source: palm/trunk/SOURCE/lpm_collision_kernels.f90 @ 1880

Last change on this file since 1880 was 1880, checked in by hoffmann, 8 years ago

Bugfix in lpm_collision_kernels

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 38.8 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! -----------------
[1880]21! Bugfix: The index of the larger particle has to be chosen for interpolation.
[1347]22!
[1321]23! Former revisions:
24! -----------------
25! $Id: lpm_collision_kernels.f90 1880 2016-04-20 09:36:50Z hoffmann $
26!
[1874]27! 1873 2016-04-18 14:50:06Z maronga
28! Module renamed (removed _mod)
29!
[1859]30! 1858 2016-04-13 13:12:11Z hoffmann
31! Interpolation of collision kernels adjusted to more reasonable values.
32! Reformatting of the code.
33!
[1851]34! 1850 2016-04-08 13:29:27Z maronga
35! Module renamed
36!
[1823]37! 1822 2016-04-07 07:49:42Z hoffmann
38! PALM kernel has been deleted.
39! Bugfix in the calculation of the turbulent enhancement factor of the
40! collection efficiency.
41!
42! Unused variables removed.
43!
[1777]44! 1776 2016-03-02 17:54:58Z hoffmann
45! Bugfix: Collection efficiencies must be calculated for the larger droplet.
46!
[1683]47! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
48! Code annotations made doxygen readable
49!
[1520]50! 1519 2015-01-08 10:20:42Z hoffmann
51! Bugfix: Using the new particle structure, particles are not sorted by size.
52! Hence, computation of collision efficiencies must ensure that the ratio of
53! two colliding droplets is < 1.
54!
[1360]55! 1359 2014-04-11 17:15:14Z hoffmann
56! New particle structure integrated.
57! Kind definition added to all floating point numbers.
58!
[1347]59! 1346 2014-03-27 13:18:20Z heinze
60! Bugfix: REAL constants provided with KIND-attribute especially in call of
61! intrinsic function like MAX, MIN, SIGN
62!
[1323]63! 1322 2014-03-20 16:38:49Z raasch
64! REAL constants defined as wp_kind
65!
[1321]66! 1320 2014-03-20 08:40:49Z
[1320]67! ONLY-attribute added to USE-statements,
68! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
69! kinds are defined in new module kinds,
70! revision history before 2012 removed,
71! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
72! all variable declaration statements
[1008]73!
[1093]74! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
75! unused variables removed
76!
[1072]77! 1071 2012-11-29 16:54:55Z franke
78! Bugfix: collision efficiencies for Hall kernel should not be < 1.0E-20
79!
[1037]80! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
81! code put under GPL (PALM 3.9)
82!
[1008]83! 1007 2012-09-19 14:30:36Z franke
[1007]84! converted all units to SI units and replaced some parameters by corresponding
85! PALM parameters
86! Bugfix: factor in calculation of enhancement factor for collision efficencies
87! changed from 10. to 1.0
[829]88!
[850]89! 849 2012-03-15 10:35:09Z raasch
90! routine collision_efficiency_rogers added (moved from former advec_particles
91! to here)
92!
[836]93! 835 2012-02-22 11:21:19Z raasch $
94! Bugfix: array diss can be used only in case of Wang kernel
95!
[829]96! 828 2012-02-21 12:00:36Z raasch
[828]97! code has been completely reformatted, routine colker renamed
98! recalculate_kernel,
99! routine init_kernels added, radius is now communicated to the collision
100! routines by array radclass
[790]101!
[828]102! Bugfix: transformation factor for dissipation changed from 1E5 to 1E4
103!
[826]104! 825 2012-02-19 03:03:44Z raasch
105! routine renamed from wang_kernel to lpm_collision_kernels,
106! turbulence_effects on collision replaced by wang_kernel
107!
[791]108! 790 2011-11-29 03:11:20Z raasch
109! initial revision
[790]110!
111! Description:
112! ------------
[1682]113!> This module calculates collision efficiencies either due to pure gravitational
114!> effects (Hall kernel, see Hall, 1980: J. Atmos. Sci., 2486-2507) or
[1822]115!> including the effects of turbulence (Wang kernel, see Wang and
116!> Grabowski, 2009: Atmos. Sci. Lett., 10, 1-8, and Ayala et al., 2008:
117!> New J. Phys., 10, 075016). The original code has been
[1682]118!> provided by L.-P. Wang but is substantially reformatted and speed optimized
119!> here.
[790]120!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]121 MODULE lpm_collision_kernels_mod
122 
[790]123
[1320]124    USE constants,                                                             &
125        ONLY:  pi
126       
127    USE kinds
128
129    USE particle_attributes,                                                   &
[1822]130        ONLY:  collision_kernel, dissipation_classes, particles,               &
131               radius_classes
[1320]132
[828]133    USE pegrid
[790]134
[828]135
[790]136    IMPLICIT NONE
137
138    PRIVATE
139
[1822]140    PUBLIC  ckernel, init_kernels, rclass_lbound, rclass_ubound,               &
141            recalculate_kernel
[790]142
[1682]143    REAL(wp) ::  epsilon       !<
144    REAL(wp) ::  rclass_lbound !<
145    REAL(wp) ::  rclass_ubound !<
146    REAL(wp) ::  urms          !<
[790]147
[1822]148    REAL(wp), DIMENSION(:),   ALLOCATABLE ::  epsclass  !< dissipation rate class
149    REAL(wp), DIMENSION(:),   ALLOCATABLE ::  radclass  !< radius class
150    REAL(wp), DIMENSION(:),   ALLOCATABLE ::  winf      !<
[1320]151   
[1822]152    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ec        !<
153    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ecf       !<
154    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  gck       !<
155    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  hkernel   !<
156    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  hwratio   !<
[1320]157   
[1822]158    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  ckernel !<
[792]159
[828]160    SAVE
[792]161
[790]162!
163!-- Public interfaces
[828]164    INTERFACE init_kernels
165       MODULE PROCEDURE init_kernels
166    END INTERFACE init_kernels
[790]167
[828]168    INTERFACE recalculate_kernel
169       MODULE PROCEDURE recalculate_kernel
170    END INTERFACE recalculate_kernel
[790]171
172
[828]173    CONTAINS
[790]174
[792]175
[828]176!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]177! Description:
178! ------------
179!> Initialization of the collision efficiency matrix with fixed radius and
180!> dissipation classes, calculated at simulation start only.
[828]181!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]182 
183    SUBROUTINE init_kernels
[792]184
[828]185       IMPLICIT NONE
[792]186
[1682]187       INTEGER(iwp) ::  i !<
188       INTEGER(iwp) ::  j !<
189       INTEGER(iwp) ::  k !<
[790]190
[828]191
192!
193!--    Calculate collision efficiencies for fixed radius- and dissipation
194!--    classes
195       IF ( collision_kernel(6:9) == 'fast' )  THEN
196
[1822]197          ALLOCATE( ckernel(1:radius_classes,1:radius_classes,                 &
198                    0:dissipation_classes), epsclass(1:dissipation_classes),   &
[828]199                    radclass(1:radius_classes) )
200
201!
202!--       Calculate the radius class bounds with logarithmic distances
[1858]203!--       in the interval [1.0E-6, 1000.0E-6] m
[1322]204          rclass_lbound = LOG( 1.0E-6_wp )
[1858]205          rclass_ubound = LOG( 1000.0E-6_wp )
[1822]206          radclass(1)   = EXP( rclass_lbound )
[828]207          DO  i = 2, radius_classes
208             radclass(i) = EXP( rclass_lbound +                                &
[1359]209                                ( rclass_ubound - rclass_lbound ) *            &
210                                ( i - 1.0_wp ) / ( radius_classes - 1.0_wp ) )
[828]211          ENDDO
212
213!
[1858]214!--       Set the class bounds for dissipation in interval [0.0, 600.0] cm**2/s**3
[828]215          DO  i = 1, dissipation_classes
[1858]216             epsclass(i) = 0.06_wp * REAL( i, KIND=wp ) / dissipation_classes
[828]217          ENDDO
218!
219!--       Calculate collision efficiencies of the Wang/ayala kernel
220          ALLOCATE( ec(1:radius_classes,1:radius_classes),  &
221                    ecf(1:radius_classes,1:radius_classes), &
222                    gck(1:radius_classes,1:radius_classes), &
223                    winf(1:radius_classes) )
224
225          DO  k = 1, dissipation_classes
226
227             epsilon = epsclass(k)
[1359]228             urms    = 2.02_wp * ( epsilon / 0.04_wp )**( 1.0_wp / 3.0_wp )
[828]229
230             CALL turbsd
231             CALL turb_enhance_eff
232             CALL effic
233
234             DO  j = 1, radius_classes
235                DO  i = 1, radius_classes
236                   ckernel(i,j,k) = ec(i,j) * gck(i,j) * ecf(i,j)
237                ENDDO
238             ENDDO
239
240          ENDDO
241
242!
243!--       Calculate collision efficiencies of the Hall kernel
244          ALLOCATE( hkernel(1:radius_classes,1:radius_classes), &
245                    hwratio(1:radius_classes,1:radius_classes) )
246
247          CALL fallg
248          CALL effic
249
250          DO  j = 1, radius_classes
251             DO  i =  1, radius_classes
252                hkernel(i,j) = pi * ( radclass(j) + radclass(i) )**2 &
253                                  * ec(i,j) * ABS( winf(j) - winf(i) )
254                ckernel(i,j,0) = hkernel(i,j)  ! hall kernel stored on index 0
255              ENDDO
256          ENDDO
257
258!
259!--       Test output of efficiencies
260          IF ( j == -1 )  THEN
261
262             PRINT*, '*** Hall kernel'
[1359]263             WRITE ( *,'(5X,20(F4.0,1X))' ) ( radclass(i)*1.0E6_wp, &
[1007]264                                              i = 1,radius_classes )
[828]265             DO  j = 1, radius_classes
[1007]266                WRITE ( *,'(F4.0,1X,20(F8.4,1X))' ) radclass(j),  &
267                                          ( hkernel(i,j), i = 1,radius_classes )
[828]268             ENDDO
269
270             DO  k = 1, dissipation_classes
271                DO  i = 1, radius_classes
272                   DO  j = 1, radius_classes
[1359]273                      IF ( hkernel(i,j) == 0.0_wp )  THEN
274                         hwratio(i,j) = 9999999.9_wp
[828]275                      ELSE
276                         hwratio(i,j) = ckernel(i,j,k) / hkernel(i,j)
277                      ENDIF
278                   ENDDO
279                ENDDO
280
281                PRINT*, '*** epsilon = ', epsclass(k)
[1359]282                WRITE ( *,'(5X,20(F4.0,1X))' ) ( radclass(i) * 1.0E6_wp, &
[1007]283                                                 i = 1,radius_classes )
[828]284                DO  j = 1, radius_classes
[1359]285                   WRITE ( *,'(F4.0,1X,20(F8.4,1X))' ) radclass(j) * 1.0E6_wp, &
[1007]286                                          ( hwratio(i,j), i = 1,radius_classes )
[828]287                ENDDO
288             ENDDO
289
290          ENDIF
291
292          DEALLOCATE( ec, ecf, epsclass, gck, hkernel, winf )
293
294       ENDIF
295
296    END SUBROUTINE init_kernels
297
298
[790]299!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]300! Description:
301! ------------
302!> Calculation of collision kernels during each timestep and for each grid box
[790]303!------------------------------------------------------------------------------!
[828]304    SUBROUTINE recalculate_kernel( i1, j1, k1 )
[790]305
[1320]306       USE arrays_3d,                                                          &
307           ONLY:  diss
[790]308
[1320]309       USE particle_attributes,                                                &
[1858]310           ONLY:  number_of_particles, prt_count, radius_classes, wang_kernel
[1320]311
[790]312       IMPLICIT NONE
313
[1682]314       INTEGER(iwp) ::  i      !<
315       INTEGER(iwp) ::  i1     !<
316       INTEGER(iwp) ::  j      !<
317       INTEGER(iwp) ::  j1     !<
318       INTEGER(iwp) ::  k1     !<
[790]319
320
[1858]321       number_of_particles = prt_count(k1,j1,i1)
322       radius_classes      = number_of_particles   ! necessary to use the same
323                                                   ! subroutines as for
324                                                   ! precalculated kernels
[792]325
[1858]326       ALLOCATE( ec(1:number_of_particles,1:number_of_particles), &
327                 radclass(1:number_of_particles), winf(1:number_of_particles) )
[790]328
[828]329!
[1007]330!--    Store particle radii on the radclass array
[1858]331       radclass(1:number_of_particles) = particles(1:number_of_particles)%radius
[790]332
[835]333       IF ( wang_kernel )  THEN
[1007]334          epsilon = diss(k1,j1,i1)   ! dissipation rate in m**2/s**3
[835]335       ELSE
[1359]336          epsilon = 0.0_wp
[835]337       ENDIF
[1359]338       urms    = 2.02_wp * ( epsilon / 0.04_wp )**( 0.33333333333_wp )
[790]339
[1359]340       IF ( wang_kernel  .AND.  epsilon > 1.0E-7_wp )  THEN
[828]341!
342!--       Call routines to calculate efficiencies for the Wang kernel
[1858]343          ALLOCATE( gck(1:number_of_particles,1:number_of_particles), &
344                    ecf(1:number_of_particles,1:number_of_particles) )
[790]345
[828]346          CALL turbsd
347          CALL turb_enhance_eff
348          CALL effic
[790]349
[1858]350          DO  j = 1, number_of_particles
351             DO  i =  1, number_of_particles
352                ckernel(1+i-1,1+j-1,1) = ec(i,j) * gck(i,j) * ecf(i,j)
[790]353             ENDDO
[828]354          ENDDO
[790]355
[828]356          DEALLOCATE( gck, ecf )
[790]357
358       ELSE
[828]359!
360!--       Call routines to calculate efficiencies for the Hall kernel
[790]361          CALL fallg
362          CALL effic
363
[1858]364          DO  j = 1, number_of_particles
365             DO  i =  1, number_of_particles
366                ckernel(i,j,1) = pi * ( radclass(j) + radclass(i) )**2         &
367                                    * ec(i,j) * ABS( winf(j) - winf(i) )
[790]368             ENDDO
369          ENDDO
370
371       ENDIF
372
[828]373       DEALLOCATE( ec, radclass, winf )
[790]374
[828]375    END SUBROUTINE recalculate_kernel
[790]376
[828]377
[790]378!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]379! Description:
380! ------------
[1822]381!> Calculation of effects of turbulence on the geometric collision kernel
382!> (by including the droplets' average radial relative velocities and their
383!> radial distribution function) following the analytic model by Aayala et al.
384!> (2008, New J. Phys.). For details check the second part 2 of the publication,
385!> page 37ff.
386!>
387!> Input parameters, which need to be replaced by PALM parameters:
388!>    water density, air density
[790]389!------------------------------------------------------------------------------!
[792]390    SUBROUTINE turbsd
[799]391
[1320]392       USE control_parameters,                                                 &
393           ONLY:  g, molecular_viscosity
394   
395       USE particle_attributes,                                                &
396           ONLY:  radius_classes
[790]397
398       IMPLICIT NONE
399
[1682]400       INTEGER(iwp) ::  i     !<
401       INTEGER(iwp) ::  j     !<
[790]402
[1682]403       REAL(wp) ::  ao        !<
404       REAL(wp) ::  ao_gr     !<
405       REAL(wp) ::  bbb       !<
406       REAL(wp) ::  be        !<
407       REAL(wp) ::  b1        !<
408       REAL(wp) ::  b2        !<
409       REAL(wp) ::  ccc       !<
410       REAL(wp) ::  c1        !<
411       REAL(wp) ::  c1_gr     !<
412       REAL(wp) ::  c2        !<
413       REAL(wp) ::  d1        !<
414       REAL(wp) ::  d2        !<
415       REAL(wp) ::  eta       !<
416       REAL(wp) ::  e1        !<
417       REAL(wp) ::  e2        !<
418       REAL(wp) ::  fao_gr    !<
419       REAL(wp) ::  fr        !<
420       REAL(wp) ::  grfin     !<
421       REAL(wp) ::  lambda    !<
422       REAL(wp) ::  lambda_re !<
423       REAL(wp) ::  lf        !<
424       REAL(wp) ::  rc        !<
425       REAL(wp) ::  rrp       !<
426       REAL(wp) ::  sst       !<
427       REAL(wp) ::  tauk      !<
428       REAL(wp) ::  tl        !<
429       REAL(wp) ::  t2        !<
430       REAL(wp) ::  tt        !<
431       REAL(wp) ::  t1        !<
432       REAL(wp) ::  vk        !<
433       REAL(wp) ::  vrms1xy   !<
434       REAL(wp) ::  vrms2xy   !<
435       REAL(wp) ::  v1        !<
436       REAL(wp) ::  v1v2xy    !<
437       REAL(wp) ::  v1xysq    !<
438       REAL(wp) ::  v2        !<
439       REAL(wp) ::  v2xysq    !<
440       REAL(wp) ::  wrfin     !<
441       REAL(wp) ::  wrgrav2   !<
442       REAL(wp) ::  wrtur2xy  !<
443       REAL(wp) ::  xx        !<
444       REAL(wp) ::  yy        !<
445       REAL(wp) ::  z         !<
[790]446
[1822]447       REAL(wp), DIMENSION(1:radius_classes) ::  st  !< Stokes number
448       REAL(wp), DIMENSION(1:radius_classes) ::  tau !< inertial time scale
[790]449
[1822]450       lambda    = urms * SQRT( 15.0_wp * molecular_viscosity / epsilon )
[1322]451       lambda_re = urms**2 * SQRT( 15.0_wp / epsilon / molecular_viscosity )
[1822]452       tl        = urms**2 / epsilon
453       lf        = 0.5_wp * urms**3 / epsilon
454       tauk      = SQRT( molecular_viscosity / epsilon )
455       eta       = ( molecular_viscosity**3 / epsilon )**0.25_wp
[1007]456       vk        = eta / tauk
[790]457
[1359]458       ao = ( 11.0_wp + 7.0_wp * lambda_re ) / ( 205.0_wp + lambda_re )
[1822]459       tt = SQRT( 2.0_wp * lambda_re / ( SQRT( 15.0_wp ) * ao ) ) * tauk
[799]460
[1822]461!
462!--    Get terminal velocity of droplets
463       CALL fallg
[790]464
[828]465       DO  i = 1, radius_classes
[1822]466          tau(i) = winf(i) / g    ! inertial time scale
467          st(i)  = tau(i) / tauk  ! Stokes number
[790]468       ENDDO
469
[828]470!
[1822]471!--    Calculate average radial relative velocity at contact (wrfin)
[828]472       z   = tt / tl
[1322]473       be  = SQRT( 2.0_wp ) * lambda / lf
[1359]474       bbb = SQRT( 1.0_wp - 2.0_wp * be**2 )
475       d1  = ( 1.0_wp + bbb ) / ( 2.0_wp * bbb )
[1822]476       e1  = lf * ( 1.0_wp + bbb ) * 0.5_wp
[1359]477       d2  = ( 1.0_wp - bbb ) * 0.5_wp / bbb
[1822]478       e2  = lf * ( 1.0_wp - bbb ) * 0.5_wp
[1359]479       ccc = SQRT( 1.0_wp - 2.0_wp * z**2 )
480       b1  = ( 1.0_wp + ccc ) * 0.5_wp / ccc
[1822]481       c1  = tl * ( 1.0_wp + ccc ) * 0.5_wp
[1359]482       b2  = ( 1.0_wp - ccc ) * 0.5_wp / ccc
[1822]483       c2  = tl * ( 1.0_wp - ccc ) * 0.5_wp
[790]484
[828]485       DO  i = 1, radius_classes
[790]486
[1822]487          v1 = winf(i)
488          t1 = tau(i)
[790]489
[828]490          DO  j = 1, i
[1007]491             rrp = radclass(i) + radclass(j)
[1822]492             v2  = winf(j)
493             t2  = tau(j)
[790]494
[1007]495             v1xysq  = b1 * d1 * phi_w(c1,e1,v1,t1) - b1 * d2 * phi_w(c1,e2,v1,t1) &
496                     - b2 * d1 * phi_w(c2,e1,v1,t1) + b2 * d2 * phi_w(c2,e2,v1,t1)
[1822]497             v1xysq  = v1xysq * urms**2 / t1
498             vrms1xy = SQRT( v1xysq )
[790]499
[1007]500             v2xysq  = b1 * d1 * phi_w(c1,e1,v2,t2) - b1 * d2 * phi_w(c1,e2,v2,t2) &
501                     - b2 * d1 * phi_w(c2,e1,v2,t2) + b2 * d2 * phi_w(c2,e2,v2,t2)
[1822]502             v2xysq  = v2xysq * urms**2 / t2
503             vrms2xy = SQRT( v2xysq )
[790]504
[828]505             IF ( winf(i) >= winf(j) )  THEN
[799]506                v1 = winf(i)
[790]507                t1 = tau(i)
[799]508                v2 = winf(j)
[790]509                t2 = tau(j)
510             ELSE
[799]511                v1 = winf(j)
[790]512                t1 = tau(j)
[799]513                v2 = winf(i)
[790]514                t2 = tau(i)
515             ENDIF
516
[828]517             v1v2xy   =  b1 * d1 * zhi(c1,e1,v1,t1,v2,t2) - &
518                         b1 * d2 * zhi(c1,e2,v1,t1,v2,t2) - &
519                         b2 * d1 * zhi(c2,e1,v1,t1,v2,t2) + &
520                         b2 * d2* zhi(c2,e2,v1,t1,v2,t2)
521             fr       = d1 * EXP( -rrp / e1 ) - d2 * EXP( -rrp / e2 )
[1822]522             v1v2xy   = v1v2xy * fr * urms**2 / tau(i) / tau(j)
523             wrtur2xy = vrms1xy**2 + vrms2xy**2 - 2.0_wp * v1v2xy
[1359]524             IF ( wrtur2xy < 0.0_wp )  wrtur2xy = 0.0_wp
[1322]525             wrgrav2  = pi / 8.0_wp * ( winf(j) - winf(i) )**2
[1822]526             wrfin    = SQRT( ( 2.0_wp / pi ) * ( wrtur2xy + wrgrav2) )
[790]527
[828]528!
[1822]529!--          Calculate radial distribution function (grfin)
[828]530             IF ( st(j) > st(i) )  THEN
531                sst = st(j)
[790]532             ELSE
[828]533                sst = st(i)
[790]534             ENDIF
535
[1359]536             xx = -0.1988_wp * sst**4 + 1.5275_wp * sst**3 - 4.2942_wp *       &
537                   sst**2 + 5.3406_wp * sst
538             IF ( xx < 0.0_wp )  xx = 0.0_wp
539             yy = 0.1886_wp * EXP( 20.306_wp / lambda_re )
[790]540
[1007]541             c1_gr  =  xx / ( g / vk * tauk )**yy
[790]542
[1322]543             ao_gr  = ao + ( pi / 8.0_wp) * ( g / vk * tauk )**2
[1359]544             fao_gr = 20.115_wp * SQRT( ao_gr / lambda_re )
[1822]545             rc     = SQRT( fao_gr * ABS( st(j) - st(i) ) ) * eta
[790]546
[1359]547             grfin  = ( ( eta**2 + rc**2 ) / ( rrp**2 + rc**2) )**( c1_gr*0.5_wp )
548             IF ( grfin < 1.0_wp )  grfin = 1.0_wp
[790]549
[1822]550!
551!--          Calculate general collection kernel (without the consideration of
552!--          collection efficiencies)
553             gck(i,j) = 2.0_wp * pi * rrp**2 * wrfin * grfin
[790]554             gck(j,i) = gck(i,j)
555
556          ENDDO
557       ENDDO
558
[828]559    END SUBROUTINE turbsd
[790]560
[1320]561    REAL(wp) FUNCTION phi_w( a, b, vsett, tau0 )
[1822]562!
563!--    Function used in the Ayala et al. (2008) analytical model for turbulent
564!--    effects on the collision kernel
[790]565       IMPLICIT NONE
566
[1682]567       REAL(wp) ::  a     !<
568       REAL(wp) ::  aa1   !<
569       REAL(wp) ::  b     !<
570       REAL(wp) ::  tau0  !<
571       REAL(wp) ::  vsett !<
[790]572
[1359]573       aa1 = 1.0_wp / tau0 + 1.0_wp / a + vsett / b
[1822]574       phi_w = 1.0_wp / aa1  - 0.5_wp * vsett / b / aa1**2
[790]575
[1007]576    END FUNCTION phi_w
[792]577
[1320]578    REAL(wp) FUNCTION zhi( a, b, vsett1, tau1, vsett2, tau2 )
[1822]579!
580!--    Function used in the Ayala et al. (2008) analytical model for turbulent
581!--    effects on the collision kernel
[790]582       IMPLICIT NONE
583
[1682]584       REAL(wp) ::  a      !<
585       REAL(wp) ::  aa1    !<
586       REAL(wp) ::  aa2    !<
587       REAL(wp) ::  aa3    !<
588       REAL(wp) ::  aa4    !<
589       REAL(wp) ::  aa5    !<
590       REAL(wp) ::  aa6    !<
591       REAL(wp) ::  b      !<
592       REAL(wp) ::  tau1   !<
593       REAL(wp) ::  tau2   !<
594       REAL(wp) ::  vsett1 !<
595       REAL(wp) ::  vsett2 !<
[790]596
[1359]597       aa1 = vsett2 / b - 1.0_wp / tau2 - 1.0_wp / a
598       aa2 = vsett1 / b + 1.0_wp / tau1 + 1.0_wp / a
599       aa3 = ( vsett1 - vsett2 ) / b + 1.0_wp / tau1 + 1.0_wp / tau2
600       aa4 = ( vsett2 / b )**2 - ( 1.0_wp / tau2 + 1.0_wp / a )**2
601       aa5 = vsett2 / b + 1.0_wp / tau2 + 1.0_wp / a
602       aa6 = 1.0_wp / tau1 - 1.0_wp / a + ( 1.0_wp / tau2 + 1.0_wp / a) *      &
603             vsett1 / vsett2
604       zhi = (1.0_wp / aa1 - 1.0_wp / aa2 ) * ( vsett1 - vsett2 ) * 0.5_wp /   &
605             b / aa3**2 + ( 4.0_wp / aa4 - 1.0_wp / aa5**2 - 1.0_wp / aa1**2 ) &
606             * vsett2 * 0.5_wp / b /aa6 + ( 2.0_wp * ( b / aa2 - b / aa1 ) -   &
[1822]607             vsett1 / aa2**2 + vsett2 / aa1**2 ) * 0.5_wp / b / aa3
[799]608
[828]609    END FUNCTION zhi
[790]610
[828]611
[790]612!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]613! Description:
614! ------------
[1822]615!> Parameterization of terminal velocity following Rogers et al. (1993, J. Appl.
616!> Meteorol.)
[790]617!------------------------------------------------------------------------------!
[828]618    SUBROUTINE fallg
[790]619
[1320]620       USE particle_attributes,                                                &
621           ONLY:  radius_classes
[790]622
[828]623       IMPLICIT NONE
[790]624
[1822]625       INTEGER(iwp) ::  j                            !<
[790]626
[1822]627       REAL(wp), PARAMETER ::  k_cap_rog = 4.0_wp    !< parameter
628       REAL(wp), PARAMETER ::  k_low_rog = 12.0_wp   !< parameter
629       REAL(wp), PARAMETER ::  a_rog     = 9.65_wp   !< parameter
630       REAL(wp), PARAMETER ::  b_rog     = 10.43_wp  !< parameter
631       REAL(wp), PARAMETER ::  c_rog     = 0.6_wp    !< parameter
632       REAL(wp), PARAMETER ::  d0_rog    = 0.745_wp  !< seperation diameter
[790]633
[1822]634       REAL(wp)            ::  diameter              !< droplet diameter in mm
[790]635
[799]636
[828]637       DO  j = 1, radius_classes
[790]638
[1822]639          diameter = radclass(j) * 2000.0_wp
[799]640
[1822]641          IF ( diameter <= d0_rog )  THEN
642             winf(j) = k_cap_rog * diameter * ( 1.0_wp -                       &
643                                                EXP( -k_low_rog * diameter ) )
644          ELSE
645             winf(j) = a_rog - b_rog * EXP( -c_rog * diameter )
[828]646          ENDIF
[790]647
[828]648       ENDDO
[790]649
[828]650    END SUBROUTINE fallg
[790]651
[828]652
[790]653!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]654! Description:
655! ------------
[1822]656!> Interpolation of collision efficiencies (Hall, 1980, J. Atmos. Sci.)
[790]657!------------------------------------------------------------------------------!
[828]658    SUBROUTINE effic
[1320]659 
660       USE particle_attributes,                                                &
661           ONLY:  radius_classes
[790]662
[828]663       IMPLICIT NONE
[790]664
[1682]665       INTEGER(iwp) ::  i  !<
666       INTEGER(iwp) ::  iq !<
667       INTEGER(iwp) ::  ir !<
668       INTEGER(iwp) ::  j  !<
669       INTEGER(iwp) ::  k  !<
[790]670
[1682]671       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ira !<
[790]672
[1682]673       LOGICAL, SAVE ::  first = .TRUE. !<
[790]674
[1682]675       REAL(wp) ::  ek              !<
676       REAL(wp) ::  particle_radius !<
677       REAL(wp) ::  pp              !<
678       REAL(wp) ::  qq              !<
679       REAL(wp) ::  rq              !<
[790]680
[1682]681       REAL(wp), DIMENSION(1:21), SAVE ::  rat        !<
[1320]682       
[1682]683       REAL(wp), DIMENSION(1:15), SAVE ::  r0         !<
[1320]684       
[1682]685       REAL(wp), DIMENSION(1:15,1:21), SAVE ::  ecoll !<
[790]686
[792]687!
[828]688!--    Initial assignment of constants
689       IF ( first )  THEN
[790]690
[792]691         first = .FALSE.
[1822]692         r0  = (/   6.0_wp,   8.0_wp,  10.0_wp, 15.0_wp,  20.0_wp,  25.0_wp,   &
693                   30.0_wp,  40.0_wp,  50.0_wp, 60.0_wp,  70.0_wp, 100.0_wp,   &
[1359]694                  150.0_wp, 200.0_wp, 300.0_wp /)
[790]695
[1822]696         rat = (/ 0.00_wp, 0.05_wp, 0.10_wp, 0.15_wp, 0.20_wp, 0.25_wp,        &
697                  0.30_wp, 0.35_wp, 0.40_wp, 0.45_wp, 0.50_wp, 0.55_wp,        &
698                  0.60_wp, 0.65_wp, 0.70_wp, 0.75_wp, 0.80_wp, 0.85_wp,        &
[1359]699                  0.90_wp, 0.95_wp, 1.00_wp /)
700
[1822]701         ecoll(:,1)  = (/ 0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp,    &
702                          0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp,    &
[1359]703                          0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp /)
[1822]704         ecoll(:,2)  = (/ 0.003_wp, 0.003_wp, 0.003_wp, 0.004_wp, 0.005_wp,    &
705                          0.005_wp, 0.005_wp, 0.010_wp, 0.100_wp, 0.050_wp,    &
[1359]706                          0.200_wp, 0.500_wp, 0.770_wp, 0.870_wp, 0.970_wp /)
[1822]707         ecoll(:,3)  = (/ 0.007_wp, 0.007_wp, 0.007_wp, 0.008_wp, 0.009_wp,    &
708                          0.010_wp, 0.010_wp, 0.070_wp, 0.400_wp, 0.430_wp,    &
[1359]709                          0.580_wp, 0.790_wp, 0.930_wp, 0.960_wp, 1.000_wp /)
[1822]710         ecoll(:,4)  = (/ 0.009_wp, 0.009_wp, 0.009_wp, 0.012_wp, 0.015_wp,    &
711                          0.010_wp, 0.020_wp, 0.280_wp, 0.600_wp, 0.640_wp,    &
[1359]712                          0.750_wp, 0.910_wp, 0.970_wp, 0.980_wp, 1.000_wp /)
[1822]713         ecoll(:,5)  = (/ 0.014_wp, 0.014_wp, 0.014_wp, 0.015_wp, 0.016_wp,    &
714                          0.030_wp, 0.060_wp, 0.500_wp, 0.700_wp, 0.770_wp,    &
[1359]715                          0.840_wp, 0.950_wp, 0.970_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]716         ecoll(:,6)  = (/ 0.017_wp, 0.017_wp, 0.017_wp, 0.020_wp, 0.022_wp,    &
717                          0.060_wp, 0.100_wp, 0.620_wp, 0.780_wp, 0.840_wp,    &
[1359]718                          0.880_wp, 0.950_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]719         ecoll(:,7)  = (/ 0.030_wp, 0.030_wp, 0.024_wp, 0.022_wp, 0.032_wp,    &
720                          0.062_wp, 0.200_wp, 0.680_wp, 0.830_wp, 0.870_wp,    &
[1359]721                          0.900_wp, 0.950_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]722         ecoll(:,8)  = (/ 0.025_wp, 0.025_wp, 0.025_wp, 0.036_wp, 0.043_wp,    &
723                          0.130_wp, 0.270_wp, 0.740_wp, 0.860_wp, 0.890_wp,    &
[1359]724                          0.920_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]725         ecoll(:,9)  = (/ 0.027_wp, 0.027_wp, 0.027_wp, 0.040_wp, 0.052_wp,    &
726                          0.200_wp, 0.400_wp, 0.780_wp, 0.880_wp, 0.900_wp,    &
[1359]727                          0.940_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]728         ecoll(:,10) = (/ 0.030_wp, 0.030_wp, 0.030_wp, 0.047_wp, 0.064_wp,    &
729                          0.250_wp, 0.500_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(:,11) = (/ 0.040_wp, 0.040_wp, 0.033_wp, 0.037_wp, 0.068_wp,    &
732                          0.240_wp, 0.550_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(:,12) = (/ 0.035_wp, 0.035_wp, 0.035_wp, 0.055_wp, 0.079_wp,    &
735                          0.290_wp, 0.580_wp, 0.800_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(:,13) = (/ 0.037_wp, 0.037_wp, 0.037_wp, 0.062_wp, 0.082_wp,    &
738                          0.290_wp, 0.590_wp, 0.780_wp, 0.900_wp, 0.910_wp,    &
[1359]739                          0.950_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]740         ecoll(:,14) = (/ 0.037_wp, 0.037_wp, 0.037_wp, 0.060_wp, 0.080_wp,    &
741                          0.290_wp, 0.580_wp, 0.770_wp, 0.890_wp, 0.910_wp,    &
[1359]742                          0.950_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]743         ecoll(:,15) = (/ 0.037_wp, 0.037_wp, 0.037_wp, 0.041_wp, 0.075_wp,    &
744                          0.250_wp, 0.540_wp, 0.760_wp, 0.880_wp, 0.920_wp,    &
[1359]745                          0.950_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]746         ecoll(:,16) = (/ 0.037_wp, 0.037_wp, 0.037_wp, 0.052_wp, 0.067_wp,    &
747                          0.250_wp, 0.510_wp, 0.770_wp, 0.880_wp, 0.930_wp,    &
[1359]748                          0.970_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]749         ecoll(:,17) = (/ 0.037_wp, 0.037_wp, 0.037_wp, 0.047_wp, 0.057_wp,    &
750                          0.250_wp, 0.490_wp, 0.770_wp, 0.890_wp, 0.950_wp,    &
[1359]751                          1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]752         ecoll(:,18) = (/ 0.036_wp, 0.036_wp, 0.036_wp, 0.042_wp, 0.048_wp,    &
753                          0.230_wp, 0.470_wp, 0.780_wp, 0.920_wp, 1.000_wp,    &
[1359]754                          1.020_wp, 1.020_wp, 1.020_wp, 1.020_wp, 1.020_wp /)
[1822]755         ecoll(:,19) = (/ 0.040_wp, 0.040_wp, 0.035_wp, 0.033_wp, 0.040_wp,    &
756                          0.112_wp, 0.450_wp, 0.790_wp, 1.010_wp, 1.030_wp,    &
[1359]757                          1.040_wp, 1.040_wp, 1.040_wp, 1.040_wp, 1.040_wp /)
[1822]758         ecoll(:,20) = (/ 0.033_wp, 0.033_wp, 0.033_wp, 0.033_wp, 0.033_wp,    &
759                          0.119_wp, 0.470_wp, 0.950_wp, 1.300_wp, 1.700_wp,    &
[1359]760                          2.300_wp, 2.300_wp, 2.300_wp, 2.300_wp, 2.300_wp /)
[1822]761         ecoll(:,21) = (/ 0.027_wp, 0.027_wp, 0.027_wp, 0.027_wp, 0.027_wp,    &
762                          0.125_wp, 0.520_wp, 1.400_wp, 2.300_wp, 3.000_wp,    &
[1359]763                          4.000_wp, 4.000_wp, 4.000_wp, 4.000_wp, 4.000_wp /)
[828]764       ENDIF
[790]765
[792]766!
[828]767!--    Calculate the radius class index of particles with respect to array r
[1822]768!--    Radius has to be in microns
[828]769       ALLOCATE( ira(1:radius_classes) )
770       DO  j = 1, radius_classes
[1322]771          particle_radius = radclass(j) * 1.0E6_wp
[828]772          DO  k = 1, 15
773             IF ( particle_radius < r0(k) )  THEN
774                ira(j) = k
775                EXIT
776             ENDIF
777          ENDDO
778          IF ( particle_radius >= r0(15) )  ira(j) = 16
779       ENDDO
[790]780
[792]781!
[828]782!--    Two-dimensional linear interpolation of the collision efficiency.
[1822]783!--    Radius has to be in microns
[828]784       DO  j = 1, radius_classes
785          DO  i = 1, j
[792]786
[1880]787             ir = MAX( ira(i), ira(j) )
[1519]788             rq = MIN( radclass(i) / radclass(j), radclass(j) / radclass(i) )
[828]789             iq = INT( rq * 20 ) + 1
790             iq = MAX( iq , 2)
[792]791
[828]792             IF ( ir < 16 )  THEN
793                IF ( ir >= 2 )  THEN
[1822]794                   pp = ( ( MAX( radclass(j), radclass(i) ) * 1.0E6_wp ) -     &
795                          r0(ir-1) ) / ( r0(ir) - r0(ir-1) )
[1359]796                   qq = ( rq - rat(iq-1) ) / ( rat(iq) - rat(iq-1) )
797                   ec(j,i) = ( 1.0_wp - pp ) * ( 1.0_wp - qq )                 &
798                             * ecoll(ir-1,iq-1)                                &
799                             + pp * ( 1.0_wp - qq ) * ecoll(ir,iq-1)           &
800                             + qq * ( 1.0_wp - pp ) * ecoll(ir-1,iq)           &
[828]801                             + pp * qq * ecoll(ir,iq)
802                ELSE
803                   qq = ( rq - rat(iq-1) ) / ( rat(iq) - rat(iq-1) )
[1359]804                   ec(j,i) = ( 1.0_wp - qq ) * ecoll(1,iq-1) + qq * ecoll(1,iq)
[828]805                ENDIF
806             ELSE
807                qq = ( rq - rat(iq-1) ) / ( rat(iq) - rat(iq-1) )
[1359]808                ek = ( 1.0_wp - qq ) * ecoll(15,iq-1) + qq * ecoll(15,iq)
[1346]809                ec(j,i) = MIN( ek, 1.0_wp )
[1071]810             ENDIF
[792]811
[1359]812             IF ( ec(j,i) < 1.0E-20_wp )  ec(j,i) = 0.0_wp
[1071]813
[828]814             ec(i,j) = ec(j,i)
[792]815
[828]816          ENDDO
817       ENDDO
[792]818
[828]819       DEALLOCATE( ira )
[792]820
[828]821    END SUBROUTINE effic
[792]822
823
[790]824!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]825! Description:
826! ------------
[1822]827!> Interpolation of turbulent enhancement factor for collision efficencies
828!> following Wang and Grabowski (2009, Atmos. Sci. Let.)
[790]829!------------------------------------------------------------------------------!
[828]830    SUBROUTINE turb_enhance_eff
[790]831
[1320]832       USE particle_attributes,                                                &
833           ONLY:  radius_classes
[790]834
[828]835       IMPLICIT NONE
[790]836
[1682]837       INTEGER(iwp) :: i  !<
838       INTEGER(iwp) :: iq !<
839       INTEGER(iwp) :: ir !<
840       INTEGER(iwp) :: j  !<
841       INTEGER(iwp) :: k  !<
842       INTEGER(iwp) :: kk !<
[790]843
[1682]844       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ira !<
[1320]845       
[1682]846       LOGICAL, SAVE ::  first = .TRUE. !<
[790]847
[1682]848       REAL(wp) ::  particle_radius !<
849       REAL(wp) ::  pp              !<
850       REAL(wp) ::  qq              !<
851       REAL(wp) ::  rq              !<
852       REAL(wp) ::  y1              !<
853       REAL(wp) ::  y2              !<
854       REAL(wp) ::  y3              !<
[790]855
[1682]856       REAL(wp), DIMENSION(1:11), SAVE ::  rat           !<
857       REAL(wp), DIMENSION(1:7), SAVE  ::  r0            !<
[1320]858       
[1682]859       REAL(wp), DIMENSION(1:7,1:11), SAVE ::  ecoll_100 !<
860       REAL(wp), DIMENSION(1:7,1:11), SAVE ::  ecoll_400 !<
[799]861
862!
[828]863!--    Initial assignment of constants
864       IF ( first )  THEN
[799]865
[828]866          first = .FALSE.
[799]867
[1359]868          r0  = (/  10.0_wp, 20.0_wp, 30.0_wp, 40.0_wp, 50.0_wp, 60.0_wp,  &
869                   100.0_wp /)
870
871          rat = (/ 0.0_wp, 0.1_wp, 0.2_wp, 0.3_wp, 0.4_wp, 0.5_wp, 0.6_wp, &
872                   0.7_wp, 0.8_wp, 0.9_wp, 1.0_wp /)
[828]873!
[1822]874!--       Tabulated turbulent enhancement factor at 100 cm**2/s**3
[1359]875          ecoll_100(:,1)  = (/  1.74_wp,   1.74_wp,   1.773_wp, 1.49_wp,  &
876                                1.207_wp,  1.207_wp,  1.0_wp /)
877          ecoll_100(:,2)  = (/  1.46_wp,   1.46_wp,   1.421_wp, 1.245_wp, &
878                                1.069_wp,  1.069_wp,  1.0_wp /)
879          ecoll_100(:,3)  = (/  1.32_wp,   1.32_wp,   1.245_wp, 1.123_wp, &
880                                1.000_wp,  1.000_wp,  1.0_wp /)
881          ecoll_100(:,4)  = (/  1.250_wp,  1.250_wp,  1.148_wp, 1.087_wp, &
882                                1.025_wp,  1.025_wp,  1.0_wp /)
883          ecoll_100(:,5)  = (/  1.186_wp,  1.186_wp,  1.066_wp, 1.060_wp, &
884                                1.056_wp,  1.056_wp,  1.0_wp /)
885          ecoll_100(:,6)  = (/  1.045_wp,  1.045_wp,  1.000_wp, 1.014_wp, &
886                                1.028_wp,  1.028_wp,  1.0_wp /)
887          ecoll_100(:,7)  = (/  1.070_wp,  1.070_wp,  1.030_wp, 1.038_wp, &
888                                1.046_wp,  1.046_wp,  1.0_wp /)
889          ecoll_100(:,8)  = (/  1.000_wp,  1.000_wp,  1.054_wp, 1.042_wp, &
890                                1.029_wp,  1.029_wp,  1.0_wp /)
891          ecoll_100(:,9)  = (/  1.223_wp,  1.223_wp,  1.117_wp, 1.069_wp, &
892                                1.021_wp,  1.021_wp,  1.0_wp /)
893          ecoll_100(:,10) = (/  1.570_wp,  1.570_wp,  1.244_wp, 1.166_wp, &
894                                1.088_wp,  1.088_wp,  1.0_wp /)
[1822]895          ecoll_100(:,11) = (/ 20.3_wp,   20.3_wp,   14.6_wp,   8.61_wp,  &
[1359]896                                2.60_wp,   2.60_wp,   1.0_wp /)
[828]897!
[1822]898!--       Tabulated turbulent enhancement factor at 400 cm**2/s**3
[1359]899          ecoll_400(:,1)  = (/  4.976_wp,  4.976_wp,  3.593_wp,  2.519_wp, &
900                                1.445_wp,  1.445_wp,  1.0_wp /)
901          ecoll_400(:,2)  = (/  2.984_wp,  2.984_wp,  2.181_wp,  1.691_wp, &
902                                1.201_wp,  1.201_wp,  1.0_wp /)
903          ecoll_400(:,3)  = (/  1.988_wp,  1.988_wp,  1.475_wp,  1.313_wp, &
904                                1.150_wp,  1.150_wp,  1.0_wp /)
905          ecoll_400(:,4)  = (/  1.490_wp,  1.490_wp,  1.187_wp,  1.156_wp, &
906                                1.126_wp,  1.126_wp,  1.0_wp /)
907          ecoll_400(:,5)  = (/  1.249_wp,  1.249_wp,  1.088_wp,  1.090_wp, &
908                                1.092_wp,  1.092_wp,  1.0_wp /)
909          ecoll_400(:,6)  = (/  1.139_wp,  1.139_wp,  1.130_wp,  1.091_wp, &
910                                1.051_wp,  1.051_wp,  1.0_wp /)
911          ecoll_400(:,7)  = (/  1.220_wp,  1.220_wp,  1.190_wp,  1.138_wp, &
912                                1.086_wp,  1.086_wp,  1.0_wp /)
913          ecoll_400(:,8)  = (/  1.325_wp,  1.325_wp,  1.267_wp,  1.165_wp, &
914                                1.063_wp,  1.063_wp,  1.0_wp /)
915          ecoll_400(:,9)  = (/  1.716_wp,  1.716_wp,  1.345_wp,  1.223_wp, &
916                                1.100_wp,  1.100_wp,  1.0_wp /)
917          ecoll_400(:,10) = (/  3.788_wp,  3.788_wp,  1.501_wp,  1.311_wp, &
918                                1.120_wp,  1.120_wp,  1.0_wp /)
919          ecoll_400(:,11) = (/ 36.52_wp,  36.52_wp,  19.16_wp,  22.80_wp,  &
920                               26.0_wp,   26.0_wp,    1.0_wp /)
[799]921
[828]922       ENDIF
[790]923
[828]924!
925!--    Calculate the radius class index of particles with respect to array r0
[1822]926!--    The droplet radius has to be given in microns.
[828]927       ALLOCATE( ira(1:radius_classes) )
[790]928
[828]929       DO  j = 1, radius_classes
[1322]930          particle_radius = radclass(j) * 1.0E6_wp
[828]931          DO  k = 1, 7
932             IF ( particle_radius < r0(k) )  THEN
933                ira(j) = k
934                EXIT
935             ENDIF
936          ENDDO
937          IF ( particle_radius >= r0(7) )  ira(j) = 8
938       ENDDO
[799]939
940!
[1822]941!--    Two-dimensional linear interpolation of the turbulent enhancement factor.
942!--    The droplet radius has to be given in microns.
[828]943       DO  j =  1, radius_classes
944          DO  i = 1, j
[799]945
[1880]946             ir = MAX( ira(i), ira(j) )
[1519]947             rq = MIN( radclass(i) / radclass(j), radclass(j) / radclass(i) )
[799]948
[828]949             DO  kk = 2, 11
950                IF ( rq <= rat(kk) )  THEN
951                   iq = kk
952                   EXIT
953                ENDIF
954             ENDDO
[790]955
[1822]956             y1 = 1.0_wp  ! turbulent enhancement factor at 0 m**2/s**3
[1007]957
[828]958             IF ( ir < 8 )  THEN
959                IF ( ir >= 2 )  THEN
[1822]960                   pp = ( MAX( radclass(j), radclass(i) ) * 1.0E6_wp -  &
961                          r0(ir-1) ) / ( r0(ir) - r0(ir-1) )
[828]962                   qq = ( rq - rat(iq-1) ) / ( rat(iq) - rat(iq-1) )
[1359]963                   y2 = ( 1.0_wp - pp ) * ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_100(ir-1,iq-1) + &
964                                pp * ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_100(ir,iq-1)        + &
965                                qq * ( 1.0_wp - pp ) * ecoll_100(ir-1,iq)        + &
966                                pp * qq              * ecoll_100(ir,iq)
967                   y3 = ( 1.0-pp ) * ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_400(ir-1,iq-1)      + &
968                                pp * ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_400(ir,iq-1)        + &
969                                qq * ( 1.0_wp - pp ) * ecoll_400(ir-1,iq)        + &
970                                pp * qq              * ecoll_400(ir,iq)
[828]971                ELSE
972                   qq = ( rq - rat(iq-1) ) / ( rat(iq) - rat(iq-1) )
[1359]973                   y2 = ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_100(1,iq-1) + qq * ecoll_100(1,iq)
974                   y3 = ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_400(1,iq-1) + qq * ecoll_400(1,iq)
[828]975                ENDIF
976             ELSE
977                qq = ( rq - rat(iq-1) ) / ( rat(iq) - rat(iq-1) )
[1359]978                y2 = ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_100(7,iq-1) + qq * ecoll_100(7,iq)
979                y3 = ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_400(7,iq-1) + qq * ecoll_400(7,iq)
[828]980             ENDIF
981!
[1822]982!--          Linear interpolation of turbulent enhancement factor
[1359]983             IF ( epsilon <= 0.01_wp )  THEN
984                ecf(j,i) = ( epsilon - 0.01_wp ) / ( 0.0_wp  - 0.01_wp ) * y1 &
985                         + ( epsilon - 0.0_wp  ) / ( 0.01_wp - 0.0_wp  ) * y2
986             ELSEIF ( epsilon <= 0.06_wp )  THEN
987                ecf(j,i) = ( epsilon - 0.04_wp ) / ( 0.01_wp - 0.04_wp ) * y2 &
988                         + ( epsilon - 0.01_wp ) / ( 0.04_wp - 0.01_wp ) * y3
[828]989             ELSE
[1359]990                ecf(j,i) = ( 0.06_wp - 0.04_wp ) / ( 0.01_wp - 0.04_wp ) * y2 &
991                         + ( 0.06_wp - 0.01_wp ) / ( 0.04_wp - 0.01_wp ) * y3
[828]992             ENDIF
[790]993
[1359]994             IF ( ecf(j,i) < 1.0_wp )  ecf(j,i) = 1.0_wp
[790]995
[828]996             ecf(i,j) = ecf(j,i)
[790]997
[828]998          ENDDO
999       ENDDO
[790]1000
[828]1001    END SUBROUTINE turb_enhance_eff
[790]1002
[825]1003 END MODULE lpm_collision_kernels_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.