQRT( 2.0_wp ) * lambda / lf
[1359]471       bbb = SQRT( 1.0_wp - 2.0_wp * be**2 )
472       d1  = ( 1.0_wp + bbb ) / ( 2.0_wp * bbb )
[1822]473       e1  = lf * ( 1.0_wp + bbb ) * 0.5_wp
[1359]474       d2  = ( 1.0_wp - bbb ) * 0.5_wp / bbb
[1822]475       e2  = lf * ( 1.0_wp - bbb ) * 0.5_wp
[1359]476       ccc = SQRT( 1.0_wp - 2.0_wp * z**2 )
477       b1  = ( 1.0_wp + ccc ) * 0.5_wp / ccc
[1822]478       c1  = tl * ( 1.0_wp + ccc ) * 0.5_wp
[1359]479       b2  = ( 1.0_wp - ccc ) * 0.5_wp / ccc
[1822]480       c2  = tl * ( 1.0_wp - ccc ) * 0.5_wp
[790]481
[828]482       DO  i = 1, radius_classes
[790]483
[1822]484          v1 = winf(i)
485          t1 = tau(i)
[790]486
[828]487          DO  j = 1, i
[1007]488             rrp = radclass(i) + radclass(j)
[1822]489             v2  = winf(j)
490             t2  = tau(j)
[790]491
[1007]492             v1xysq  = b1 * d1 * phi_w(c1,e1,v1,t1) - b1 * d2 * phi_w(c1,e2,v1,t1) &
493                     - b2 * d1 * phi_w(c2,e1,v1,t1) + b2 * d2 * phi_w(c2,e2,v1,t1)
[1822]494             v1xysq  = v1xysq * urms**2 / t1
495             vrms1xy = SQRT( v1xysq )
[790]496
[1007]497             v2xysq  = b1 * d1 * phi_w(c1,e1,v2,t2) - b1 * d2 * phi_w(c1,e2,v2,t2) &
498                     - b2 * d1 * phi_w(c2,e1,v2,t2) + b2 * d2 * phi_w(c2,e2,v2,t2)
[1822]499             v2xysq  = v2xysq * urms**2 / t2
500             vrms2xy = SQRT( v2xysq )
[790]501
[828]502             IF ( winf(i) >= winf(j) )  THEN
[799]503                v1 = winf(i)
[790]504                t1 = tau(i)
[799]505                v2 = winf(j)
[790]506                t2 = tau(j)
507             ELSE
[799]508                v1 = winf(j)
[790]509                t1 = tau(j)
[799]510                v2 = winf(i)
[790]511                t2 = tau(i)
512             ENDIF
513
[828]514             v1v2xy   =  b1 * d1 * zhi(c1,e1,v1,t1,v2,t2) - &
515                         b1 * d2 * zhi(c1,e2,v1,t1,v2,t2) - &
516                         b2 * d1 * zhi(c2,e1,v1,t1,v2,t2) + &
517                         b2 * d2* zhi(c2,e2,v1,t1,v2,t2)
518             fr       = d1 * EXP( -rrp / e1 ) - d2 * EXP( -rrp / e2 )
[1822]519             v1v2xy   = v1v2xy * fr * urms**2 / tau(i) / tau(j)
520             wrtur2xy = vrms1xy**2 + vrms2xy**2 - 2.0_wp * v1v2xy
[1359]521             IF ( wrtur2xy < 0.0_wp )  wrtur2xy = 0.0_wp
[1322]522             wrgrav2  = pi / 8.0_wp * ( winf(j) - winf(i) )**2
[1822]523             wrfin    = SQRT( ( 2.0_wp / pi ) * ( wrtur2xy + wrgrav2) )
[790]524
[828]525!
[1822]526!--          Calculate radial distribution function (grfin)
[828]527             IF ( st(j) > st(i) )  THEN
528                sst = st(j)
[790]529             ELSE
[828]530                sst = st(i)
[790]531             ENDIF
532
[1359]533             xx = -0.1988_wp * sst**4 + 1.5275_wp * sst**3 - 4.2942_wp *       &
534                   sst**2 + 5.3406_wp * sst
535             IF ( xx < 0.0_wp )  xx = 0.0_wp
536             yy = 0.1886_wp * EXP( 20.306_wp / lambda_re )
[790]537
[1007]538             c1_gr  =  xx / ( g / vk * tauk )**yy
[790]539
[1322]540             ao_gr  = ao + ( pi / 8.0_wp) * ( g / vk * tauk )**2
[1359]541             fao_gr = 20.115_wp * SQRT( ao_gr / lambda_re )
[1822]542             rc     = SQRT( fao_gr * ABS( st(j) - st(i) ) ) * eta
[790]543
[1359]544             grfin  = ( ( eta**2 + rc**2 ) / ( rrp**2 + rc**2) )**( c1_gr*0.5_wp )
545             IF ( grfin < 1.0_wp )  grfin = 1.0_wp
[790]546
[1822]547!
548!--          Calculate general collection kernel (without the consideration of
549!--          collection efficiencies)
550             gck(i,j) = 2.0_wp * pi * rrp**2 * wrfin * grfin
[790]551             gck(j,i) = gck(i,j)
552
553          ENDDO
554       ENDDO
555
[828]556    END SUBROUTINE turbsd
[790]557
[1320]558    REAL(wp) FUNCTION phi_w( a, b, vsett, tau0 )
[1822]559!
560!--    Function used in the Ayala et al. (2008) analytical model for turbulent
561!--    effects on the collision kernel
[790]562       IMPLICIT NONE
563
[1682]564       REAL(wp) ::  a     !<
565       REAL(wp) ::  aa1   !<
566       REAL(wp) ::  b     !<
567       REAL(wp) ::  tau0  !<
568       REAL(wp) ::  vsett !<
[790]569
[1359]570       aa1 = 1.0_wp / tau0 + 1.0_wp / a + vsett / b
[1822]571       phi_w = 1.0_wp / aa1  - 0.5_wp * vsett / b / aa1**2
[790]572
[1007]573    END FUNCTION phi_w
[792]574
[1320]575    REAL(wp) FUNCTION zhi( a, b, vsett1, tau1, vsett2, tau2 )
[1822]576!
577!--    Function used in the Ayala et al. (2008) analytical model for turbulent
578!--    effects on the collision kernel
[790]579       IMPLICIT NONE
580
[1682]581       REAL(wp) ::  a      !<
582       REAL(wp) ::  aa1    !<
583       REAL(wp) ::  aa2    !<
584       REAL(wp) ::  aa3    !<
585       REAL(wp) ::  aa4    !<
586       REAL(wp) ::  aa5    !<
587       REAL(wp) ::  aa6    !<
588       REAL(wp) ::  b      !<
589       REAL(wp) ::  tau1   !<
590       REAL(wp) ::  tau2   !<
591       REAL(wp) ::  vsett1 !<
592       REAL(wp) ::  vsett2 !<
[790]593
[1359]594       aa1 = vsett2 / b - 1.0_wp / tau2 - 1.0_wp / a
595       aa2 = vsett1 / b + 1.0_wp / tau1 + 1.0_wp / a
596       aa3 = ( vsett1 - vsett2 ) / b + 1.0_wp / tau1 + 1.0_wp / tau2
597       aa4 = ( vsett2 / b )**2 - ( 1.0_wp / tau2 + 1.0_wp / a )**2
598       aa5 = vsett2 / b + 1.0_wp / tau2 + 1.0_wp / a
599       aa6 = 1.0_wp / tau1 - 1.0_wp / a + ( 1.0_wp / tau2 + 1.0_wp / a) *      &
600             vsett1 / vsett2
601       zhi = (1.0_wp / aa1 - 1.0_wp / aa2 ) * ( vsett1 - vsett2 ) * 0.5_wp /   &
602             b / aa3**2 + ( 4.0_wp / aa4 - 1.0_wp / aa5**2 - 1.0_wp / aa1**2 ) &
603             * vsett2 * 0.5_wp / b /aa6 + ( 2.0_wp * ( b / aa2 - b / aa1 ) -   &
[1822]604             vsett1 / aa2**2 + vsett2 / aa1**2 ) * 0.5_wp / b / aa3
[799]605
[828]606    END FUNCTION zhi
[790]607
[828]608
[790]609!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]610! Description:
611! ------------
[1822]612!> Parameterization of terminal velocity following Rogers et al. (1993, J. Appl.
613!> Meteorol.)
[790]614!------------------------------------------------------------------------------!
[828]615    SUBROUTINE fallg
[790]616
[1320]617       USE particle_attributes,                                                &
618           ONLY:  radius_classes
[790]619
[828]620       IMPLICIT NONE
[790]621
[1822]622       INTEGER(iwp) ::  j                            !<
[790]623
[1822]624       REAL(wp), PARAMETER ::  k_cap_rog = 4.0_wp    !< parameter
625       REAL(wp), PARAMETER ::  k_low_rog = 12.0_wp   !< parameter
626       REAL(wp), PARAMETER ::  a_rog     = 9.65_wp   !< parameter
627       REAL(wp), PARAMETER ::  b_rog     = 10.43_wp  !< parameter
628       REAL(wp), PARAMETER ::  c_rog     = 0.6_wp    !< parameter
629       REAL(wp), PARAMETER ::  d0_rog    = 0.745_wp  !< seperation diameter
[790]630
[1822]631       REAL(wp)            ::  diameter              !< droplet diameter in mm
[790]632
[799]633
[828]634       DO  j = 1, radius_classes
[790]635
[1822]636          diameter = radclass(j) * 2000.0_wp
[799]637
[1822]638          IF ( diameter <= d0_rog )  THEN
639             winf(j) = k_cap_rog * diameter * ( 1.0_wp -                       &
640                                                EXP( -k_low_rog * diameter ) )
641          ELSE
642             winf(j) = a_rog - b_rog * EXP( -c_rog * diameter )
[828]643          ENDIF
[790]644
[828]645       ENDDO
[790]646
[828]647    END SUBROUTINE fallg
[790]648
[828]649
[790]650!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]651! Description:
652! ------------
[1822]653!> Interpolation of collision efficiencies (Hall, 1980, J. Atmos. Sci.)
[790]654!------------------------------------------------------------------------------!
[828]655    SUBROUTINE effic
[1320]656 
657       USE particle_attributes,                                                &
658           ONLY:  radius_classes
[790]659
[828]660       IMPLICIT NONE
[790]661
[1682]662       INTEGER(iwp) ::  i  !<
663       INTEGER(iwp) ::  iq !<
664       INTEGER(iwp) ::  ir !<
665       INTEGER(iwp) ::  j  !<
666       INTEGER(iwp) ::  k  !<
[790]667
[1682]668       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ira !<
[790]669
[1682]670       LOGICAL, SAVE ::  first = .TRUE. !<
[790]671
[1682]672       REAL(wp) ::  ek              !<
673       REAL(wp) ::  particle_radius !<
674       REAL(wp) ::  pp              !<
675       REAL(wp) ::  qq              !<
676       REAL(wp) ::  rq              !<
[790]677
[1682]678       REAL(wp), DIMENSION(1:21), SAVE ::  rat        !<
[1320]679       
[1682]680       REAL(wp), DIMENSION(1:15), SAVE ::  r0         !<
[1320]681       
[1682]682       REAL(wp), DIMENSION(1:15,1:21), SAVE ::  ecoll !<
[790]683
[792]684!
[828]685!--    Initial assignment of constants
686       IF ( first )  THEN
[790]687
[792]688         first = .FALSE.
[1822]689         r0  = (/   6.0_wp,   8.0_wp,  10.0_wp, 15.0_wp,  20.0_wp,  25.0_wp,   &
690                   30.0_wp,  40.0_wp,  50.0_wp, 60.0_wp,  70.0_wp, 100.0_wp,   &
[1359]691                  150.0_wp, 200.0_wp, 300.0_wp /)
[790]692
[1822]693         rat = (/ 0.00_wp, 0.05_wp, 0.10_wp, 0.15_wp, 0.20_wp, 0.25_wp,        &
694                  0.30_wp, 0.35_wp, 0.40_wp, 0.45_wp, 0.50_wp, 0.55_wp,        &
695                  0.60_wp, 0.65_wp, 0.70_wp, 0.75_wp, 0.80_wp, 0.85_wp,        &
[1359]696                  0.90_wp, 0.95_wp, 1.00_wp /)
697
[1822]698         ecoll(:,1)  = (/ 0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp,    &
699                          0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp,    &
[1359]700                          0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp /)
[1822]701         ecoll(:,2)  = (/ 0.003_wp, 0.003_wp, 0.003_wp, 0.004_wp, 0.005_wp,    &
702                          0.005_wp, 0.005_wp, 0.010_wp, 0.100_wp, 0.050_wp,    &
[1359]703                          0.200_wp, 0.500_wp, 0.770_wp, 0.870_wp, 0.970_wp /)
[1822]704         ecoll(:,3)  = (/ 0.007_wp, 0.007_wp, 0.007_wp, 0.008_wp, 0.009_wp,    &
705                          0.010_wp, 0.010_wp, 0.070_wp, 0.400_wp, 0.430_wp,    &
[1359]706                          0.580_wp, 0.790_wp, 0.930_wp, 0.960_wp, 1.000_wp /)
[1822]707         ecoll(:,4)  = (/ 0.009_wp, 0.009_wp, 0.009_wp, 0.012_wp, 0.015_wp,    &
708                          0.010_wp, 0.020_wp, 0.280_wp, 0.600_wp, 0.640_wp,    &
[1359]709                          0.750_wp, 0.910_wp, 0.970_wp, 0.980_wp, 1.000_wp /)
[1822]710         ecoll(:,5)  = (/ 0.014_wp, 0.014_wp, 0.014_wp, 0.015_wp, 0.016_wp,    &
711                          0.030_wp, 0.060_wp, 0.500_wp, 0.700_wp, 0.770_wp,    &
[1359]712                          0.840_wp, 0.950_wp, 0.970_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]713         ecoll(:,6)  = (/ 0.017_wp, 0.017_wp, 0.017_wp, 0.020_wp, 0.022_wp,    &
714                          0.060_wp, 0.100_wp, 0.620_wp, 0.780_wp, 0.840_wp,    &
[1359]715                          0.880_wp, 0.950_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]716         ecoll(:,7)  = (/ 0.030_wp, 0.030_wp, 0.024_wp, 0.022_wp, 0.032_wp,    &
717                          0.062_wp, 0.200_wp, 0.680_wp, 0.830_wp, 0.870_wp,    &
[1359]718                          0.900_wp, 0.950_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]719         ecoll(:,8)  = (/ 0.025_wp, 0.025_wp, 0.025_wp, 0.036_wp, 0.043_wp,    &
720                          0.130_wp, 0.270_wp, 0.740_wp, 0.860_wp, 0.890_wp,    &
[1359]721                          0.920_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]722         ecoll(:,9)  = (/ 0.027_wp, 0.027_wp, 0.027_wp, 0.040_wp, 0.052_wp,    &
723                          0.200_wp, 0.400_wp, 0.780_wp, 0.880_wp, 0.900_wp,    &
[1359]724                          0.940_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]725         ecoll(:,10) = (/ 0.030_wp, 0.030_wp, 0.030_wp, 0.047_wp, 0.064_wp,    &
726                          0.250_wp, 0.500_wp, 0.800_wp, 0.900_wp, 0.910_wp,    &
[1359]727                          0.950_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]728         ecoll(:,11) = (/ 0.040_wp, 0.040_wp, 0.033_wp, 0.037_wp, 0.068_wp,    &
729                          0.240_wp, 0.550_wp, 0.800_wp, 0.900_wp, 0.910_wp,    &
[1359]730                          0.950_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]731         ecoll(:,12) = (/ 0.035_wp, 0.035_wp, 0.035_wp, 0.055_wp, 0.079_wp,    &
732                          0.290_wp, 0.580_wp, 0.800_wp, 0.900_wp, 0.910_wp,    &
[1359]733                          0.950_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]734         ecoll(:,13) = (/ 0.037_wp, 0.037_wp, 0.037_wp, 0.062_wp, 0.082_wp,    &
735                          0.290_wp, 0.590_wp, 0.780_wp, 0.900_wp, 0.910_wp,    &
[1359]736                          0.950_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]737         ecoll(:,14) = (/ 0.037_wp, 0.037_wp, 0.037_wp, 0.060_wp, 0.080_wp,    &
738                          0.290_wp, 0.580_wp, 0.770_wp, 0.890_wp, 0.910_wp,    &
[1359]739                          0.950_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]740         ecoll(:,15) = (/ 0.037_wp, 0.037_wp, 0.037_wp, 0.041_wp, 0.075_wp,    &
741                          0.250_wp, 0.540_wp, 0.760_wp, 0.880_wp, 0.920_wp,    &
[1359]742                          0.950_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]743         ecoll(:,16) = (/ 0.037_wp, 0.037_wp, 0.037_wp, 0.052_wp, 0.067_wp,    &
744                          0.250_wp, 0.510_wp, 0.770_wp, 0.880_wp, 0.930_wp,    &
[1359]745                          0.970_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]746         ecoll(:,17) = (/ 0.037_wp, 0.037_wp, 0.037_wp, 0.047_wp, 0.057_wp,    &
747                          0.250_wp, 0.490_wp, 0.770_wp, 0.890_wp, 0.950_wp,    &
[1359]748                          1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]749         ecoll(:,18) = (/ 0.036_wp, 0.036_wp, 0.036_wp, 0.042_wp, 0.048_wp,    &
750                          0.230_wp, 0.470_wp, 0.780_wp, 0.920_wp, 1.000_wp,    &
[1359]751                          1.020_wp, 1.020_wp, 1.020_wp, 1.020_wp, 1.020_wp /)
[1822]752         ecoll(:,19) = (/ 0.040_wp, 0.040_wp, 0.035_wp, 0.033_wp, 0.040_wp,    &
753                          0.112_wp, 0.450_wp, 0.790_wp, 1.010_wp, 1.030_wp,    &
[1359]754                          1.040_wp, 1.040_wp, 1.040_wp, 1.040_wp, 1.040_wp /)
[1822]755         ecoll(:,20) = (/ 0.033_wp, 0.033_wp, 0.033_wp, 0.033_wp, 0.033_wp,    &
756                          0.119_wp, 0.470_wp, 0.950_wp, 1.300_wp, 1.700_wp,    &
[1359]757                          2.300_wp, 2.300_wp, 2.300_wp, 2.300_wp, 2.300_wp /)
[1822]758         ecoll(:,21) = (/ 0.027_wp, 0.027_wp, 0.027_wp, 0.027_wp, 0.027_wp,    &
759                          0.125_wp, 0.520_wp, 1.400_wp, 2.300_wp, 3.000_wp,    &
[1359]760                          4.000_wp, 4.000_wp, 4.000_wp, 4.000_wp, 4.000_wp /)
[828]761       ENDIF
[790]762
[792]763!
[828]764!--    Calculate the radius class index of particles with respect to array r
[1822]765!--    Radius has to be in microns
[828]766       ALLOCATE( ira(1:radius_classes) )
767       DO  j = 1, radius_classes
[1322]768          particle_radius = radclass(j) * 1.0E6_wp
[828]769          DO  k = 1, 15
770             IF ( particle_radius < r0(k) )  THEN
771                ira(j) = k
772                EXIT
773             ENDIF
774          ENDDO
775          IF ( particle_radius >= r0(15) )  ira(j) = 16
776       ENDDO
[790]777
[792]778!
[828]779!--    Two-dimensional linear interpolation of the collision efficiency.
[1822]780!--    Radius has to be in microns
[828]781       DO  j = 1, radius_classes
782          DO  i = 1, j
[792]783
[828]784             ir = ira(j)
[1519]785             rq = MIN( radclass(i) / radclass(j), radclass(j) / radclass(i) )
[828]786             iq = INT( rq * 20 ) + 1
787             iq = MAX( iq , 2)
[792]788
[828]789             IF ( ir < 16 )  THEN
790                IF ( ir >= 2 )  THEN
[1822]791                   pp = ( ( MAX( radclass(j), radclass(i) ) * 1.0E6_wp ) -     &
792                          r0(ir-1) ) / ( r0(ir) - r0(ir-1) )
[1359]793                   qq = ( rq - rat(iq-1) ) / ( rat(iq) - rat(iq-1) )
794                   ec(j,i) = ( 1.0_wp - pp ) * ( 1.0_wp - qq )                 &
795                             * ecoll(ir-1,iq-1)                                &
796                             + pp * ( 1.0_wp - qq ) * ecoll(ir,iq-1)           &
797                             + qq * ( 1.0_wp - pp ) * ecoll(ir-1,iq)           &
[828]798                             + pp * qq * ecoll(ir,iq)
799                ELSE
800                   qq = ( rq - rat(iq-1) ) / ( rat(iq) - rat(iq-1) )
[1359]801                   ec(j,i) = ( 1.0_wp - qq ) * ecoll(1,iq-1) + qq * ecoll(1,iq)
[828]802                ENDIF
803             ELSE
804                qq = ( rq - rat(iq-1) ) / ( rat(iq) - rat(iq-1) )
[1359]805                ek = ( 1.0_wp - qq ) * ecoll(15,iq-1) + qq * ecoll(15,iq)
[1346]806                ec(j,i) = MIN( ek, 1.0_wp )
[1071]807             ENDIF
[792]808
[1359]809             IF ( ec(j,i) < 1.0E-20_wp )  ec(j,i) = 0.0_wp
[1071]810
[828]811             ec(i,j) = ec(j,i)
[792]812
[828]813          ENDDO
814       ENDDO
[792]815
[828]816       DEALLOCATE( ira )
[792]817
[828]818    END SUBROUTINE effic
[792]819
820
[790]821!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]822! Description:
823! ------------
[1822]824!> Interpolation of turbulent enhancement factor for collision efficencies
825!> following Wang and Grabowski (2009, Atmos. Sci. Let.)
[790]826!------------------------------------------------------------------------------!
[828]827    SUBROUTINE turb_enhance_eff
[790]828
[1320]829       USE particle_attributes,                                                &
830           ONLY:  radius_classes
[790]831
[828]832       IMPLICIT NONE
[790]833
[1682]834       INTEGER(iwp) :: i  !<
835       INTEGER(iwp) :: iq !<
836       INTEGER(iwp) :: ir !<
837       INTEGER(iwp) :: j  !<
838       INTEGER(iwp) :: k  !<
839       INTEGER(iwp) :: kk !<
[790]840
[1682]841       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ira !<
[1320]842       
[1682]843       LOGICAL, SAVE ::  first = .TRUE. !<
[790]844
[1682]845       REAL(wp) ::  particle_radius !<
846       REAL(wp) ::  pp              !<
847       REAL(wp) ::  qq              !<
848       REAL(wp) ::  rq              !<
849       REAL(wp) ::  y1              !<
850       REAL(wp) ::  y2              !<
851       REAL(wp) ::  y3              !<
[790]852
[1682]853       REAL(wp), DIMENSION(1:11), SAVE ::  rat           !<
854       REAL(wp), DIMENSION(1:7), SAVE  ::  r0            !<
[1320]855       
[1682]856       REAL(wp), DIMENSION(1:7,1:11), SAVE ::  ecoll_100 !<
857       REAL(wp), DIMENSION(1:7,1:11), SAVE ::  ecoll_400 !<
[799]858
859!
[828]860!--    Initial assignment of constants
861       IF ( first )  THEN
[799]862
[828]863          first = .FALSE.
[799]864
[1359]865          r0  = (/  10.0_wp, 20.0_wp, 30.0_wp, 40.0_wp, 50.0_wp, 60.0_wp,  &
866                   100.0_wp /)
867
868          rat = (/ 0.0_wp, 0.1_wp, 0.2_wp, 0.3_wp, 0.4_wp, 0.5_wp, 0.6_wp, &
869                   0.7_wp, 0.8_wp, 0.9_wp, 1.0_wp /)
[828]870!
[1822]871!--       Tabulated turbulent enhancement factor at 100 cm**2/s**3
[1359]872          ecoll_100(:,1)  = (/  1.74_wp,   1.74_wp,   1.773_wp, 1.49_wp,  &
873                                1.207_wp,  1.207_wp,  1.0_wp /)
874          ecoll_100(:,2)  = (/  1.46_wp,   1.46_wp,   1.421_wp, 1.245_wp, &
875                                1.069_wp,  1.069_wp,  1.0_wp /)
876          ecoll_100(:,3)  = (/  1.32_wp,   1.32_wp,   1.245_wp, 1.123_wp, &
877                                1.000_wp,  1.000_wp,  1.0_wp /)
878          ecoll_100(:,4)  = (/  1.250_wp,  1.250_wp,  1.148_wp, 1.087_wp, &
879                                1.025_wp,  1.025_wp,  1.0_wp /)
880          ecoll_100(:,5)  = (/  1.186_wp,  1.186_wp,  1.066_wp, 1.060_wp, &
881                                1.056_wp,  1.056_wp,  1.0_wp /)
882          ecoll_100(:,6)  = (/  1.045_wp,  1.045_wp,  1.000_wp, 1.014_wp, &
883                                1.028_wp,  1.028_wp,  1.0_wp /)
884          ecoll_100(:,7)  = (/  1.070_wp,  1.070_wp,  1.030_wp, 1.038_wp, &
885                                1.046_wp,  1.046_wp,  1.0_wp /)
886          ecoll_100(:,8)  = (/  1.000_wp,  1.000_wp,  1.054_wp, 1.042_wp, &
887                                1.029_wp,  1.029_wp,  1.0_wp /)
888          ecoll_100(:,9)  = (/  1.223_wp,  1.223_wp,  1.117_wp, 1.069_wp, &
889                                1.021_wp,  1.021_wp,  1.0_wp /)
890          ecoll_100(:,10) = (/  1.570_wp,  1.570_wp,  1.244_wp, 1.166_wp, &
891                                1.088_wp,  1.088_wp,  1.0_wp /)
[1822]892          ecoll_100(:,11) = (/ 20.3_wp,   20.3_wp,   14.6_wp,   8.61_wp,  &
[1359]893                                2.60_wp,   2.60_wp,   1.0_wp /)
[828]894!
[1822]895!--       Tabulated turbulent enhancement factor at 400 cm**2/s**3
[1359]896          ecoll_400(:,1)  = (/  4.976_wp,  4.976_wp,  3.593_wp,  2.519_wp, &
897                                1.445_wp,  1.445_wp,  1.0_wp /)
898          ecoll_400(:,2)  = (/  2.984_wp,  2.984_wp,  2.181_wp,  1.691_wp, &
899                                1.201_wp,  1.201_wp,  1.0_wp /)
900          ecoll_400(:,3)  = (/  1.988_wp,  1.988_wp,  1.475_wp,  1.313_wp, &
901                                1.150_wp,  1.150_wp,  1.0_wp /)
902          ecoll_400(:,4)  = (/  1.490_wp,  1.490_wp,  1.187_wp,  1.156_wp, &
903                                1.126_wp,  1.126_wp,  1.0_wp /)
904          ecoll_400(:,5)  = (/  1.249_wp,  1.249_wp,  1.088_wp,  1.090_wp, &
905                                1.092_wp,  1.092_wp,  1.0_wp /)
906          ecoll_400(:,6)  = (/  1.139_wp,  1.139_wp,  1.130_wp,  1.091_wp, &
907                                1.051_wp,  1.051_wp,  1.0_wp /)
908          ecoll_400(:,7)  = (/  1.220_wp,  1.220_wp,  1.190_wp,  1.138_wp, &
909                                1.086_wp,  1.086_wp,  1.0_wp /)
910          ecoll_400(:,8)  = (/  1.325_wp,  1.325_wp,  1.267_wp,  1.165_wp, &
911                                1.063_wp,  1.063_wp,  1.0_wp /)
912          ecoll_400(:,9)  = (/  1.716_wp,  1.716_wp,  1.345_wp,  1.223_wp, &
913                                1.100_wp,  1.100_wp,  1.0_wp /)
914          ecoll_400(:,10) = (/  3.788_wp,  3.788_wp,  1.501_wp,  1.311_wp, &
915                                1.120_wp,  1.120_wp,  1.0_wp /)
916          ecoll_400(:,11) = (/ 36.52_wp,  36.52_wp,  19.16_wp,  22.80_wp,  &
917                               26.0_wp,   26.0_wp,    1.0_wp /)
[799]918
[828]919       ENDIF
[790]920
[828]921!
922!--    Calculate the radius class index of particles with respect to array r0
[1822]923!--    The droplet radius has to be given in microns.
[828]924       ALLOCATE( ira(1:radius_classes) )
[790]925
[828]926       DO  j = 1, radius_classes
[1322]927          particle_radius = radclass(j) * 1.0E6_wp
[828]928          DO  k = 1, 7
929             IF ( particle_radius < r0(k) )  THEN
930                ira(j) = k
931                EXIT
932             ENDIF
933          ENDDO
934          IF ( particle_radius >= r0(7) )  ira(j) = 8
935       ENDDO
[799]936
937!
[1822]938!--    Two-dimensional linear interpolation of the turbulent enhancement factor.
939!--    The droplet radius has to be given in microns.
[828]940       DO  j =  1, radius_classes
941          DO  i = 1, j
[799]942
[828]943             ir = ira(j)
[1519]944             rq = MIN( radclass(i) / radclass(j), radclass(j) / radclass(i) )
[799]945
[828]946             DO  kk = 2, 11
947                IF ( rq <= rat(kk) )  THEN
948                   iq = kk
949                   EXIT
950                ENDIF
951             ENDDO
[790]952
[1822]953             y1 = 1.0_wp  ! turbulent enhancement factor at 0 m**2/s**3
[1007]954
[828]955             IF ( ir < 8 )  THEN
956                IF ( ir >= 2 )  THEN
[1822]957                   pp = ( MAX( radclass(j), radclass(i) ) * 1.0E6_wp -  &
958                          r0(ir-1) ) / ( r0(ir) - r0(ir-1) )
[828]959                   qq = ( rq - rat(iq-1) ) / ( rat(iq) - rat(iq-1) )
[1359]960                   y2 = ( 1.0_wp - pp ) * ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_100(ir-1,iq-1) + &
961                                pp * ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_100(ir,iq-1)        + &
962                                qq * ( 1.0_wp - pp ) * ecoll_100(ir-1,iq)        + &
963                                pp * qq              * ecoll_100(ir,iq)
964                   y3 = ( 1.0-pp ) * ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_400(ir-1,iq-1)      + &
965                                pp * ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_400(ir,iq-1)        + &
966                                qq * ( 1.0_wp - pp ) * ecoll_400(ir-1,iq)        + &
967                                pp * qq              * ecoll_400(ir,iq)
[828]968                ELSE
969                   qq = ( rq - rat(iq-1) ) / ( rat(iq) - rat(iq-1) )
[1359]970                   y2 = ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_100(1,iq-1) + qq * ecoll_100(1,iq)
971                   y3 = ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_400(1,iq-1) + qq * ecoll_400(1,iq)
[828]972                ENDIF
973             ELSE
974                qq = ( rq - rat(iq-1) ) / ( rat(iq) - rat(iq-1) )
[1359]975                y2 = ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_100(7,iq-1) + qq * ecoll_100(7,iq)
976                y3 = ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_400(7,iq-1) + qq * ecoll_400(7,iq)
[828]977             ENDIF
978!
[1822]979!--          Linear interpolation of turbulent enhancement factor
[1359]980             IF ( epsilon <= 0.01_wp )  THEN
981                ecf(j,i) = ( epsilon - 0.01_wp ) / ( 0.0_wp  - 0.01_wp ) * y1 &
982                         + ( epsilon - 0.0_wp  ) / ( 0.01_wp - 0.0_wp  ) * y2
983             ELSEIF ( epsilon <= 0.06_wp )  THEN
984                ecf(j,i) = ( epsilon - 0.04_wp ) / ( 0.01_wp - 0.04_wp ) * y2 &
985                         + ( epsilon - 0.01_wp ) / ( 0.04_wp - 0.01_wp ) * y3
[828]986             ELSE
[1359]987                ecf(j,i) = ( 0.06_wp - 0.04_wp ) / ( 0.01_wp - 0.04_wp ) * y2 &
988                         + ( 0.06_wp - 0.01_wp ) / ( 0.04_wp - 0.01_wp ) * y3
[828]989             ENDIF
[790]990
[1359]991             IF ( ecf(j,i) < 1.0_wp )  ecf(j,i) = 1.0_wp
[790]992
[828]993             ecf(i,j) = ecf(j,i)
[790]994
[828]995          ENDDO
996       ENDDO
[790]997
[828]998    END SUBROUTINE turb_enhance_eff
[790]999
[825]1000 END MODULE lpm_collision_kernels_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.