source: palm/trunk/SOURCE/lpm_collision_kernels.f90 @ 1881

Last change on this file since 1881 was 1881, checked in by hoffmann, 8 years ago

last commit documented

  • 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! -----------------
[1881]21!
[1347]22!
[1321]23! Former revisions:
24! -----------------
25! $Id: lpm_collision_kernels.f90 1881 2016-04-20 09:37:35Z hoffmann $
26!
[1881]27! 1880 2016-04-20 09:36:50Z hoffmann
28! Bugfix: The index of the larger particle has to be chosen for interpolation.
29!
[1874]30! 1873 2016-04-18 14:50:06Z maronga
31! Module renamed (removed _mod)
32!
[1859]33! 1858 2016-04-13 13:12:11Z hoffmann
34! Interpolation of collision kernels adjusted to more reasonable values.
35! Reformatting of the code.
36!
[1851]37! 1850 2016-04-08 13:29:27Z maronga
38! Module renamed
39!
[1823]40! 1822 2016-04-07 07:49:42Z hoffmann
41! PALM kernel has been deleted.
42! Bugfix in the calculation of the turbulent enhancement factor of the
43! collection efficiency.
44!
45! Unused variables removed.
46!
[1777]47! 1776 2016-03-02 17:54:58Z hoffmann
48! Bugfix: Collection efficiencies must be calculated for the larger droplet.
49!
[1683]50! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
51! Code annotations made doxygen readable
52!
[1520]53! 1519 2015-01-08 10:20:42Z hoffmann
54! Bugfix: Using the new particle structure, particles are not sorted by size.
55! Hence, computation of collision efficiencies must ensure that the ratio of
56! two colliding droplets is < 1.
57!
[1360]58! 1359 2014-04-11 17:15:14Z hoffmann
59! New particle structure integrated.
60! Kind definition added to all floating point numbers.
61!
[1347]62! 1346 2014-03-27 13:18:20Z heinze
63! Bugfix: REAL constants provided with KIND-attribute especially in call of
64! intrinsic function like MAX, MIN, SIGN
65!
[1323]66! 1322 2014-03-20 16:38:49Z raasch
67! REAL constants defined as wp_kind
68!
[1321]69! 1320 2014-03-20 08:40:49Z
[1320]70! ONLY-attribute added to USE-statements,
71! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
72! kinds are defined in new module kinds,
73! revision history before 2012 removed,
74! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
75! all variable declaration statements
[1008]76!
[1093]77! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
78! unused variables removed
79!
[1072]80! 1071 2012-11-29 16:54:55Z franke
81! Bugfix: collision efficiencies for Hall kernel should not be < 1.0E-20
82!
[1037]83! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
84! code put under GPL (PALM 3.9)
85!
[1008]86! 1007 2012-09-19 14:30:36Z franke
[1007]87! converted all units to SI units and replaced some parameters by corresponding
88! PALM parameters
89! Bugfix: factor in calculation of enhancement factor for collision efficencies
90! changed from 10. to 1.0
[829]91!
[850]92! 849 2012-03-15 10:35:09Z raasch
93! routine collision_efficiency_rogers added (moved from former advec_particles
94! to here)
95!
[836]96! 835 2012-02-22 11:21:19Z raasch $
97! Bugfix: array diss can be used only in case of Wang kernel
98!
[829]99! 828 2012-02-21 12:00:36Z raasch
[828]100! code has been completely reformatted, routine colker renamed
101! recalculate_kernel,
102! routine init_kernels added, radius is now communicated to the collision
103! routines by array radclass
[790]104!
[828]105! Bugfix: transformation factor for dissipation changed from 1E5 to 1E4
106!
[826]107! 825 2012-02-19 03:03:44Z raasch
108! routine renamed from wang_kernel to lpm_collision_kernels,
109! turbulence_effects on collision replaced by wang_kernel
110!
[791]111! 790 2011-11-29 03:11:20Z raasch
112! initial revision
[790]113!
114! Description:
115! ------------
[1682]116!> This module calculates collision efficiencies either due to pure gravitational
117!> effects (Hall kernel, see Hall, 1980: J. Atmos. Sci., 2486-2507) or
[1822]118!> including the effects of turbulence (Wang kernel, see Wang and
119!> Grabowski, 2009: Atmos. Sci. Lett., 10, 1-8, and Ayala et al., 2008:
120!> New J. Phys., 10, 075016). The original code has been
[1682]121!> provided by L.-P. Wang but is substantially reformatted and speed optimized
122!> here.
[790]123!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]124 MODULE lpm_collision_kernels_mod
125 
[790]126
[1320]127    USE constants,                                                             &
128        ONLY:  pi
129       
130    USE kinds
131
132    USE particle_attributes,                                                   &
[1822]133        ONLY:  collision_kernel, dissipation_classes, particles,               &
134               radius_classes
[1320]135
[828]136    USE pegrid
[790]137
[828]138
[790]139    IMPLICIT NONE
140
141    PRIVATE
142
[1822]143    PUBLIC  ckernel, init_kernels, rclass_lbound, rclass_ubound,               &
144            recalculate_kernel
[790]145
[1682]146    REAL(wp) ::  epsilon       !<
147    REAL(wp) ::  rclass_lbound !<
148    REAL(wp) ::  rclass_ubound !<
149    REAL(wp) ::  urms          !<
[790]150
[1822]151    REAL(wp), DIMENSION(:),   ALLOCATABLE ::  epsclass  !< dissipation rate class
152    REAL(wp), DIMENSION(:),   ALLOCATABLE ::  radclass  !< radius class
153    REAL(wp), DIMENSION(:),   ALLOCATABLE ::  winf      !<
[1320]154   
[1822]155    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ec        !<
156    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ecf       !<
157    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  gck       !<
158    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  hkernel   !<
159    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  hwratio   !<
[1320]160   
[1822]161    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  ckernel !<
[792]162
[828]163    SAVE
[792]164
[790]165!
166!-- Public interfaces
[828]167    INTERFACE init_kernels
168       MODULE PROCEDURE init_kernels
169    END INTERFACE init_kernels
[790]170
[828]171    INTERFACE recalculate_kernel
172       MODULE PROCEDURE recalculate_kernel
173    END INTERFACE recalculate_kernel
[790]174
175
[828]176    CONTAINS
[790]177
[792]178
[828]179!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]180! Description:
181! ------------
182!> Initialization of the collision efficiency matrix with fixed radius and
183!> dissipation classes, calculated at simulation start only.
[828]184!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]185 
186    SUBROUTINE init_kernels
[792]187
[828]188       IMPLICIT NONE
[792]189
[1682]190       INTEGER(iwp) ::  i !<
191       INTEGER(iwp) ::  j !<
192       INTEGER(iwp) ::  k !<
[790]193
[828]194
195!
196!--    Calculate collision efficiencies for fixed radius- and dissipation
197!--    classes
198       IF ( collision_kernel(6:9) == 'fast' )  THEN
199
[1822]200          ALLOCATE( ckernel(1:radius_classes,1:radius_classes,                 &
201                    0:dissipation_classes), epsclass(1:dissipation_classes),   &
[828]202                    radclass(1:radius_classes) )
203
204!
205!--       Calculate the radius class bounds with logarithmic distances
[1858]206!--       in the interval [1.0E-6, 1000.0E-6] m
[1322]207          rclass_lbound = LOG( 1.0E-6_wp )
[1858]208          rclass_ubound = LOG( 1000.0E-6_wp )
[1822]209          radclass(1)   = EXP( rclass_lbound )
[828]210          DO  i = 2, radius_classes
211             radclass(i) = EXP( rclass_lbound +                                &
[1359]212                                ( rclass_ubound - rclass_lbound ) *            &
213                                ( i - 1.0_wp ) / ( radius_classes - 1.0_wp ) )
[828]214          ENDDO
215
216!
[1858]217!--       Set the class bounds for dissipation in interval [0.0, 600.0] cm**2/s**3
[828]218          DO  i = 1, dissipation_classes
[1858]219             epsclass(i) = 0.06_wp * REAL( i, KIND=wp ) / dissipation_classes
[828]220          ENDDO
221!
222!--       Calculate collision efficiencies of the Wang/ayala kernel
223          ALLOCATE( ec(1:radius_classes,1:radius_classes),  &
224                    ecf(1:radius_classes,1:radius_classes), &
225                    gck(1:radius_classes,1:radius_classes), &
226                    winf(1:radius_classes) )
227
228          DO  k = 1, dissipation_classes
229
230             epsilon = epsclass(k)
[1359]231             urms    = 2.02_wp * ( epsilon / 0.04_wp )**( 1.0_wp / 3.0_wp )
[828]232
233             CALL turbsd
234             CALL turb_enhance_eff
235             CALL effic
236
237             DO  j = 1, radius_classes
238                DO  i = 1, radius_classes
239                   ckernel(i,j,k) = ec(i,j) * gck(i,j) * ecf(i,j)
240                ENDDO
241             ENDDO
242
243          ENDDO
244
245!
246!--       Calculate collision efficiencies of the Hall kernel
247          ALLOCATE( hkernel(1:radius_classes,1:radius_classes), &
248                    hwratio(1:radius_classes,1:radius_classes) )
249
250          CALL fallg
251          CALL effic
252
253          DO  j = 1, radius_classes
254             DO  i =  1, radius_classes
255                hkernel(i,j) = pi * ( radclass(j) + radclass(i) )**2 &
256                                  * ec(i,j) * ABS( winf(j) - winf(i) )
257                ckernel(i,j,0) = hkernel(i,j)  ! hall kernel stored on index 0
258              ENDDO
259          ENDDO
260
261!
262!--       Test output of efficiencies
263          IF ( j == -1 )  THEN
264
265             PRINT*, '*** Hall kernel'
[1359]266             WRITE ( *,'(5X,20(F4.0,1X))' ) ( radclass(i)*1.0E6_wp, &
[1007]267                                              i = 1,radius_classes )
[828]268             DO  j = 1, radius_classes
[1007]269                WRITE ( *,'(F4.0,1X,20(F8.4,1X))' ) radclass(j),  &
270                                          ( hkernel(i,j), i = 1,radius_classes )
[828]271             ENDDO
272
273             DO  k = 1, dissipation_classes
274                DO  i = 1, radius_classes
275                   DO  j = 1, radius_classes
[1359]276                      IF ( hkernel(i,j) == 0.0_wp )  THEN
277                         hwratio(i,j) = 9999999.9_wp
[828]278                      ELSE
279                         hwratio(i,j) = ckernel(i,j,k) / hkernel(i,j)
280                      ENDIF
281                   ENDDO
282                ENDDO
283
284                PRINT*, '*** epsilon = ', epsclass(k)
[1359]285                WRITE ( *,'(5X,20(F4.0,1X))' ) ( radclass(i) * 1.0E6_wp, &
[1007]286                                                 i = 1,radius_classes )
[828]287                DO  j = 1, radius_classes
[1359]288                   WRITE ( *,'(F4.0,1X,20(F8.4,1X))' ) radclass(j) * 1.0E6_wp, &
[1007]289                                          ( hwratio(i,j), i = 1,radius_classes )
[828]290                ENDDO
291             ENDDO
292
293          ENDIF
294
295          DEALLOCATE( ec, ecf, epsclass, gck, hkernel, winf )
296
297       ENDIF
298
299    END SUBROUTINE init_kernels
300
301
[790]302!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]303! Description:
304! ------------
305!> Calculation of collision kernels during each timestep and for each grid box
[790]306!------------------------------------------------------------------------------!
[828]307    SUBROUTINE recalculate_kernel( i1, j1, k1 )
[790]308
[1320]309       USE arrays_3d,                                                          &
310           ONLY:  diss
[790]311
[1320]312       USE particle_attributes,                                                &
[1858]313           ONLY:  number_of_particles, prt_count, radius_classes, wang_kernel
[1320]314
[790]315       IMPLICIT NONE
316
[1682]317       INTEGER(iwp) ::  i      !<
318       INTEGER(iwp) ::  i1     !<
319       INTEGER(iwp) ::  j      !<
320       INTEGER(iwp) ::  j1     !<
321       INTEGER(iwp) ::  k1     !<
[790]322
323
[1858]324       number_of_particles = prt_count(k1,j1,i1)
325       radius_classes      = number_of_particles   ! necessary to use the same
326                                                   ! subroutines as for
327                                                   ! precalculated kernels
[792]328
[1858]329       ALLOCATE( ec(1:number_of_particles,1:number_of_particles), &
330                 radclass(1:number_of_particles), winf(1:number_of_particles) )
[790]331
[828]332!
[1007]333!--    Store particle radii on the radclass array
[1858]334       radclass(1:number_of_particles) = particles(1:number_of_particles)%radius
[790]335
[835]336       IF ( wang_kernel )  THEN
[1007]337          epsilon = diss(k1,j1,i1)   ! dissipation rate in m**2/s**3
[835]338       ELSE
[1359]339          epsilon = 0.0_wp
[835]340       ENDIF
[1359]341       urms    = 2.02_wp * ( epsilon / 0.04_wp )**( 0.33333333333_wp )
[790]342
[1359]343       IF ( wang_kernel  .AND.  epsilon > 1.0E-7_wp )  THEN
[828]344!
345!--       Call routines to calculate efficiencies for the Wang kernel
[1858]346          ALLOCATE( gck(1:number_of_particles,1:number_of_particles), &
347                    ecf(1:number_of_particles,1:number_of_particles) )
[790]348
[828]349          CALL turbsd
350          CALL turb_enhance_eff
351          CALL effic
[790]352
[1858]353          DO  j = 1, number_of_particles
354             DO  i =  1, number_of_particles
355                ckernel(1+i-1,1+j-1,1) = ec(i,j) * gck(i,j) * ecf(i,j)
[790]356             ENDDO
[828]357          ENDDO
[790]358
[828]359          DEALLOCATE( gck, ecf )
[790]360
361       ELSE
[828]362!
363!--       Call routines to calculate efficiencies for the Hall kernel
[790]364          CALL fallg
365          CALL effic
366
[1858]367          DO  j = 1, number_of_particles
368             DO  i =  1, number_of_particles
369                ckernel(i,j,1) = pi * ( radclass(j) + radclass(i) )**2         &
370                                    * ec(i,j) * ABS( winf(j) - winf(i) )
[790]371             ENDDO
372          ENDDO
373
374       ENDIF
375
[828]376       DEALLOCATE( ec, radclass, winf )
[790]377
[828]378    END SUBROUTINE recalculate_kernel
[790]379
[828]380
[790]381!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]382! Description:
383! ------------
[1822]384!> Calculation of effects of turbulence on the geometric collision kernel
385!> (by including the droplets' average radial relative velocities and their
386!> radial distribution function) following the analytic model by Aayala et al.
387!> (2008, New J. Phys.). For details check the second part 2 of the publication,
388!> page 37ff.
389!>
390!> Input parameters, which need to be replaced by PALM parameters:
391!>    water density, air density
[790]392!------------------------------------------------------------------------------!
[792]393    SUBROUTINE turbsd
[799]394
[1320]395       USE control_parameters,                                                 &
396           ONLY:  g, molecular_viscosity
397   
398       USE particle_attributes,                                                &
399           ONLY:  radius_classes
[790]400
401       IMPLICIT NONE
402
[1682]403       INTEGER(iwp) ::  i     !<
404       INTEGER(iwp) ::  j     !<
[790]405
[1682]406       REAL(wp) ::  ao        !<
407       REAL(wp) ::  ao_gr     !<
408       REAL(wp) ::  bbb       !<
409       REAL(wp) ::  be        !<
410       REAL(wp) ::  b1        !<
411       REAL(wp) ::  b2        !<
412       REAL(wp) ::  ccc       !<
413       REAL(wp) ::  c1        !<
414       REAL(wp) ::  c1_gr     !<
415       REAL(wp) ::  c2        !<
416       REAL(wp) ::  d1        !<
417       REAL(wp) ::  d2        !<
418       REAL(wp) ::  eta       !<
419       REAL(wp) ::  e1        !<
420       REAL(wp) ::  e2        !<
421       REAL(wp) ::  fao_gr    !<
422       REAL(wp) ::  fr        !<
423       REAL(wp) ::  grfin     !<
424       REAL(wp) ::  lambda    !<
425       REAL(wp) ::  lambda_re !<
426       REAL(wp) ::  lf        !<
427       REAL(wp) ::  rc        !<
428       REAL(wp) ::  rrp       !<
429       REAL(wp) ::  sst       !<
430       REAL(wp) ::  tauk      !<
431       REAL(wp) ::  tl        !<
432       REAL(wp) ::  t2        !<
433       REAL(wp) ::  tt        !<
434       REAL(wp) ::  t1        !<
435       REAL(wp) ::  vk        !<
436       REAL(wp) ::  vrms1xy   !<
437       REAL(wp) ::  vrms2xy   !<
438       REAL(wp) ::  v1        !<
439       REAL(wp) ::  v1v2xy    !<
440       REAL(wp) ::  v1xysq    !<
441       REAL(wp) ::  v2        !<
442       REAL(wp) ::  v2xysq    !<
443       REAL(wp) ::  wrfin     !<
444       REAL(wp) ::  wrgrav2   !<
445       REAL(wp) ::  wrtur2xy  !<
446       REAL(wp) ::  xx        !<
447       REAL(wp) ::  yy        !<
448       REAL(wp) ::  z         !<
[790]449
[1822]450       REAL(wp), DIMENSION(1:radius_classes) ::  st  !< Stokes number
451       REAL(wp), DIMENSION(1:radius_classes) ::  tau !< inertial time scale
[790]452
[1822]453       lambda    = urms * SQRT( 15.0_wp * molecular_viscosity / epsilon )
[1322]454       lambda_re = urms**2 * SQRT( 15.0_wp / epsilon / molecular_viscosity )
[1822]455       tl        = urms**2 / epsilon
456       lf        = 0.5_wp * urms**3 / epsilon
457       tauk      = SQRT( molecular_viscosity / epsilon )
458       eta       = ( molecular_viscosity**3 / epsilon )**0.25_wp
[1007]459       vk        = eta / tauk
[790]460
[1359]461       ao = ( 11.0_wp + 7.0_wp * lambda_re ) / ( 205.0_wp + lambda_re )
[1822]462       tt = SQRT( 2.0_wp * lambda_re / ( SQRT( 15.0_wp ) * ao ) ) * tauk
[799]463
[1822]464!
465!--    Get terminal velocity of droplets
466       CALL fallg
[790]467
[828]468       DO  i = 1, radius_classes
[1822]469          tau(i) = winf(i) / g    ! inertial time scale
470          st(i)  = tau(i) / tauk  ! Stokes number
[790]471       ENDDO
472
[828]473!
[1822]474!--    Calculate average radial relative velocity at contact (wrfin)
[828]475       z   = tt / tl
[1322]476       be  = SQRT( 2.0_wp ) * lambda / lf
[1359]477       bbb = SQRT( 1.0_wp - 2.0_wp * be**2 )
478       d1  = ( 1.0_wp + bbb ) / ( 2.0_wp * bbb )
[1822]479       e1  = lf * ( 1.0_wp + bbb ) * 0.5_wp
[1359]480       d2  = ( 1.0_wp - bbb ) * 0.5_wp / bbb
[1822]481       e2  = lf * ( 1.0_wp - bbb ) * 0.5_wp
[1359]482       ccc = SQRT( 1.0_wp - 2.0_wp * z**2 )
483       b1  = ( 1.0_wp + ccc ) * 0.5_wp / ccc
[1822]484       c1  = tl * ( 1.0_wp + ccc ) * 0.5_wp
[1359]485       b2  = ( 1.0_wp - ccc ) * 0.5_wp / ccc
[1822]486       c2  = tl * ( 1.0_wp - ccc ) * 0.5_wp
[790]487
[828]488       DO  i = 1, radius_classes
[790]489
[1822]490          v1 = winf(i)
491          t1 = tau(i)
[790]492
[828]493          DO  j = 1, i
[1007]494             rrp = radclass(i) + radclass(j)
[1822]495             v2  = winf(j)
496             t2  = tau(j)
[790]497
[1007]498             v1xysq  = b1 * d1 * phi_w(c1,e1,v1,t1) - b1 * d2 * phi_w(c1,e2,v1,t1) &
499                     - b2 * d1 * phi_w(c2,e1,v1,t1) + b2 * d2 * phi_w(c2,e2,v1,t1)
[1822]500             v1xysq  = v1xysq * urms**2 / t1
501             vrms1xy = SQRT( v1xysq )
[790]502
[1007]503             v2xysq  = b1 * d1 * phi_w(c1,e1,v2,t2) - b1 * d2 * phi_w(c1,e2,v2,t2) &
504                     - b2 * d1 * phi_w(c2,e1,v2,t2) + b2 * d2 * phi_w(c2,e2,v2,t2)
[1822]505             v2xysq  = v2xysq * urms**2 / t2
506             vrms2xy = SQRT( v2xysq )
[790]507
[828]508             IF ( winf(i) >= winf(j) )  THEN
[799]509                v1 = winf(i)
[790]510                t1 = tau(i)
[799]511                v2 = winf(j)
[790]512                t2 = tau(j)
513             ELSE
[799]514                v1 = winf(j)
[790]515                t1 = tau(j)
[799]516                v2 = winf(i)
[790]517                t2 = tau(i)
518             ENDIF
519
[828]520             v1v2xy   =  b1 * d1 * zhi(c1,e1,v1,t1,v2,t2) - &
521                         b1 * d2 * zhi(c1,e2,v1,t1,v2,t2) - &
522                         b2 * d1 * zhi(c2,e1,v1,t1,v2,t2) + &
523                         b2 * d2* zhi(c2,e2,v1,t1,v2,t2)
524             fr       = d1 * EXP( -rrp / e1 ) - d2 * EXP( -rrp / e2 )
[1822]525             v1v2xy   = v1v2xy * fr * urms**2 / tau(i) / tau(j)
526             wrtur2xy = vrms1xy**2 + vrms2xy**2 - 2.0_wp * v1v2xy
[1359]527             IF ( wrtur2xy < 0.0_wp )  wrtur2xy = 0.0_wp
[1322]528             wrgrav2  = pi / 8.0_wp * ( winf(j) - winf(i) )**2
[1822]529             wrfin    = SQRT( ( 2.0_wp / pi ) * ( wrtur2xy + wrgrav2) )
[790]530
[828]531!
[1822]532!--          Calculate radial distribution function (grfin)
[828]533             IF ( st(j) > st(i) )  THEN
534                sst = st(j)
[790]535             ELSE
[828]536                sst = st(i)
[790]537             ENDIF
538
[1359]539             xx = -0.1988_wp * sst**4 + 1.5275_wp * sst**3 - 4.2942_wp *       &
540                   sst**2 + 5.3406_wp * sst
541             IF ( xx < 0.0_wp )  xx = 0.0_wp
542             yy = 0.1886_wp * EXP( 20.306_wp / lambda_re )
[790]543
[1007]544             c1_gr  =  xx / ( g / vk * tauk )**yy
[790]545
[1322]546             ao_gr  = ao + ( pi / 8.0_wp) * ( g / vk * tauk )**2
[1359]547             fao_gr = 20.115_wp * SQRT( ao_gr / lambda_re )
[1822]548             rc     = SQRT( fao_gr * ABS( st(j) - st(i) ) ) * eta
[790]549
[1359]550             grfin  = ( ( eta**2 + rc**2 ) / ( rrp**2 + rc**2) )**( c1_gr*0.5_wp )
551             IF ( grfin < 1.0_wp )  grfin = 1.0_wp
[790]552
[1822]553!
554!--          Calculate general collection kernel (without the consideration of
555!--          collection efficiencies)
556             gck(i,j) = 2.0_wp * pi * rrp**2 * wrfin * grfin
[790]557             gck(j,i) = gck(i,j)
558
559          ENDDO
560       ENDDO
561
[828]562    END SUBROUTINE turbsd
[790]563
[1320]564    REAL(wp) FUNCTION phi_w( a, b, vsett, tau0 )
[1822]565!
566!--    Function used in the Ayala et al. (2008) analytical model for turbulent
567!--    effects on the collision kernel
[790]568       IMPLICIT NONE
569
[1682]570       REAL(wp) ::  a     !<
571       REAL(wp) ::  aa1   !<
572       REAL(wp) ::  b     !<
573       REAL(wp) ::  tau0  !<
574       REAL(wp) ::  vsett !<
[790]575
[1359]576       aa1 = 1.0_wp / tau0 + 1.0_wp / a + vsett / b
[1822]577       phi_w = 1.0_wp / aa1  - 0.5_wp * vsett / b / aa1**2
[790]578
[1007]579    END FUNCTION phi_w
[792]580
[1320]581    REAL(wp) FUNCTION zhi( a, b, vsett1, tau1, vsett2, tau2 )
[1822]582!
583!--    Function used in the Ayala et al. (2008) analytical model for turbulent
584!--    effects on the collision kernel
[790]585       IMPLICIT NONE
586
[1682]587       REAL(wp) ::  a      !<
588       REAL(wp) ::  aa1    !<
589       REAL(wp) ::  aa2    !<
590       REAL(wp) ::  aa3    !<
591       REAL(wp) ::  aa4    !<
592       REAL(wp) ::  aa5    !<
593       REAL(wp) ::  aa6    !<
594       REAL(wp) ::  b      !<
595       REAL(wp) ::  tau1   !<
596       REAL(wp) ::  tau2   !<
597       REAL(wp) ::  vsett1 !<
598       REAL(wp) ::  vsett2 !<
[790]599
[1359]600       aa1 = vsett2 / b - 1.0_wp / tau2 - 1.0_wp / a
601       aa2 = vsett1 / b + 1.0_wp / tau1 + 1.0_wp / a
602       aa3 = ( vsett1 - vsett2 ) / b + 1.0_wp / tau1 + 1.0_wp / tau2
603       aa4 = ( vsett2 / b )**2 - ( 1.0_wp / tau2 + 1.0_wp / a )**2
604       aa5 = vsett2 / b + 1.0_wp / tau2 + 1.0_wp / a
605       aa6 = 1.0_wp / tau1 - 1.0_wp / a + ( 1.0_wp / tau2 + 1.0_wp / a) *      &
606             vsett1 / vsett2
607       zhi = (1.0_wp / aa1 - 1.0_wp / aa2 ) * ( vsett1 - vsett2 ) * 0.5_wp /   &
608             b / aa3**2 + ( 4.0_wp / aa4 - 1.0_wp / aa5**2 - 1.0_wp / aa1**2 ) &
609             * vsett2 * 0.5_wp / b /aa6 + ( 2.0_wp * ( b / aa2 - b / aa1 ) -   &
[1822]610             vsett1 / aa2**2 + vsett2 / aa1**2 ) * 0.5_wp / b / aa3
[799]611
[828]612    END FUNCTION zhi
[790]613
[828]614
[790]615!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]616! Description:
617! ------------
[1822]618!> Parameterization of terminal velocity following Rogers et al. (1993, J. Appl.
619!> Meteorol.)
[790]620!------------------------------------------------------------------------------!
[828]621    SUBROUTINE fallg
[790]622
[1320]623       USE particle_attributes,                                                &
624           ONLY:  radius_classes
[790]625
[828]626       IMPLICIT NONE
[790]627
[1822]628       INTEGER(iwp) ::  j                            !<
[790]629
[1822]630       REAL(wp), PARAMETER ::  k_cap_rog = 4.0_wp    !< parameter
631       REAL(wp), PARAMETER ::  k_low_rog = 12.0_wp   !< parameter
632       REAL(wp), PARAMETER ::  a_rog     = 9.65_wp   !< parameter
633       REAL(wp), PARAMETER ::  b_rog     = 10.43_wp  !< parameter
634       REAL(wp), PARAMETER ::  c_rog     = 0.6_wp    !< parameter
635       REAL(wp), PARAMETER ::  d0_rog    = 0.745_wp  !< seperation diameter
[790]636
[1822]637       REAL(wp)            ::  diameter              !< droplet diameter in mm
[790]638
[799]639
[828]640       DO  j = 1, radius_classes
[790]641
[1822]642          diameter = radclass(j) * 2000.0_wp
[799]643
[1822]644          IF ( diameter <= d0_rog )  THEN
645             winf(j) = k_cap_rog * diameter * ( 1.0_wp -                       &
646                                                EXP( -k_low_rog * diameter ) )
647          ELSE
648             winf(j) = a_rog - b_rog * EXP( -c_rog * diameter )
[828]649          ENDIF
[790]650
[828]651       ENDDO
[790]652
[828]653    END SUBROUTINE fallg
[790]654
[828]655
[790]656!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]657! Description:
658! ------------
[1822]659!> Interpolation of collision efficiencies (Hall, 1980, J. Atmos. Sci.)
[790]660!------------------------------------------------------------------------------!
[828]661    SUBROUTINE effic
[1320]662 
663       USE particle_attributes,                                                &
664           ONLY:  radius_classes
[790]665
[828]666       IMPLICIT NONE
[790]667
[1682]668       INTEGER(iwp) ::  i  !<
669       INTEGER(iwp) ::  iq !<
670       INTEGER(iwp) ::  ir !<
671       INTEGER(iwp) ::  j  !<
672       INTEGER(iwp) ::  k  !<
[790]673
[1682]674       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ira !<
[790]675
[1682]676       LOGICAL, SAVE ::  first = .TRUE. !<
[790]677
[1682]678       REAL(wp) ::  ek              !<
679       REAL(wp) ::  particle_radius !<
680       REAL(wp) ::  pp              !<
681       REAL(wp) ::  qq              !<
682       REAL(wp) ::  rq              !<
[790]683
[1682]684       REAL(wp), DIMENSION(1:21), SAVE ::  rat        !<
[1320]685       
[1682]686       REAL(wp), DIMENSION(1:15), SAVE ::  r0         !<
[1320]687       
[1682]688       REAL(wp), DIMENSION(1:15,1:21), SAVE ::  ecoll !<
[790]689
[792]690!
[828]691!--    Initial assignment of constants
692       IF ( first )  THEN
[790]693
[792]694         first = .FALSE.
[1822]695         r0  = (/   6.0_wp,   8.0_wp,  10.0_wp, 15.0_wp,  20.0_wp,  25.0_wp,   &
696                   30.0_wp,  40.0_wp,  50.0_wp, 60.0_wp,  70.0_wp, 100.0_wp,   &
[1359]697                  150.0_wp, 200.0_wp, 300.0_wp /)
[790]698
[1822]699         rat = (/ 0.00_wp, 0.05_wp, 0.10_wp, 0.15_wp, 0.20_wp, 0.25_wp,        &
700                  0.30_wp, 0.35_wp, 0.40_wp, 0.45_wp, 0.50_wp, 0.55_wp,        &
701                  0.60_wp, 0.65_wp, 0.70_wp, 0.75_wp, 0.80_wp, 0.85_wp,        &
[1359]702                  0.90_wp, 0.95_wp, 1.00_wp /)
703
[1822]704         ecoll(:,1)  = (/ 0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp,    &
705                          0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp,    &
[1359]706                          0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp /)
[1822]707         ecoll(:,2)  = (/ 0.003_wp, 0.003_wp, 0.003_wp, 0.004_wp, 0.005_wp,    &
708                          0.005_wp, 0.005_wp, 0.010_wp, 0.100_wp, 0.050_wp,    &
[1359]709                          0.200_wp, 0.500_wp, 0.770_wp, 0.870_wp, 0.970_wp /)
[1822]710         ecoll(:,3)  = (/ 0.007_wp, 0.007_wp, 0.007_wp, 0.008_wp, 0.009_wp,    &
711                          0.010_wp, 0.010_wp, 0.070_wp, 0.400_wp, 0.430_wp,    &
[1359]712                          0.580_wp, 0.790_wp, 0.930_wp, 0.960_wp, 1.000_wp /)
[1822]713         ecoll(:,4)  = (/ 0.009_wp, 0.009_wp, 0.009_wp, 0.012_wp, 0.015_wp,    &
714                          0.010_wp, 0.020_wp, 0.280_wp, 0.600_wp, 0.640_wp,    &
[1359]715                          0.750_wp, 0.910_wp, 0.970_wp, 0.980_wp, 1.000_wp /)
[1822]716         ecoll(:,5)  = (/ 0.014_wp, 0.014_wp, 0.014_wp, 0.015_wp, 0.016_wp,    &
717                          0.030_wp, 0.060_wp, 0.500_wp, 0.700_wp, 0.770_wp,    &
[1359]718                          0.840_wp, 0.950_wp, 0.970_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]719         ecoll(:,6)  = (/ 0.017_wp, 0.017_wp, 0.017_wp, 0.020_wp, 0.022_wp,    &
720                          0.060_wp, 0.100_wp, 0.620_wp, 0.780_wp, 0.840_wp,    &
[1359]721                          0.880_wp, 0.950_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]722         ecoll(:,7)  = (/ 0.030_wp, 0.030_wp, 0.024_wp, 0.022_wp, 0.032_wp,    &
723                          0.062_wp, 0.200_wp, 0.680_wp, 0.830_wp, 0.870_wp,    &
[1359]724                          0.900_wp, 0.950_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]725         ecoll(:,8)  = (/ 0.025_wp, 0.025_wp, 0.025_wp, 0.036_wp, 0.043_wp,    &
726                          0.130_wp, 0.270_wp, 0.740_wp, 0.860_wp, 0.890_wp,    &
[1359]727                          0.920_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]728         ecoll(:,9)  = (/ 0.027_wp, 0.027_wp, 0.027_wp, 0.040_wp, 0.052_wp,    &
729                          0.200_wp, 0.400_wp, 0.780_wp, 0.880_wp, 0.900_wp,    &
[1359]730                          0.940_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]731         ecoll(:,10) = (/ 0.030_wp, 0.030_wp, 0.030_wp, 0.047_wp, 0.064_wp,    &
732                          0.250_wp, 0.500_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(:,11) = (/ 0.040_wp, 0.040_wp, 0.033_wp, 0.037_wp, 0.068_wp,    &
735                          0.240_wp, 0.550_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(:,12) = (/ 0.035_wp, 0.035_wp, 0.035_wp, 0.055_wp, 0.079_wp,    &
738                          0.290_wp, 0.580_wp, 0.800_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(:,13) = (/ 0.037_wp, 0.037_wp, 0.037_wp, 0.062_wp, 0.082_wp,    &
741                          0.290_wp, 0.590_wp, 0.780_wp, 0.900_wp, 0.910_wp,    &
[1359]742                          0.950_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]743         ecoll(:,14) = (/ 0.037_wp, 0.037_wp, 0.037_wp, 0.060_wp, 0.080_wp,    &
744                          0.290_wp, 0.580_wp, 0.770_wp, 0.890_wp, 0.910_wp,    &
[1359]745                          0.950_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]746         ecoll(:,15) = (/ 0.037_wp, 0.037_wp, 0.037_wp, 0.041_wp, 0.075_wp,    &
747                          0.250_wp, 0.540_wp, 0.760_wp, 0.880_wp, 0.920_wp,    &
[1359]748                          0.950_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]749         ecoll(:,16) = (/ 0.037_wp, 0.037_wp, 0.037_wp, 0.052_wp, 0.067_wp,    &
750                          0.250_wp, 0.510_wp, 0.770_wp, 0.880_wp, 0.930_wp,    &
[1359]751                          0.970_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]752         ecoll(:,17) = (/ 0.037_wp, 0.037_wp, 0.037_wp, 0.047_wp, 0.057_wp,    &
753                          0.250_wp, 0.490_wp, 0.770_wp, 0.890_wp, 0.950_wp,    &
[1359]754                          1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]755         ecoll(:,18) = (/ 0.036_wp, 0.036_wp, 0.036_wp, 0.042_wp, 0.048_wp,    &
756                          0.230_wp, 0.470_wp, 0.780_wp, 0.920_wp, 1.000_wp,    &
[1359]757                          1.020_wp, 1.020_wp, 1.020_wp, 1.020_wp, 1.020_wp /)
[1822]758         ecoll(:,19) = (/ 0.040_wp, 0.040_wp, 0.035_wp, 0.033_wp, 0.040_wp,    &
759                          0.112_wp, 0.450_wp, 0.790_wp, 1.010_wp, 1.030_wp,    &
[1359]760                          1.040_wp, 1.040_wp, 1.040_wp, 1.040_wp, 1.040_wp /)
[1822]761         ecoll(:,20) = (/ 0.033_wp, 0.033_wp, 0.033_wp, 0.033_wp, 0.033_wp,    &
762                          0.119_wp, 0.470_wp, 0.950_wp, 1.300_wp, 1.700_wp,    &
[1359]763                          2.300_wp, 2.300_wp, 2.300_wp, 2.300_wp, 2.300_wp /)
[1822]764         ecoll(:,21) = (/ 0.027_wp, 0.027_wp, 0.027_wp, 0.027_wp, 0.027_wp,    &
765                          0.125_wp, 0.520_wp, 1.400_wp, 2.300_wp, 3.000_wp,    &
[1359]766                          4.000_wp, 4.000_wp, 4.000_wp, 4.000_wp, 4.000_wp /)
[828]767       ENDIF
[790]768
[792]769!
[828]770!--    Calculate the radius class index of particles with respect to array r
[1822]771!--    Radius has to be in microns
[828]772       ALLOCATE( ira(1:radius_classes) )
773       DO  j = 1, radius_classes
[1322]774          particle_radius = radclass(j) * 1.0E6_wp
[828]775          DO  k = 1, 15
776             IF ( particle_radius < r0(k) )  THEN
777                ira(j) = k
778                EXIT
779             ENDIF
780          ENDDO
781          IF ( particle_radius >= r0(15) )  ira(j) = 16
782       ENDDO
[790]783
[792]784!
[828]785!--    Two-dimensional linear interpolation of the collision efficiency.
[1822]786!--    Radius has to be in microns
[828]787       DO  j = 1, radius_classes
788          DO  i = 1, j
[792]789
[1880]790             ir = MAX( ira(i), ira(j) )
[1519]791             rq = MIN( radclass(i) / radclass(j), radclass(j) / radclass(i) )
[828]792             iq = INT( rq * 20 ) + 1
793             iq = MAX( iq , 2)
[792]794
[828]795             IF ( ir < 16 )  THEN
796                IF ( ir >= 2 )  THEN
[1822]797                   pp = ( ( MAX( radclass(j), radclass(i) ) * 1.0E6_wp ) -     &
798                          r0(ir-1) ) / ( r0(ir) - r0(ir-1) )
[1359]799                   qq = ( rq - rat(iq-1) ) / ( rat(iq) - rat(iq-1) )
800                   ec(j,i) = ( 1.0_wp - pp ) * ( 1.0_wp - qq )                 &
801                             * ecoll(ir-1,iq-1)                                &
802                             + pp * ( 1.0_wp - qq ) * ecoll(ir,iq-1)           &
803                             + qq * ( 1.0_wp - pp ) * ecoll(ir-1,iq)           &
[828]804                             + pp * qq * ecoll(ir,iq)
805                ELSE
806                   qq = ( rq - rat(iq-1) ) / ( rat(iq) - rat(iq-1) )
[1359]807                   ec(j,i) = ( 1.0_wp - qq ) * ecoll(1,iq-1) + qq * ecoll(1,iq)
[828]808                ENDIF
809             ELSE
810                qq = ( rq - rat(iq-1) ) / ( rat(iq) - rat(iq-1) )
[1359]811                ek = ( 1.0_wp - qq ) * ecoll(15,iq-1) + qq * ecoll(15,iq)
[1346]812                ec(j,i) = MIN( ek, 1.0_wp )
[1071]813             ENDIF
[792]814
[1359]815             IF ( ec(j,i) < 1.0E-20_wp )  ec(j,i) = 0.0_wp
[1071]816
[828]817             ec(i,j) = ec(j,i)
[792]818
[828]819          ENDDO
820       ENDDO
[792]821
[828]822       DEALLOCATE( ira )
[792]823
[828]824    END SUBROUTINE effic
[792]825
826
[790]827!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]828! Description:
829! ------------
[1822]830!> Interpolation of turbulent enhancement factor for collision efficencies
831!> following Wang and Grabowski (2009, Atmos. Sci. Let.)
[790]832!------------------------------------------------------------------------------!
[828]833    SUBROUTINE turb_enhance_eff
[790]834
[1320]835       USE particle_attributes,                                                &
836           ONLY:  radius_classes
[790]837
[828]838       IMPLICIT NONE
[790]839
[1682]840       INTEGER(iwp) :: i  !<
841       INTEGER(iwp) :: iq !<
842       INTEGER(iwp) :: ir !<
843       INTEGER(iwp) :: j  !<
844       INTEGER(iwp) :: k  !<
845       INTEGER(iwp) :: kk !<
[790]846
[1682]847       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ira !<
[1320]848       
[1682]849       LOGICAL, SAVE ::  first = .TRUE. !<
[790]850
[1682]851       REAL(wp) ::  particle_radius !<
852       REAL(wp) ::  pp              !<
853       REAL(wp) ::  qq              !<
854       REAL(wp) ::  rq              !<
855       REAL(wp) ::  y1              !<
856       REAL(wp) ::  y2              !<
857       REAL(wp) ::  y3              !<
[790]858
[1682]859       REAL(wp), DIMENSION(1:11), SAVE ::  rat           !<
860       REAL(wp), DIMENSION(1:7), SAVE  ::  r0            !<
[1320]861       
[1682]862       REAL(wp), DIMENSION(1:7,1:11), SAVE ::  ecoll_100 !<
863       REAL(wp), DIMENSION(1:7,1:11), SAVE ::  ecoll_400 !<
[799]864
865!
[828]866!--    Initial assignment of constants
867       IF ( first )  THEN
[799]868
[828]869          first = .FALSE.
[799]870
[1359]871          r0  = (/  10.0_wp, 20.0_wp, 30.0_wp, 40.0_wp, 50.0_wp, 60.0_wp,  &
872                   100.0_wp /)
873
874          rat = (/ 0.0_wp, 0.1_wp, 0.2_wp, 0.3_wp, 0.4_wp, 0.5_wp, 0.6_wp, &
875                   0.7_wp, 0.8_wp, 0.9_wp, 1.0_wp /)
[828]876!
[1822]877!--       Tabulated turbulent enhancement factor at 100 cm**2/s**3
[1359]878          ecoll_100(:,1)  = (/  1.74_wp,   1.74_wp,   1.773_wp, 1.49_wp,  &
879                                1.207_wp,  1.207_wp,  1.0_wp /)
880          ecoll_100(:,2)  = (/  1.46_wp,   1.46_wp,   1.421_wp, 1.245_wp, &
881                                1.069_wp,  1.069_wp,  1.0_wp /)
882          ecoll_100(:,3)  = (/  1.32_wp,   1.32_wp,   1.245_wp, 1.123_wp, &
883                                1.000_wp,  1.000_wp,  1.0_wp /)
884          ecoll_100(:,4)  = (/  1.250_wp,  1.250_wp,  1.148_wp, 1.087_wp, &
885                                1.025_wp,  1.025_wp,  1.0_wp /)
886          ecoll_100(:,5)  = (/  1.186_wp,  1.186_wp,  1.066_wp, 1.060_wp, &
887                                1.056_wp,  1.056_wp,  1.0_wp /)
888          ecoll_100(:,6)  = (/  1.045_wp,  1.045_wp,  1.000_wp, 1.014_wp, &
889                                1.028_wp,  1.028_wp,  1.0_wp /)
890          ecoll_100(:,7)  = (/  1.070_wp,  1.070_wp,  1.030_wp, 1.038_wp, &
891                                1.046_wp,  1.046_wp,  1.0_wp /)
892          ecoll_100(:,8)  = (/  1.000_wp,  1.000_wp,  1.054_wp, 1.042_wp, &
893                                1.029_wp,  1.029_wp,  1.0_wp /)
894          ecoll_100(:,9)  = (/  1.223_wp,  1.223_wp,  1.117_wp, 1.069_wp, &
895                                1.021_wp,  1.021_wp,  1.0_wp /)
896          ecoll_100(:,10) = (/  1.570_wp,  1.570_wp,  1.244_wp, 1.166_wp, &
897                                1.088_wp,  1.088_wp,  1.0_wp /)
[1822]898          ecoll_100(:,11) = (/ 20.3_wp,   20.3_wp,   14.6_wp,   8.61_wp,  &
[1359]899                                2.60_wp,   2.60_wp,   1.0_wp /)
[828]900!
[1822]901!--       Tabulated turbulent enhancement factor at 400 cm**2/s**3
[1359]902          ecoll_400(:,1)  = (/  4.976_wp,  4.976_wp,  3.593_wp,  2.519_wp, &
903                                1.445_wp,  1.445_wp,  1.0_wp /)
904          ecoll_400(:,2)  = (/  2.984_wp,  2.984_wp,  2.181_wp,  1.691_wp, &
905                                1.201_wp,  1.201_wp,  1.0_wp /)
906          ecoll_400(:,3)  = (/  1.988_wp,  1.988_wp,  1.475_wp,  1.313_wp, &
907                                1.150_wp,  1.150_wp,  1.0_wp /)
908          ecoll_400(:,4)  = (/  1.490_wp,  1.490_wp,  1.187_wp,  1.156_wp, &
909                                1.126_wp,  1.126_wp,  1.0_wp /)
910          ecoll_400(:,5)  = (/  1.249_wp,  1.249_wp,  1.088_wp,  1.090_wp, &
911                                1.092_wp,  1.092_wp,  1.0_wp /)
912          ecoll_400(:,6)  = (/  1.139_wp,  1.139_wp,  1.130_wp,  1.091_wp, &
913                                1.051_wp,  1.051_wp,  1.0_wp /)
914          ecoll_400(:,7)  = (/  1.220_wp,  1.220_wp,  1.190_wp,  1.138_wp, &
915                                1.086_wp,  1.086_wp,  1.0_wp /)
916          ecoll_400(:,8)  = (/  1.325_wp,  1.325_wp,  1.267_wp,  1.165_wp, &
917                                1.063_wp,  1.063_wp,  1.0_wp /)
918          ecoll_400(:,9)  = (/  1.716_wp,  1.716_wp,  1.345_wp,  1.223_wp, &
919                                1.100_wp,  1.100_wp,  1.0_wp /)
920          ecoll_400(:,10) = (/  3.788_wp,  3.788_wp,  1.501_wp,  1.311_wp, &
921                                1.120_wp,  1.120_wp,  1.0_wp /)
922          ecoll_400(:,11) = (/ 36.52_wp,  36.52_wp,  19.16_wp,  22.80_wp,  &
923                               26.0_wp,   26.0_wp,    1.0_wp /)
[799]924
[828]925       ENDIF
[790]926
[828]927!
928!--    Calculate the radius class index of particles with respect to array r0
[1822]929!--    The droplet radius has to be given in microns.
[828]930       ALLOCATE( ira(1:radius_classes) )
[790]931
[828]932       DO  j = 1, radius_classes
[1322]933          particle_radius = radclass(j) * 1.0E6_wp
[828]934          DO  k = 1, 7
935             IF ( particle_radius < r0(k) )  THEN
936                ira(j) = k
937                EXIT
938             ENDIF
939          ENDDO
940          IF ( particle_radius >= r0(7) )  ira(j) = 8
941       ENDDO
[799]942
943!
[1822]944!--    Two-dimensional linear interpolation of the turbulent enhancement factor.
945!--    The droplet radius has to be given in microns.
[828]946       DO  j =  1, radius_classes
947          DO  i = 1, j
[799]948
[1880]949             ir = MAX( ira(i), ira(j) )
[1519]950             rq = MIN( radclass(i) / radclass(j), radclass(j) / radclass(i) )
[799]951
[828]952             DO  kk = 2, 11
953                IF ( rq <= rat(kk) )  THEN
954                   iq = kk
955                   EXIT
956                ENDIF
957             ENDDO
[790]958
[1822]959             y1 = 1.0_wp  ! turbulent enhancement factor at 0 m**2/s**3
[1007]960
[828]961             IF ( ir < 8 )  THEN
962                IF ( ir >= 2 )  THEN
[1822]963                   pp = ( MAX( radclass(j), radclass(i) ) * 1.0E6_wp -  &
964                          r0(ir-1) ) / ( r0(ir) - r0(ir-1) )
[828]965                   qq = ( rq - rat(iq-1) ) / ( rat(iq) - rat(iq-1) )
[1359]966                   y2 = ( 1.0_wp - pp ) * ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_100(ir-1,iq-1) + &
967                                pp * ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_100(ir,iq-1)        + &
968                                qq * ( 1.0_wp - pp ) * ecoll_100(ir-1,iq)        + &
969                                pp * qq              * ecoll_100(ir,iq)
970                   y3 = ( 1.0-pp ) * ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_400(ir-1,iq-1)      + &
971                                pp * ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_400(ir,iq-1)        + &
972                                qq * ( 1.0_wp - pp ) * ecoll_400(ir-1,iq)        + &
973                                pp * qq              * ecoll_400(ir,iq)
[828]974                ELSE
975                   qq = ( rq - rat(iq-1) ) / ( rat(iq) - rat(iq-1) )
[1359]976                   y2 = ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_100(1,iq-1) + qq * ecoll_100(1,iq)
977                   y3 = ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_400(1,iq-1) + qq * ecoll_400(1,iq)
[828]978                ENDIF
979             ELSE
980                qq = ( rq - rat(iq-1) ) / ( rat(iq) - rat(iq-1) )
[1359]981                y2 = ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_100(7,iq-1) + qq * ecoll_100(7,iq)
982                y3 = ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_400(7,iq-1) + qq * ecoll_400(7,iq)
[828]983             ENDIF
984!
[1822]985!--          Linear interpolation of turbulent enhancement factor
[1359]986             IF ( epsilon <= 0.01_wp )  THEN
987                ecf(j,i) = ( epsilon - 0.01_wp ) / ( 0.0_wp  - 0.01_wp ) * y1 &
988                         + ( epsilon - 0.0_wp  ) / ( 0.01_wp - 0.0_wp  ) * y2
989             ELSEIF ( epsilon <= 0.06_wp )  THEN
990                ecf(j,i) = ( epsilon - 0.04_wp ) / ( 0.01_wp - 0.04_wp ) * y2 &
991                         + ( epsilon - 0.01_wp ) / ( 0.04_wp - 0.01_wp ) * y3
[828]992             ELSE
[1359]993                ecf(j,i) = ( 0.06_wp - 0.04_wp ) / ( 0.01_wp - 0.04_wp ) * y2 &
994                         + ( 0.06_wp - 0.01_wp ) / ( 0.04_wp - 0.01_wp ) * y3
[828]995             ENDIF
[790]996
[1359]997             IF ( ecf(j,i) < 1.0_wp )  ecf(j,i) = 1.0_wp
[790]998
[828]999             ecf(i,j) = ecf(j,i)
[790]1000
[828]1001          ENDDO
1002       ENDDO
[790]1003
[828]1004    END SUBROUTINE turb_enhance_eff
[790]1005
[825]1006 END MODULE lpm_collision_kernels_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.