source: palm/trunk/SOURCE/lpm_collision_kernels.f90 @ 1873

Last change on this file since 1873 was 1873, checked in by maronga, 9 years ago

revised renaming of modules

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 38.7 KB
RevLine 
[1873]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! -----------------
[1873]21! Module renamed (removed _mod)
[1859]22!
[1347]23!
[1321]24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: lpm_collision_kernels.f90 1873 2016-04-18 14:50:06Z maronga $
27!
[1859]28! 1858 2016-04-13 13:12:11Z hoffmann
29! Interpolation of collision kernels adjusted to more reasonable values.
30! Reformatting of the code.
31!
[1851]32! 1850 2016-04-08 13:29:27Z maronga
33! Module renamed
34!
[1823]35! 1822 2016-04-07 07:49:42Z hoffmann
36! PALM kernel has been deleted.
37! Bugfix in the calculation of the turbulent enhancement factor of the
38! collection efficiency.
39!
40! Unused variables removed.
41!
[1777]42! 1776 2016-03-02 17:54:58Z hoffmann
43! Bugfix: Collection efficiencies must be calculated for the larger droplet.
44!
[1683]45! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
46! Code annotations made doxygen readable
47!
[1520]48! 1519 2015-01-08 10:20:42Z hoffmann
49! Bugfix: Using the new particle structure, particles are not sorted by size.
50! Hence, computation of collision efficiencies must ensure that the ratio of
51! two colliding droplets is < 1.
52!
[1360]53! 1359 2014-04-11 17:15:14Z hoffmann
54! New particle structure integrated.
55! Kind definition added to all floating point numbers.
56!
[1347]57! 1346 2014-03-27 13:18:20Z heinze
58! Bugfix: REAL constants provided with KIND-attribute especially in call of
59! intrinsic function like MAX, MIN, SIGN
60!
[1323]61! 1322 2014-03-20 16:38:49Z raasch
62! REAL constants defined as wp_kind
63!
[1321]64! 1320 2014-03-20 08:40:49Z
[1320]65! ONLY-attribute added to USE-statements,
66! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
67! kinds are defined in new module kinds,
68! revision history before 2012 removed,
69! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
70! all variable declaration statements
[1008]71!
[1093]72! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
73! unused variables removed
74!
[1072]75! 1071 2012-11-29 16:54:55Z franke
76! Bugfix: collision efficiencies for Hall kernel should not be < 1.0E-20
77!
[1037]78! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
79! code put under GPL (PALM 3.9)
80!
[1008]81! 1007 2012-09-19 14:30:36Z franke
[1007]82! converted all units to SI units and replaced some parameters by corresponding
83! PALM parameters
84! Bugfix: factor in calculation of enhancement factor for collision efficencies
85! changed from 10. to 1.0
[829]86!
[850]87! 849 2012-03-15 10:35:09Z raasch
88! routine collision_efficiency_rogers added (moved from former advec_particles
89! to here)
90!
[836]91! 835 2012-02-22 11:21:19Z raasch $
92! Bugfix: array diss can be used only in case of Wang kernel
93!
[829]94! 828 2012-02-21 12:00:36Z raasch
[828]95! code has been completely reformatted, routine colker renamed
96! recalculate_kernel,
97! routine init_kernels added, radius is now communicated to the collision
98! routines by array radclass
[790]99!
[828]100! Bugfix: transformation factor for dissipation changed from 1E5 to 1E4
101!
[826]102! 825 2012-02-19 03:03:44Z raasch
103! routine renamed from wang_kernel to lpm_collision_kernels,
104! turbulence_effects on collision replaced by wang_kernel
105!
[791]106! 790 2011-11-29 03:11:20Z raasch
107! initial revision
[790]108!
109! Description:
110! ------------
[1682]111!> This module calculates collision efficiencies either due to pure gravitational
112!> effects (Hall kernel, see Hall, 1980: J. Atmos. Sci., 2486-2507) or
[1822]113!> including the effects of turbulence (Wang kernel, see Wang and
114!> Grabowski, 2009: Atmos. Sci. Lett., 10, 1-8, and Ayala et al., 2008:
115!> New J. Phys., 10, 075016). The original code has been
[1682]116!> provided by L.-P. Wang but is substantially reformatted and speed optimized
117!> here.
[790]118!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]119 MODULE lpm_collision_kernels_mod
120 
[790]121
[1320]122    USE constants,                                                             &
123        ONLY:  pi
124       
125    USE kinds
126
127    USE particle_attributes,                                                   &
[1822]128        ONLY:  collision_kernel, dissipation_classes, particles,               &
129               radius_classes
[1320]130
[828]131    USE pegrid
[790]132
[828]133
[790]134    IMPLICIT NONE
135
136    PRIVATE
137
[1822]138    PUBLIC  ckernel, init_kernels, rclass_lbound, rclass_ubound,               &
139            recalculate_kernel
[790]140
[1682]141    REAL(wp) ::  epsilon       !<
142    REAL(wp) ::  rclass_lbound !<
143    REAL(wp) ::  rclass_ubound !<
144    REAL(wp) ::  urms          !<
[790]145
[1822]146    REAL(wp), DIMENSION(:),   ALLOCATABLE ::  epsclass  !< dissipation rate class
147    REAL(wp), DIMENSION(:),   ALLOCATABLE ::  radclass  !< radius class
148    REAL(wp), DIMENSION(:),   ALLOCATABLE ::  winf      !<
[1320]149   
[1822]150    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ec        !<
151    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ecf       !<
152    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  gck       !<
153    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  hkernel   !<
154    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  hwratio   !<
[1320]155   
[1822]156    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  ckernel !<
[792]157
[828]158    SAVE
[792]159
[790]160!
161!-- Public interfaces
[828]162    INTERFACE init_kernels
163       MODULE PROCEDURE init_kernels
164    END INTERFACE init_kernels
[790]165
[828]166    INTERFACE recalculate_kernel
167       MODULE PROCEDURE recalculate_kernel
168    END INTERFACE recalculate_kernel
[790]169
170
[828]171    CONTAINS
[790]172
[792]173
[828]174!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]175! Description:
176! ------------
177!> Initialization of the collision efficiency matrix with fixed radius and
178!> dissipation classes, calculated at simulation start only.
[828]179!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]180 
181    SUBROUTINE init_kernels
[792]182
[828]183       IMPLICIT NONE
[792]184
[1682]185       INTEGER(iwp) ::  i !<
186       INTEGER(iwp) ::  j !<
187       INTEGER(iwp) ::  k !<
[790]188
[828]189
190!
191!--    Calculate collision efficiencies for fixed radius- and dissipation
192!--    classes
193       IF ( collision_kernel(6:9) == 'fast' )  THEN
194
[1822]195          ALLOCATE( ckernel(1:radius_classes,1:radius_classes,                 &
196                    0:dissipation_classes), epsclass(1:dissipation_classes),   &
[828]197                    radclass(1:radius_classes) )
198
199!
200!--       Calculate the radius class bounds with logarithmic distances
[1858]201!--       in the interval [1.0E-6, 1000.0E-6] m
[1322]202          rclass_lbound = LOG( 1.0E-6_wp )
[1858]203          rclass_ubound = LOG( 1000.0E-6_wp )
[1822]204          radclass(1)   = EXP( rclass_lbound )
[828]205          DO  i = 2, radius_classes
206             radclass(i) = EXP( rclass_lbound +                                &
[1359]207                                ( rclass_ubound - rclass_lbound ) *            &
208                                ( i - 1.0_wp ) / ( radius_classes - 1.0_wp ) )
[828]209          ENDDO
210
211!
[1858]212!--       Set the class bounds for dissipation in interval [0.0, 600.0] cm**2/s**3
[828]213          DO  i = 1, dissipation_classes
[1858]214             epsclass(i) = 0.06_wp * REAL( i, KIND=wp ) / dissipation_classes
[828]215          ENDDO
216!
217!--       Calculate collision efficiencies of the Wang/ayala kernel
218          ALLOCATE( ec(1:radius_classes,1:radius_classes),  &
219                    ecf(1:radius_classes,1:radius_classes), &
220                    gck(1:radius_classes,1:radius_classes), &
221                    winf(1:radius_classes) )
222
223          DO  k = 1, dissipation_classes
224
225             epsilon = epsclass(k)
[1359]226             urms    = 2.02_wp * ( epsilon / 0.04_wp )**( 1.0_wp / 3.0_wp )
[828]227
228             CALL turbsd
229             CALL turb_enhance_eff
230             CALL effic
231
232             DO  j = 1, radius_classes
233                DO  i = 1, radius_classes
234                   ckernel(i,j,k) = ec(i,j) * gck(i,j) * ecf(i,j)
235                ENDDO
236             ENDDO
237
238          ENDDO
239
240!
241!--       Calculate collision efficiencies of the Hall kernel
242          ALLOCATE( hkernel(1:radius_classes,1:radius_classes), &
243                    hwratio(1:radius_classes,1:radius_classes) )
244
245          CALL fallg
246          CALL effic
247
248          DO  j = 1, radius_classes
249             DO  i =  1, radius_classes
250                hkernel(i,j) = pi * ( radclass(j) + radclass(i) )**2 &
251                                  * ec(i,j) * ABS( winf(j) - winf(i) )
252                ckernel(i,j,0) = hkernel(i,j)  ! hall kernel stored on index 0
253              ENDDO
254          ENDDO
255
256!
257!--       Test output of efficiencies
258          IF ( j == -1 )  THEN
259
260             PRINT*, '*** Hall kernel'
[1359]261             WRITE ( *,'(5X,20(F4.0,1X))' ) ( radclass(i)*1.0E6_wp, &
[1007]262                                              i = 1,radius_classes )
[828]263             DO  j = 1, radius_classes
[1007]264                WRITE ( *,'(F4.0,1X,20(F8.4,1X))' ) radclass(j),  &
265                                          ( hkernel(i,j), i = 1,radius_classes )
[828]266             ENDDO
267
268             DO  k = 1, dissipation_classes
269                DO  i = 1, radius_classes
270                   DO  j = 1, radius_classes
[1359]271                      IF ( hkernel(i,j) == 0.0_wp )  THEN
272                         hwratio(i,j) = 9999999.9_wp
[828]273                      ELSE
274                         hwratio(i,j) = ckernel(i,j,k) / hkernel(i,j)
275                      ENDIF
276                   ENDDO
277                ENDDO
278
279                PRINT*, '*** epsilon = ', epsclass(k)
[1359]280                WRITE ( *,'(5X,20(F4.0,1X))' ) ( radclass(i) * 1.0E6_wp, &
[1007]281                                                 i = 1,radius_classes )
[828]282                DO  j = 1, radius_classes
[1359]283                   WRITE ( *,'(F4.0,1X,20(F8.4,1X))' ) radclass(j) * 1.0E6_wp, &
[1007]284                                          ( hwratio(i,j), i = 1,radius_classes )
[828]285                ENDDO
286             ENDDO
287
288          ENDIF
289
290          DEALLOCATE( ec, ecf, epsclass, gck, hkernel, winf )
291
292       ENDIF
293
294    END SUBROUTINE init_kernels
295
296
[790]297!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]298! Description:
299! ------------
300!> Calculation of collision kernels during each timestep and for each grid box
[790]301!------------------------------------------------------------------------------!
[828]302    SUBROUTINE recalculate_kernel( i1, j1, k1 )
[790]303
[1320]304       USE arrays_3d,                                                          &
305           ONLY:  diss
[790]306
[1320]307       USE particle_attributes,                                                &
[1858]308           ONLY:  number_of_particles, prt_count, radius_classes, wang_kernel
[1320]309
[790]310       IMPLICIT NONE
311
[1682]312       INTEGER(iwp) ::  i      !<
313       INTEGER(iwp) ::  i1     !<
314       INTEGER(iwp) ::  j      !<
315       INTEGER(iwp) ::  j1     !<
316       INTEGER(iwp) ::  k1     !<
[790]317
318
[1858]319       number_of_particles = prt_count(k1,j1,i1)
320       radius_classes      = number_of_particles   ! necessary to use the same
321                                                   ! subroutines as for
322                                                   ! precalculated kernels
[792]323
[1858]324       ALLOCATE( ec(1:number_of_particles,1:number_of_particles), &
325                 radclass(1:number_of_particles), winf(1:number_of_particles) )
[790]326
[828]327!
[1007]328!--    Store particle radii on the radclass array
[1858]329       radclass(1:number_of_particles) = particles(1:number_of_particles)%radius
[790]330
[835]331       IF ( wang_kernel )  THEN
[1007]332          epsilon = diss(k1,j1,i1)   ! dissipation rate in m**2/s**3
[835]333       ELSE
[1359]334          epsilon = 0.0_wp
[835]335       ENDIF
[1359]336       urms    = 2.02_wp * ( epsilon / 0.04_wp )**( 0.33333333333_wp )
[790]337
[1359]338       IF ( wang_kernel  .AND.  epsilon > 1.0E-7_wp )  THEN
[828]339!
340!--       Call routines to calculate efficiencies for the Wang kernel
[1858]341          ALLOCATE( gck(1:number_of_particles,1:number_of_particles), &
342                    ecf(1:number_of_particles,1:number_of_particles) )
[790]343
[828]344          CALL turbsd
345          CALL turb_enhance_eff
346          CALL effic
[790]347
[1858]348          DO  j = 1, number_of_particles
349             DO  i =  1, number_of_particles
350                ckernel(1+i-1,1+j-1,1) = ec(i,j) * gck(i,j) * ecf(i,j)
[790]351             ENDDO
[828]352          ENDDO
[790]353
[828]354          DEALLOCATE( gck, ecf )
[790]355
356       ELSE
[828]357!
358!--       Call routines to calculate efficiencies for the Hall kernel
[790]359          CALL fallg
360          CALL effic
361
[1858]362          DO  j = 1, number_of_particles
363             DO  i =  1, number_of_particles
364                ckernel(i,j,1) = pi * ( radclass(j) + radclass(i) )**2         &
365                                    * ec(i,j) * ABS( winf(j) - winf(i) )
[790]366             ENDDO
367          ENDDO
368
369       ENDIF
370
[828]371       DEALLOCATE( ec, radclass, winf )
[790]372
[828]373    END SUBROUTINE recalculate_kernel
[790]374
[828]375
[790]376!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]377! Description:
378! ------------
[1822]379!> Calculation of effects of turbulence on the geometric collision kernel
380!> (by including the droplets' average radial relative velocities and their
381!> radial distribution function) following the analytic model by Aayala et al.
382!> (2008, New J. Phys.). For details check the second part 2 of the publication,
383!> page 37ff.
384!>
385!> Input parameters, which need to be replaced by PALM parameters:
386!>    water density, air density
[790]387!------------------------------------------------------------------------------!
[792]388    SUBROUTINE turbsd
[799]389
[1320]390       USE control_parameters,                                                 &
391           ONLY:  g, molecular_viscosity
392   
393       USE particle_attributes,                                                &
394           ONLY:  radius_classes
[790]395
396       IMPLICIT NONE
397
[1682]398       INTEGER(iwp) ::  i     !<
399       INTEGER(iwp) ::  j     !<
[790]400
[1682]401       REAL(wp) ::  ao        !<
402       REAL(wp) ::  ao_gr     !<
403       REAL(wp) ::  bbb       !<
404       REAL(wp) ::  be        !<
405       REAL(wp) ::  b1        !<
406       REAL(wp) ::  b2        !<
407       REAL(wp) ::  ccc       !<
408       REAL(wp) ::  c1        !<
409       REAL(wp) ::  c1_gr     !<
410       REAL(wp) ::  c2        !<
411       REAL(wp) ::  d1        !<
412       REAL(wp) ::  d2        !<
413       REAL(wp) ::  eta       !<
414       REAL(wp) ::  e1        !<
415       REAL(wp) ::  e2        !<
416       REAL(wp) ::  fao_gr    !<
417       REAL(wp) ::  fr        !<
418       REAL(wp) ::  grfin     !<
419       REAL(wp) ::  lambda    !<
420       REAL(wp) ::  lambda_re !<
421       REAL(wp) ::  lf        !<
422       REAL(wp) ::  rc        !<
423       REAL(wp) ::  rrp       !<
424       REAL(wp) ::  sst       !<
425       REAL(wp) ::  tauk      !<
426       REAL(wp) ::  tl        !<
427       REAL(wp) ::  t2        !<
428       REAL(wp) ::  tt        !<
429       REAL(wp) ::  t1        !<
430       REAL(wp) ::  vk        !<
431       REAL(wp) ::  vrms1xy   !<
432       REAL(wp) ::  vrms2xy   !<
433       REAL(wp) ::  v1        !<
434       REAL(wp) ::  v1v2xy    !<
435       REAL(wp) ::  v1xysq    !<
436       REAL(wp) ::  v2        !<
437       REAL(wp) ::  v2xysq    !<
438       REAL(wp) ::  wrfin     !<
439       REAL(wp) ::  wrgrav2   !<
440       REAL(wp) ::  wrtur2xy  !<
441       REAL(wp) ::  xx        !<
442       REAL(wp) ::  yy        !<
443       REAL(wp) ::  z         !<
[790]444
[1822]445       REAL(wp), DIMENSION(1:radius_classes) ::  st  !< Stokes number
446       REAL(wp), DIMENSION(1:radius_classes) ::  tau !< inertial time scale
[790]447
[1822]448       lambda    = urms * SQRT( 15.0_wp * molecular_viscosity / epsilon )
[1322]449       lambda_re = urms**2 * SQRT( 15.0_wp / epsilon / molecular_viscosity )
[1822]450       tl        = urms**2 / epsilon
451       lf        = 0.5_wp * urms**3 / epsilon
452       tauk      = SQRT( molecular_viscosity / epsilon )
453       eta       = ( molecular_viscosity**3 / epsilon )**0.25_wp
[1007]454       vk        = eta / tauk
[790]455
[1359]456       ao = ( 11.0_wp + 7.0_wp * lambda_re ) / ( 205.0_wp + lambda_re )
[1822]457       tt = SQRT( 2.0_wp * lambda_re / ( SQRT( 15.0_wp ) * ao ) ) * tauk
[799]458
[1822]459!
460!--    Get terminal velocity of droplets
461       CALL fallg
[790]462
[828]463       DO  i = 1, radius_classes
[1822]464          tau(i) = winf(i) / g    ! inertial time scale
465          st(i)  = tau(i) / tauk  ! Stokes number
[790]466       ENDDO
467
[828]468!
[1822]469!--    Calculate average radial relative velocity at contact (wrfin)
[828]470       z   = tt / tl
[1322]471       be  = SQRT( 2.0_wp ) * lambda / lf
[1359]472       bbb = SQRT( 1.0_wp - 2.0_wp * be**2 )
473       d1  = ( 1.0_wp + bbb ) / ( 2.0_wp * bbb )
[1822]474       e1  = lf * ( 1.0_wp + bbb ) * 0.5_wp
[1359]475       d2  = ( 1.0_wp - bbb ) * 0.5_wp / bbb
[1822]476       e2  = lf * ( 1.0_wp - bbb ) * 0.5_wp
[1359]477       ccc = SQRT( 1.0_wp - 2.0_wp * z**2 )
478       b1  = ( 1.0_wp + ccc ) * 0.5_wp / ccc
[1822]479       c1  = tl * ( 1.0_wp + ccc ) * 0.5_wp
[1359]480       b2  = ( 1.0_wp - ccc ) * 0.5_wp / ccc
[1822]481       c2  = tl * ( 1.0_wp - ccc ) * 0.5_wp
[790]482
[828]483       DO  i = 1, radius_classes
[790]484
[1822]485          v1 = winf(i)
486          t1 = tau(i)
[790]487
[828]488          DO  j = 1, i
[1007]489             rrp = radclass(i) + radclass(j)
[1822]490             v2  = winf(j)
491             t2  = tau(j)
[790]492
[1007]493             v1xysq  = b1 * d1 * phi_w(c1,e1,v1,t1) - b1 * d2 * phi_w(c1,e2,v1,t1) &
494                     - b2 * d1 * phi_w(c2,e1,v1,t1) + b2 * d2 * phi_w(c2,e2,v1,t1)
[1822]495             v1xysq  = v1xysq * urms**2 / t1
496             vrms1xy = SQRT( v1xysq )
[790]497
[1007]498             v2xysq  = b1 * d1 * phi_w(c1,e1,v2,t2) - b1 * d2 * phi_w(c1,e2,v2,t2) &
499                     - b2 * d1 * phi_w(c2,e1,v2,t2) + b2 * d2 * phi_w(c2,e2,v2,t2)
[1822]500             v2xysq  = v2xysq * urms**2 / t2
501             vrms2xy = SQRT( v2xysq )
[790]502
[828]503             IF ( winf(i) >= winf(j) )  THEN
[799]504                v1 = winf(i)
[790]505                t1 = tau(i)
[799]506                v2 = winf(j)
[790]507                t2 = tau(j)
508             ELSE
[799]509                v1 = winf(j)
[790]510                t1 = tau(j)
[799]511                v2 = winf(i)
[790]512                t2 = tau(i)
513             ENDIF
514
[828]515             v1v2xy   =  b1 * d1 * zhi(c1,e1,v1,t1,v2,t2) - &
516                         b1 * d2 * zhi(c1,e2,v1,t1,v2,t2) - &
517                         b2 * d1 * zhi(c2,e1,v1,t1,v2,t2) + &
518                         b2 * d2* zhi(c2,e2,v1,t1,v2,t2)
519             fr       = d1 * EXP( -rrp / e1 ) - d2 * EXP( -rrp / e2 )
[1822]520             v1v2xy   = v1v2xy * fr * urms**2 / tau(i) / tau(j)
521             wrtur2xy = vrms1xy**2 + vrms2xy**2 - 2.0_wp * v1v2xy
[1359]522             IF ( wrtur2xy < 0.0_wp )  wrtur2xy = 0.0_wp
[1322]523             wrgrav2  = pi / 8.0_wp * ( winf(j) - winf(i) )**2
[1822]524             wrfin    = SQRT( ( 2.0_wp / pi ) * ( wrtur2xy + wrgrav2) )
[790]525
[828]526!
[1822]527!--          Calculate radial distribution function (grfin)
[828]528             IF ( st(j) > st(i) )  THEN
529                sst = st(j)
[790]530             ELSE
[828]531                sst = st(i)
[790]532             ENDIF
533
[1359]534             xx = -0.1988_wp * sst**4 + 1.5275_wp * sst**3 - 4.2942_wp *       &
535                   sst**2 + 5.3406_wp * sst
536             IF ( xx < 0.0_wp )  xx = 0.0_wp
537             yy = 0.1886_wp * EXP( 20.306_wp / lambda_re )
[790]538
[1007]539             c1_gr  =  xx / ( g / vk * tauk )**yy
[790]540
[1322]541             ao_gr  = ao + ( pi / 8.0_wp) * ( g / vk * tauk )**2
[1359]542             fao_gr = 20.115_wp * SQRT( ao_gr / lambda_re )
[1822]543             rc     = SQRT( fao_gr * ABS( st(j) - st(i) ) ) * eta
[790]544
[1359]545             grfin  = ( ( eta**2 + rc**2 ) / ( rrp**2 + rc**2) )**( c1_gr*0.5_wp )
546             IF ( grfin < 1.0_wp )  grfin = 1.0_wp
[790]547
[1822]548!
549!--          Calculate general collection kernel (without the consideration of
550!--          collection efficiencies)
551             gck(i,j) = 2.0_wp * pi * rrp**2 * wrfin * grfin
[790]552             gck(j,i) = gck(i,j)
553
554          ENDDO
555       ENDDO
556
[828]557    END SUBROUTINE turbsd
[790]558
[1320]559    REAL(wp) FUNCTION phi_w( a, b, vsett, tau0 )
[1822]560!
561!--    Function used in the Ayala et al. (2008) analytical model for turbulent
562!--    effects on the collision kernel
[790]563       IMPLICIT NONE
564
[1682]565       REAL(wp) ::  a     !<
566       REAL(wp) ::  aa1   !<
567       REAL(wp) ::  b     !<
568       REAL(wp) ::  tau0  !<
569       REAL(wp) ::  vsett !<
[790]570
[1359]571       aa1 = 1.0_wp / tau0 + 1.0_wp / a + vsett / b
[1822]572       phi_w = 1.0_wp / aa1  - 0.5_wp * vsett / b / aa1**2
[790]573
[1007]574    END FUNCTION phi_w
[792]575
[1320]576    REAL(wp) FUNCTION zhi( a, b, vsett1, tau1, vsett2, tau2 )
[1822]577!
578!--    Function used in the Ayala et al. (2008) analytical model for turbulent
579!--    effects on the collision kernel
[790]580       IMPLICIT NONE
581
[1682]582       REAL(wp) ::  a      !<
583       REAL(wp) ::  aa1    !<
584       REAL(wp) ::  aa2    !<
585       REAL(wp) ::  aa3    !<
586       REAL(wp) ::  aa4    !<
587       REAL(wp) ::  aa5    !<
588       REAL(wp) ::  aa6    !<
589       REAL(wp) ::  b      !<
590       REAL(wp) ::  tau1   !<
591       REAL(wp) ::  tau2   !<
592       REAL(wp) ::  vsett1 !<
593       REAL(wp) ::  vsett2 !<
[790]594
[1359]595       aa1 = vsett2 / b - 1.0_wp / tau2 - 1.0_wp / a
596       aa2 = vsett1 / b + 1.0_wp / tau1 + 1.0_wp / a
597       aa3 = ( vsett1 - vsett2 ) / b + 1.0_wp / tau1 + 1.0_wp / tau2
598       aa4 = ( vsett2 / b )**2 - ( 1.0_wp / tau2 + 1.0_wp / a )**2
599       aa5 = vsett2 / b + 1.0_wp / tau2 + 1.0_wp / a
600       aa6 = 1.0_wp / tau1 - 1.0_wp / a + ( 1.0_wp / tau2 + 1.0_wp / a) *      &
601             vsett1 / vsett2
602       zhi = (1.0_wp / aa1 - 1.0_wp / aa2 ) * ( vsett1 - vsett2 ) * 0.5_wp /   &
603             b / aa3**2 + ( 4.0_wp / aa4 - 1.0_wp / aa5**2 - 1.0_wp / aa1**2 ) &
604             * vsett2 * 0.5_wp / b /aa6 + ( 2.0_wp * ( b / aa2 - b / aa1 ) -   &
[1822]605             vsett1 / aa2**2 + vsett2 / aa1**2 ) * 0.5_wp / b / aa3
[799]606
[828]607    END FUNCTION zhi
[790]608
[828]609
[790]610!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]611! Description:
612! ------------
[1822]613!> Parameterization of terminal velocity following Rogers et al. (1993, J. Appl.
614!> Meteorol.)
[790]615!------------------------------------------------------------------------------!
[828]616    SUBROUTINE fallg
[790]617
[1320]618       USE particle_attributes,                                                &
619           ONLY:  radius_classes
[790]620
[828]621       IMPLICIT NONE
[790]622
[1822]623       INTEGER(iwp) ::  j                            !<
[790]624
[1822]625       REAL(wp), PARAMETER ::  k_cap_rog = 4.0_wp    !< parameter
626       REAL(wp), PARAMETER ::  k_low_rog = 12.0_wp   !< parameter
627       REAL(wp), PARAMETER ::  a_rog     = 9.65_wp   !< parameter
628       REAL(wp), PARAMETER ::  b_rog     = 10.43_wp  !< parameter
629       REAL(wp), PARAMETER ::  c_rog     = 0.6_wp    !< parameter
630       REAL(wp), PARAMETER ::  d0_rog    = 0.745_wp  !< seperation diameter
[790]631
[1822]632       REAL(wp)            ::  diameter              !< droplet diameter in mm
[790]633
[799]634
[828]635       DO  j = 1, radius_classes
[790]636
[1822]637          diameter = radclass(j) * 2000.0_wp
[799]638
[1822]639          IF ( diameter <= d0_rog )  THEN
640             winf(j) = k_cap_rog * diameter * ( 1.0_wp -                       &
641                                                EXP( -k_low_rog * diameter ) )
642          ELSE
643             winf(j) = a_rog - b_rog * EXP( -c_rog * diameter )
[828]644          ENDIF
[790]645
[828]646       ENDDO
[790]647
[828]648    END SUBROUTINE fallg
[790]649
[828]650
[790]651!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]652! Description:
653! ------------
[1822]654!> Interpolation of collision efficiencies (Hall, 1980, J. Atmos. Sci.)
[790]655!------------------------------------------------------------------------------!
[828]656    SUBROUTINE effic
[1320]657 
658       USE particle_attributes,                                                &
659           ONLY:  radius_classes
[790]660
[828]661       IMPLICIT NONE
[790]662
[1682]663       INTEGER(iwp) ::  i  !<
664       INTEGER(iwp) ::  iq !<
665       INTEGER(iwp) ::  ir !<
666       INTEGER(iwp) ::  j  !<
667       INTEGER(iwp) ::  k  !<
[790]668
[1682]669       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ira !<
[790]670
[1682]671       LOGICAL, SAVE ::  first = .TRUE. !<
[790]672
[1682]673       REAL(wp) ::  ek              !<
674       REAL(wp) ::  particle_radius !<
675       REAL(wp) ::  pp              !<
676       REAL(wp) ::  qq              !<
677       REAL(wp) ::  rq              !<
[790]678
[1682]679       REAL(wp), DIMENSION(1:21), SAVE ::  rat        !<
[1320]680       
[1682]681       REAL(wp), DIMENSION(1:15), SAVE ::  r0         !<
[1320]682       
[1682]683       REAL(wp), DIMENSION(1:15,1:21), SAVE ::  ecoll !<
[790]684
[792]685!
[828]686!--    Initial assignment of constants
687       IF ( first )  THEN
[790]688
[792]689         first = .FALSE.
[1822]690         r0  = (/   6.0_wp,   8.0_wp,  10.0_wp, 15.0_wp,  20.0_wp,  25.0_wp,   &
691                   30.0_wp,  40.0_wp,  50.0_wp, 60.0_wp,  70.0_wp, 100.0_wp,   &
[1359]692                  150.0_wp, 200.0_wp, 300.0_wp /)
[790]693
[1822]694         rat = (/ 0.00_wp, 0.05_wp, 0.10_wp, 0.15_wp, 0.20_wp, 0.25_wp,        &
695                  0.30_wp, 0.35_wp, 0.40_wp, 0.45_wp, 0.50_wp, 0.55_wp,        &
696                  0.60_wp, 0.65_wp, 0.70_wp, 0.75_wp, 0.80_wp, 0.85_wp,        &
[1359]697                  0.90_wp, 0.95_wp, 1.00_wp /)
698
[1822]699         ecoll(:,1)  = (/ 0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp,    &
700                          0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp,    &
[1359]701                          0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp /)
[1822]702         ecoll(:,2)  = (/ 0.003_wp, 0.003_wp, 0.003_wp, 0.004_wp, 0.005_wp,    &
703                          0.005_wp, 0.005_wp, 0.010_wp, 0.100_wp, 0.050_wp,    &
[1359]704                          0.200_wp, 0.500_wp, 0.770_wp, 0.870_wp, 0.970_wp /)
[1822]705         ecoll(:,3)  = (/ 0.007_wp, 0.007_wp, 0.007_wp, 0.008_wp, 0.009_wp,    &
706                          0.010_wp, 0.010_wp, 0.070_wp, 0.400_wp, 0.430_wp,    &
[1359]707                          0.580_wp, 0.790_wp, 0.930_wp, 0.960_wp, 1.000_wp /)
[1822]708         ecoll(:,4)  = (/ 0.009_wp, 0.009_wp, 0.009_wp, 0.012_wp, 0.015_wp,    &
709                          0.010_wp, 0.020_wp, 0.280_wp, 0.600_wp, 0.640_wp,    &
[1359]710                          0.750_wp, 0.910_wp, 0.970_wp, 0.980_wp, 1.000_wp /)
[1822]711         ecoll(:,5)  = (/ 0.014_wp, 0.014_wp, 0.014_wp, 0.015_wp, 0.016_wp,    &
712                          0.030_wp, 0.060_wp, 0.500_wp, 0.700_wp, 0.770_wp,    &
[1359]713                          0.840_wp, 0.950_wp, 0.970_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]714         ecoll(:,6)  = (/ 0.017_wp, 0.017_wp, 0.017_wp, 0.020_wp, 0.022_wp,    &
715                          0.060_wp, 0.100_wp, 0.620_wp, 0.780_wp, 0.840_wp,    &
[1359]716                          0.880_wp, 0.950_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]717         ecoll(:,7)  = (/ 0.030_wp, 0.030_wp, 0.024_wp, 0.022_wp, 0.032_wp,    &
718                          0.062_wp, 0.200_wp, 0.680_wp, 0.830_wp, 0.870_wp,    &
[1359]719                          0.900_wp, 0.950_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]720         ecoll(:,8)  = (/ 0.025_wp, 0.025_wp, 0.025_wp, 0.036_wp, 0.043_wp,    &
721                          0.130_wp, 0.270_wp, 0.740_wp, 0.860_wp, 0.890_wp,    &
[1359]722                          0.920_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]723         ecoll(:,9)  = (/ 0.027_wp, 0.027_wp, 0.027_wp, 0.040_wp, 0.052_wp,    &
724                          0.200_wp, 0.400_wp, 0.780_wp, 0.880_wp, 0.900_wp,    &
[1359]725                          0.940_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]726         ecoll(:,10) = (/ 0.030_wp, 0.030_wp, 0.030_wp, 0.047_wp, 0.064_wp,    &
727                          0.250_wp, 0.500_wp, 0.800_wp, 0.900_wp, 0.910_wp,    &
[1359]728                          0.950_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]729         ecoll(:,11) = (/ 0.040_wp, 0.040_wp, 0.033_wp, 0.037_wp, 0.068_wp,    &
730                          0.240_wp, 0.550_wp, 0.800_wp, 0.900_wp, 0.910_wp,    &
[1359]731                          0.950_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]732         ecoll(:,12) = (/ 0.035_wp, 0.035_wp, 0.035_wp, 0.055_wp, 0.079_wp,    &
733                          0.290_wp, 0.580_wp, 0.800_wp, 0.900_wp, 0.910_wp,    &
[1359]734                          0.950_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]735         ecoll(:,13) = (/ 0.037_wp, 0.037_wp, 0.037_wp, 0.062_wp, 0.082_wp,    &
736                          0.290_wp, 0.590_wp, 0.780_wp, 0.900_wp, 0.910_wp,    &
[1359]737                          0.950_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]738         ecoll(:,14) = (/ 0.037_wp, 0.037_wp, 0.037_wp, 0.060_wp, 0.080_wp,    &
739                          0.290_wp, 0.580_wp, 0.770_wp, 0.890_wp, 0.910_wp,    &
[1359]740                          0.950_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]741         ecoll(:,15) = (/ 0.037_wp, 0.037_wp, 0.037_wp, 0.041_wp, 0.075_wp,    &
742                          0.250_wp, 0.540_wp, 0.760_wp, 0.880_wp, 0.920_wp,    &
[1359]743                          0.950_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]744         ecoll(:,16) = (/ 0.037_wp, 0.037_wp, 0.037_wp, 0.052_wp, 0.067_wp,    &
745                          0.250_wp, 0.510_wp, 0.770_wp, 0.880_wp, 0.930_wp,    &
[1359]746                          0.970_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]747         ecoll(:,17) = (/ 0.037_wp, 0.037_wp, 0.037_wp, 0.047_wp, 0.057_wp,    &
748                          0.250_wp, 0.490_wp, 0.770_wp, 0.890_wp, 0.950_wp,    &
[1359]749                          1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]750         ecoll(:,18) = (/ 0.036_wp, 0.036_wp, 0.036_wp, 0.042_wp, 0.048_wp,    &
751                          0.230_wp, 0.470_wp, 0.780_wp, 0.920_wp, 1.000_wp,    &
[1359]752                          1.020_wp, 1.020_wp, 1.020_wp, 1.020_wp, 1.020_wp /)
[1822]753         ecoll(:,19) = (/ 0.040_wp, 0.040_wp, 0.035_wp, 0.033_wp, 0.040_wp,    &
754                          0.112_wp, 0.450_wp, 0.790_wp, 1.010_wp, 1.030_wp,    &
[1359]755                          1.040_wp, 1.040_wp, 1.040_wp, 1.040_wp, 1.040_wp /)
[1822]756         ecoll(:,20) = (/ 0.033_wp, 0.033_wp, 0.033_wp, 0.033_wp, 0.033_wp,    &
757                          0.119_wp, 0.470_wp, 0.950_wp, 1.300_wp, 1.700_wp,    &
[1359]758                          2.300_wp, 2.300_wp, 2.300_wp, 2.300_wp, 2.300_wp /)
[1822]759         ecoll(:,21) = (/ 0.027_wp, 0.027_wp, 0.027_wp, 0.027_wp, 0.027_wp,    &
760                          0.125_wp, 0.520_wp, 1.400_wp, 2.300_wp, 3.000_wp,    &
[1359]761                          4.000_wp, 4.000_wp, 4.000_wp, 4.000_wp, 4.000_wp /)
[828]762       ENDIF
[790]763
[792]764!
[828]765!--    Calculate the radius class index of particles with respect to array r
[1822]766!--    Radius has to be in microns
[828]767       ALLOCATE( ira(1:radius_classes) )
768       DO  j = 1, radius_classes
[1322]769          particle_radius = radclass(j) * 1.0E6_wp
[828]770          DO  k = 1, 15
771             IF ( particle_radius < r0(k) )  THEN
772                ira(j) = k
773                EXIT
774             ENDIF
775          ENDDO
776          IF ( particle_radius >= r0(15) )  ira(j) = 16
777       ENDDO
[790]778
[792]779!
[828]780!--    Two-dimensional linear interpolation of the collision efficiency.
[1822]781!--    Radius has to be in microns
[828]782       DO  j = 1, radius_classes
783          DO  i = 1, j
[792]784
[828]785             ir = ira(j)
[1519]786             rq = MIN( radclass(i) / radclass(j), radclass(j) / radclass(i) )
[828]787             iq = INT( rq * 20 ) + 1
788             iq = MAX( iq , 2)
[792]789
[828]790             IF ( ir < 16 )  THEN
791                IF ( ir >= 2 )  THEN
[1822]792                   pp = ( ( MAX( radclass(j), radclass(i) ) * 1.0E6_wp ) -     &
793                          r0(ir-1) ) / ( r0(ir) - r0(ir-1) )
[1359]794                   qq = ( rq - rat(iq-1) ) / ( rat(iq) - rat(iq-1) )
795                   ec(j,i) = ( 1.0_wp - pp ) * ( 1.0_wp - qq )                 &
796                             * ecoll(ir-1,iq-1)                                &
797                             + pp * ( 1.0_wp - qq ) * ecoll(ir,iq-1)           &
798                             + qq * ( 1.0_wp - pp ) * ecoll(ir-1,iq)           &
[828]799                             + pp * qq * ecoll(ir,iq)
800                ELSE
801                   qq = ( rq - rat(iq-1) ) / ( rat(iq) - rat(iq-1) )
[1359]802                   ec(j,i) = ( 1.0_wp - qq ) * ecoll(1,iq-1) + qq * ecoll(1,iq)
[828]803                ENDIF
804             ELSE
805                qq = ( rq - rat(iq-1) ) / ( rat(iq) - rat(iq-1) )
[1359]806                ek = ( 1.0_wp - qq ) * ecoll(15,iq-1) + qq * ecoll(15,iq)
[1346]807                ec(j,i) = MIN( ek, 1.0_wp )
[1071]808             ENDIF
[792]809
[1359]810             IF ( ec(j,i) < 1.0E-20_wp )  ec(j,i) = 0.0_wp
[1071]811
[828]812             ec(i,j) = ec(j,i)
[792]813
[828]814          ENDDO
815       ENDDO
[792]816
[828]817       DEALLOCATE( ira )
[792]818
[828]819    END SUBROUTINE effic
[792]820
821
[790]822!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]823! Description:
824! ------------
[1822]825!> Interpolation of turbulent enhancement factor for collision efficencies
826!> following Wang and Grabowski (2009, Atmos. Sci. Let.)
[790]827!------------------------------------------------------------------------------!
[828]828    SUBROUTINE turb_enhance_eff
[790]829
[1320]830       USE particle_attributes,                                                &
831           ONLY:  radius_classes
[790]832
[828]833       IMPLICIT NONE
[790]834
[1682]835       INTEGER(iwp) :: i  !<
836       INTEGER(iwp) :: iq !<
837       INTEGER(iwp) :: ir !<
838       INTEGER(iwp) :: j  !<
839       INTEGER(iwp) :: k  !<
840       INTEGER(iwp) :: kk !<
[790]841
[1682]842       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ira !<
[1320]843       
[1682]844       LOGICAL, SAVE ::  first = .TRUE. !<
[790]845
[1682]846       REAL(wp) ::  particle_radius !<
847       REAL(wp) ::  pp              !<
848       REAL(wp) ::  qq              !<
849       REAL(wp) ::  rq              !<
850       REAL(wp) ::  y1              !<
851       REAL(wp) ::  y2              !<
852       REAL(wp) ::  y3              !<
[790]853
[1682]854       REAL(wp), DIMENSION(1:11), SAVE ::  rat           !<
855       REAL(wp), DIMENSION(1:7), SAVE  ::  r0            !<
[1320]856       
[1682]857       REAL(wp), DIMENSION(1:7,1:11), SAVE ::  ecoll_100 !<
858       REAL(wp), DIMENSION(1:7,1:11), SAVE ::  ecoll_400 !<
[799]859
860!
[828]861!--    Initial assignment of constants
862       IF ( first )  THEN
[799]863
[828]864          first = .FALSE.
[799]865
[1359]866          r0  = (/  10.0_wp, 20.0_wp, 30.0_wp, 40.0_wp, 50.0_wp, 60.0_wp,  &
867                   100.0_wp /)
868
869          rat = (/ 0.0_wp, 0.1_wp, 0.2_wp, 0.3_wp, 0.4_wp, 0.5_wp, 0.6_wp, &
870                   0.7_wp, 0.8_wp, 0.9_wp, 1.0_wp /)
[828]871!
[1822]872!--       Tabulated turbulent enhancement factor at 100 cm**2/s**3
[1359]873          ecoll_100(:,1)  = (/  1.74_wp,   1.74_wp,   1.773_wp, 1.49_wp,  &
874                                1.207_wp,  1.207_wp,  1.0_wp /)
875          ecoll_100(:,2)  = (/  1.46_wp,   1.46_wp,   1.421_wp, 1.245_wp, &
876                                1.069_wp,  1.069_wp,  1.0_wp /)
877          ecoll_100(:,3)  = (/  1.32_wp,   1.32_wp,   1.245_wp, 1.123_wp, &
878                                1.000_wp,  1.000_wp,  1.0_wp /)
879          ecoll_100(:,4)  = (/  1.250_wp,  1.250_wp,  1.148_wp, 1.087_wp, &
880                                1.025_wp,  1.025_wp,  1.0_wp /)
881          ecoll_100(:,5)  = (/  1.186_wp,  1.186_wp,  1.066_wp, 1.060_wp, &
882                                1.056_wp,  1.056_wp,  1.0_wp /)
883          ecoll_100(:,6)  = (/  1.045_wp,  1.045_wp,  1.000_wp, 1.014_wp, &
884                                1.028_wp,  1.028_wp,  1.0_wp /)
885          ecoll_100(:,7)  = (/  1.070_wp,  1.070_wp,  1.030_wp, 1.038_wp, &
886                                1.046_wp,  1.046_wp,  1.0_wp /)
887          ecoll_100(:,8)  = (/  1.000_wp,  1.000_wp,  1.054_wp, 1.042_wp, &
888                                1.029_wp,  1.029_wp,  1.0_wp /)
889          ecoll_100(:,9)  = (/  1.223_wp,  1.223_wp,  1.117_wp, 1.069_wp, &
890                                1.021_wp,  1.021_wp,  1.0_wp /)
891          ecoll_100(:,10) = (/  1.570_wp,  1.570_wp,  1.244_wp, 1.166_wp, &
892                                1.088_wp,  1.088_wp,  1.0_wp /)
[1822]893          ecoll_100(:,11) = (/ 20.3_wp,   20.3_wp,   14.6_wp,   8.61_wp,  &
[1359]894                                2.60_wp,   2.60_wp,   1.0_wp /)
[828]895!
[1822]896!--       Tabulated turbulent enhancement factor at 400 cm**2/s**3
[1359]897          ecoll_400(:,1)  = (/  4.976_wp,  4.976_wp,  3.593_wp,  2.519_wp, &
898                                1.445_wp,  1.445_wp,  1.0_wp /)
899          ecoll_400(:,2)  = (/  2.984_wp,  2.984_wp,  2.181_wp,  1.691_wp, &
900                                1.201_wp,  1.201_wp,  1.0_wp /)
901          ecoll_400(:,3)  = (/  1.988_wp,  1.988_wp,  1.475_wp,  1.313_wp, &
902                                1.150_wp,  1.150_wp,  1.0_wp /)
903          ecoll_400(:,4)  = (/  1.490_wp,  1.490_wp,  1.187_wp,  1.156_wp, &
904                                1.126_wp,  1.126_wp,  1.0_wp /)
905          ecoll_400(:,5)  = (/  1.249_wp,  1.249_wp,  1.088_wp,  1.090_wp, &
906                                1.092_wp,  1.092_wp,  1.0_wp /)
907          ecoll_400(:,6)  = (/  1.139_wp,  1.139_wp,  1.130_wp,  1.091_wp, &
908                                1.051_wp,  1.051_wp,  1.0_wp /)
909          ecoll_400(:,7)  = (/  1.220_wp,  1.220_wp,  1.190_wp,  1.138_wp, &
910                                1.086_wp,  1.086_wp,  1.0_wp /)
911          ecoll_400(:,8)  = (/  1.325_wp,  1.325_wp,  1.267_wp,  1.165_wp, &
912                                1.063_wp,  1.063_wp,  1.0_wp /)
913          ecoll_400(:,9)  = (/  1.716_wp,  1.716_wp,  1.345_wp,  1.223_wp, &
914                                1.100_wp,  1.100_wp,  1.0_wp /)
915          ecoll_400(:,10) = (/  3.788_wp,  3.788_wp,  1.501_wp,  1.311_wp, &
916                                1.120_wp,  1.120_wp,  1.0_wp /)
917          ecoll_400(:,11) = (/ 36.52_wp,  36.52_wp,  19.16_wp,  22.80_wp,  &
918                               26.0_wp,   26.0_wp,    1.0_wp /)
[799]919
[828]920       ENDIF
[790]921
[828]922!
923!--    Calculate the radius class index of particles with respect to array r0
[1822]924!--    The droplet radius has to be given in microns.
[828]925       ALLOCATE( ira(1:radius_classes) )
[790]926
[828]927       DO  j = 1, radius_classes
[1322]928          particle_radius = radclass(j) * 1.0E6_wp
[828]929          DO  k = 1, 7
930             IF ( particle_radius < r0(k) )  THEN
931                ira(j) = k
932                EXIT
933             ENDIF
934          ENDDO
935          IF ( particle_radius >= r0(7) )  ira(j) = 8
936       ENDDO
[799]937
938!
[1822]939!--    Two-dimensional linear interpolation of the turbulent enhancement factor.
940!--    The droplet radius has to be given in microns.
[828]941       DO  j =  1, radius_classes
942          DO  i = 1, j
[799]943
[828]944             ir = ira(j)
[1519]945             rq = MIN( radclass(i) / radclass(j), radclass(j) / radclass(i) )
[799]946
[828]947             DO  kk = 2, 11
948                IF ( rq <= rat(kk) )  THEN
949                   iq = kk
950                   EXIT
951                ENDIF
952             ENDDO
[790]953
[1822]954             y1 = 1.0_wp  ! turbulent enhancement factor at 0 m**2/s**3
[1007]955
[828]956             IF ( ir < 8 )  THEN
957                IF ( ir >= 2 )  THEN
[1822]958                   pp = ( MAX( radclass(j), radclass(i) ) * 1.0E6_wp -  &
959                          r0(ir-1) ) / ( r0(ir) - r0(ir-1) )
[828]960                   qq = ( rq - rat(iq-1) ) / ( rat(iq) - rat(iq-1) )
[1359]961                   y2 = ( 1.0_wp - pp ) * ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_100(ir-1,iq-1) + &
962                                pp * ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_100(ir,iq-1)        + &
963                                qq * ( 1.0_wp - pp ) * ecoll_100(ir-1,iq)        + &
964                                pp * qq              * ecoll_100(ir,iq)
965                   y3 = ( 1.0-pp ) * ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_400(ir-1,iq-1)      + &
966                                pp * ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_400(ir,iq-1)        + &
967                                qq * ( 1.0_wp - pp ) * ecoll_400(ir-1,iq)        + &
968                                pp * qq              * ecoll_400(ir,iq)
[828]969                ELSE
970                   qq = ( rq - rat(iq-1) ) / ( rat(iq) - rat(iq-1) )
[1359]971                   y2 = ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_100(1,iq-1) + qq * ecoll_100(1,iq)
972                   y3 = ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_400(1,iq-1) + qq * ecoll_400(1,iq)
[828]973                ENDIF
974             ELSE
975                qq = ( rq - rat(iq-1) ) / ( rat(iq) - rat(iq-1) )
[1359]976                y2 = ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_100(7,iq-1) + qq * ecoll_100(7,iq)
977                y3 = ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_400(7,iq-1) + qq * ecoll_400(7,iq)
[828]978             ENDIF
979!
[1822]980!--          Linear interpolation of turbulent enhancement factor
[1359]981             IF ( epsilon <= 0.01_wp )  THEN
982                ecf(j,i) = ( epsilon - 0.01_wp ) / ( 0.0_wp  - 0.01_wp ) * y1 &
983                         + ( epsilon - 0.0_wp  ) / ( 0.01_wp - 0.0_wp  ) * y2
984             ELSEIF ( epsilon <= 0.06_wp )  THEN
985                ecf(j,i) = ( epsilon - 0.04_wp ) / ( 0.01_wp - 0.04_wp ) * y2 &
986                         + ( epsilon - 0.01_wp ) / ( 0.04_wp - 0.01_wp ) * y3
[828]987             ELSE
[1359]988                ecf(j,i) = ( 0.06_wp - 0.04_wp ) / ( 0.01_wp - 0.04_wp ) * y2 &
989                         + ( 0.06_wp - 0.01_wp ) / ( 0.04_wp - 0.01_wp ) * y3
[828]990             ENDIF
[790]991
[1359]992             IF ( ecf(j,i) < 1.0_wp )  ecf(j,i) = 1.0_wp
[790]993
[828]994             ecf(i,j) = ecf(j,i)
[790]995
[828]996          ENDDO
997       ENDDO
[790]998
[828]999    END SUBROUTINE turb_enhance_eff
[790]1000
[825]1001 END MODULE lpm_collision_kernels_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.