source: palm/trunk/SOURCE/lpm_collision_kernels.f90 @ 2000

Last change on this file since 2000 was 2000, checked in by knoop, 8 years ago

Forced header and separation lines into 80 columns

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 38.9 KB
RevLine 
[1873]1!> @file lpm_collision_kernels.f90
[2000]2!------------------------------------------------------------------------------!
[1036]3! This file is part of PALM.
4!
[2000]5! PALM is free software: you can redistribute it and/or modify it under the
6! terms of the GNU General Public License as published by the Free Software
7! Foundation, either version 3 of the License, or (at your option) any later
8! version.
[1036]9!
10! PALM is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
11! WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR
12! A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for more details.
13!
14! You should have received a copy of the GNU General Public License along with
15! PALM. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
16!
[1818]17! Copyright 1997-2016 Leibniz Universitaet Hannover
[2000]18!------------------------------------------------------------------------------!
[1036]19!
[790]20! Current revisions:
21! -----------------
[2000]22! Forced header and separation lines into 80 columns
[1347]23!
[1321]24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: lpm_collision_kernels.f90 2000 2016-08-20 18:09:15Z knoop $
27!
[1881]28! 1880 2016-04-20 09:36:50Z hoffmann
29! Bugfix: The index of the larger particle has to be chosen for interpolation.
30!
[1874]31! 1873 2016-04-18 14:50:06Z maronga
32! Module renamed (removed _mod)
33!
[1859]34! 1858 2016-04-13 13:12:11Z hoffmann
35! Interpolation of collision kernels adjusted to more reasonable values.
36! Reformatting of the code.
37!
[1851]38! 1850 2016-04-08 13:29:27Z maronga
39! Module renamed
40!
[1823]41! 1822 2016-04-07 07:49:42Z hoffmann
42! PALM kernel has been deleted.
43! Bugfix in the calculation of the turbulent enhancement factor of the
44! collection efficiency.
45!
46! Unused variables removed.
47!
[1777]48! 1776 2016-03-02 17:54:58Z hoffmann
49! Bugfix: Collection efficiencies must be calculated for the larger droplet.
50!
[1683]51! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
52! Code annotations made doxygen readable
53!
[1520]54! 1519 2015-01-08 10:20:42Z hoffmann
55! Bugfix: Using the new particle structure, particles are not sorted by size.
56! Hence, computation of collision efficiencies must ensure that the ratio of
57! two colliding droplets is < 1.
58!
[1360]59! 1359 2014-04-11 17:15:14Z hoffmann
60! New particle structure integrated.
61! Kind definition added to all floating point numbers.
62!
[1347]63! 1346 2014-03-27 13:18:20Z heinze
64! Bugfix: REAL constants provided with KIND-attribute especially in call of
65! intrinsic function like MAX, MIN, SIGN
66!
[1323]67! 1322 2014-03-20 16:38:49Z raasch
68! REAL constants defined as wp_kind
69!
[1321]70! 1320 2014-03-20 08:40:49Z
[1320]71! ONLY-attribute added to USE-statements,
72! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
73! kinds are defined in new module kinds,
74! revision history before 2012 removed,
75! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
76! all variable declaration statements
[1008]77!
[1093]78! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
79! unused variables removed
80!
[1072]81! 1071 2012-11-29 16:54:55Z franke
82! Bugfix: collision efficiencies for Hall kernel should not be < 1.0E-20
83!
[1037]84! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
85! code put under GPL (PALM 3.9)
86!
[1008]87! 1007 2012-09-19 14:30:36Z franke
[1007]88! converted all units to SI units and replaced some parameters by corresponding
89! PALM parameters
90! Bugfix: factor in calculation of enhancement factor for collision efficencies
91! changed from 10. to 1.0
[829]92!
[850]93! 849 2012-03-15 10:35:09Z raasch
94! routine collision_efficiency_rogers added (moved from former advec_particles
95! to here)
96!
[836]97! 835 2012-02-22 11:21:19Z raasch $
98! Bugfix: array diss can be used only in case of Wang kernel
99!
[829]100! 828 2012-02-21 12:00:36Z raasch
[828]101! code has been completely reformatted, routine colker renamed
102! recalculate_kernel,
103! routine init_kernels added, radius is now communicated to the collision
104! routines by array radclass
[790]105!
[828]106! Bugfix: transformation factor for dissipation changed from 1E5 to 1E4
107!
[826]108! 825 2012-02-19 03:03:44Z raasch
109! routine renamed from wang_kernel to lpm_collision_kernels,
110! turbulence_effects on collision replaced by wang_kernel
111!
[791]112! 790 2011-11-29 03:11:20Z raasch
113! initial revision
[790]114!
115! Description:
116! ------------
[1682]117!> This module calculates collision efficiencies either due to pure gravitational
118!> effects (Hall kernel, see Hall, 1980: J. Atmos. Sci., 2486-2507) or
[1822]119!> including the effects of turbulence (Wang kernel, see Wang and
120!> Grabowski, 2009: Atmos. Sci. Lett., 10, 1-8, and Ayala et al., 2008:
121!> New J. Phys., 10, 075016). The original code has been
[1682]122!> provided by L.-P. Wang but is substantially reformatted and speed optimized
123!> here.
[790]124!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]125 MODULE lpm_collision_kernels_mod
126 
[790]127
[1320]128    USE constants,                                                             &
129        ONLY:  pi
130       
131    USE kinds
132
133    USE particle_attributes,                                                   &
[1822]134        ONLY:  collision_kernel, dissipation_classes, particles,               &
135               radius_classes
[1320]136
[828]137    USE pegrid
[790]138
[828]139
[790]140    IMPLICIT NONE
141
142    PRIVATE
143
[1822]144    PUBLIC  ckernel, init_kernels, rclass_lbound, rclass_ubound,               &
145            recalculate_kernel
[790]146
[1682]147    REAL(wp) ::  epsilon       !<
148    REAL(wp) ::  rclass_lbound !<
149    REAL(wp) ::  rclass_ubound !<
150    REAL(wp) ::  urms          !<
[790]151
[1822]152    REAL(wp), DIMENSION(:),   ALLOCATABLE ::  epsclass  !< dissipation rate class
153    REAL(wp), DIMENSION(:),   ALLOCATABLE ::  radclass  !< radius class
154    REAL(wp), DIMENSION(:),   ALLOCATABLE ::  winf      !<
[1320]155   
[1822]156    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ec        !<
157    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ecf       !<
158    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  gck       !<
159    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  hkernel   !<
160    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  hwratio   !<
[1320]161   
[1822]162    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  ckernel !<
[792]163
[828]164    SAVE
[792]165
[790]166!
167!-- Public interfaces
[828]168    INTERFACE init_kernels
169       MODULE PROCEDURE init_kernels
170    END INTERFACE init_kernels
[790]171
[828]172    INTERFACE recalculate_kernel
173       MODULE PROCEDURE recalculate_kernel
174    END INTERFACE recalculate_kernel
[790]175
176
[828]177    CONTAINS
[790]178
[792]179
[828]180!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]181! Description:
182! ------------
183!> Initialization of the collision efficiency matrix with fixed radius and
184!> dissipation classes, calculated at simulation start only.
[828]185!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]186 
187    SUBROUTINE init_kernels
[792]188
[828]189       IMPLICIT NONE
[792]190
[1682]191       INTEGER(iwp) ::  i !<
192       INTEGER(iwp) ::  j !<
193       INTEGER(iwp) ::  k !<
[790]194
[828]195
196!
197!--    Calculate collision efficiencies for fixed radius- and dissipation
198!--    classes
199       IF ( collision_kernel(6:9) == 'fast' )  THEN
200
[1822]201          ALLOCATE( ckernel(1:radius_classes,1:radius_classes,                 &
202                    0:dissipation_classes), epsclass(1:dissipation_classes),   &
[828]203                    radclass(1:radius_classes) )
204
205!
206!--       Calculate the radius class bounds with logarithmic distances
[1858]207!--       in the interval [1.0E-6, 1000.0E-6] m
[1322]208          rclass_lbound = LOG( 1.0E-6_wp )
[1858]209          rclass_ubound = LOG( 1000.0E-6_wp )
[1822]210          radclass(1)   = EXP( rclass_lbound )
[828]211          DO  i = 2, radius_classes
212             radclass(i) = EXP( rclass_lbound +                                &
[1359]213                                ( rclass_ubound - rclass_lbound ) *            &
214                                ( i - 1.0_wp ) / ( radius_classes - 1.0_wp ) )
[828]215          ENDDO
216
217!
[1858]218!--       Set the class bounds for dissipation in interval [0.0, 600.0] cm**2/s**3
[828]219          DO  i = 1, dissipation_classes
[1858]220             epsclass(i) = 0.06_wp * REAL( i, KIND=wp ) / dissipation_classes
[828]221          ENDDO
222!
223!--       Calculate collision efficiencies of the Wang/ayala kernel
224          ALLOCATE( ec(1:radius_classes,1:radius_classes),  &
225                    ecf(1:radius_classes,1:radius_classes), &
226                    gck(1:radius_classes,1:radius_classes), &
227                    winf(1:radius_classes) )
228
229          DO  k = 1, dissipation_classes
230
231             epsilon = epsclass(k)
[1359]232             urms    = 2.02_wp * ( epsilon / 0.04_wp )**( 1.0_wp / 3.0_wp )
[828]233
234             CALL turbsd
235             CALL turb_enhance_eff
236             CALL effic
237
238             DO  j = 1, radius_classes
239                DO  i = 1, radius_classes
240                   ckernel(i,j,k) = ec(i,j) * gck(i,j) * ecf(i,j)
241                ENDDO
242             ENDDO
243
244          ENDDO
245
246!
247!--       Calculate collision efficiencies of the Hall kernel
248          ALLOCATE( hkernel(1:radius_classes,1:radius_classes), &
249                    hwratio(1:radius_classes,1:radius_classes) )
250
251          CALL fallg
252          CALL effic
253
254          DO  j = 1, radius_classes
255             DO  i =  1, radius_classes
256                hkernel(i,j) = pi * ( radclass(j) + radclass(i) )**2 &
257                                  * ec(i,j) * ABS( winf(j) - winf(i) )
258                ckernel(i,j,0) = hkernel(i,j)  ! hall kernel stored on index 0
259              ENDDO
260          ENDDO
261
262!
263!--       Test output of efficiencies
264          IF ( j == -1 )  THEN
265
266             PRINT*, '*** Hall kernel'
[1359]267             WRITE ( *,'(5X,20(F4.0,1X))' ) ( radclass(i)*1.0E6_wp, &
[1007]268                                              i = 1,radius_classes )
[828]269             DO  j = 1, radius_classes
[1007]270                WRITE ( *,'(F4.0,1X,20(F8.4,1X))' ) radclass(j),  &
271                                          ( hkernel(i,j), i = 1,radius_classes )
[828]272             ENDDO
273
274             DO  k = 1, dissipation_classes
275                DO  i = 1, radius_classes
276                   DO  j = 1, radius_classes
[1359]277                      IF ( hkernel(i,j) == 0.0_wp )  THEN
278                         hwratio(i,j) = 9999999.9_wp
[828]279                      ELSE
280                         hwratio(i,j) = ckernel(i,j,k) / hkernel(i,j)
281                      ENDIF
282                   ENDDO
283                ENDDO
284
285                PRINT*, '*** epsilon = ', epsclass(k)
[1359]286                WRITE ( *,'(5X,20(F4.0,1X))' ) ( radclass(i) * 1.0E6_wp, &
[1007]287                                                 i = 1,radius_classes )
[828]288                DO  j = 1, radius_classes
[1359]289                   WRITE ( *,'(F4.0,1X,20(F8.4,1X))' ) radclass(j) * 1.0E6_wp, &
[1007]290                                          ( hwratio(i,j), i = 1,radius_classes )
[828]291                ENDDO
292             ENDDO
293
294          ENDIF
295
296          DEALLOCATE( ec, ecf, epsclass, gck, hkernel, winf )
297
298       ENDIF
299
300    END SUBROUTINE init_kernels
301
302
[790]303!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]304! Description:
305! ------------
306!> Calculation of collision kernels during each timestep and for each grid box
[790]307!------------------------------------------------------------------------------!
[828]308    SUBROUTINE recalculate_kernel( i1, j1, k1 )
[790]309
[1320]310       USE arrays_3d,                                                          &
311           ONLY:  diss
[790]312
[1320]313       USE particle_attributes,                                                &
[1858]314           ONLY:  number_of_particles, prt_count, radius_classes, wang_kernel
[1320]315
[790]316       IMPLICIT NONE
317
[1682]318       INTEGER(iwp) ::  i      !<
319       INTEGER(iwp) ::  i1     !<
320       INTEGER(iwp) ::  j      !<
321       INTEGER(iwp) ::  j1     !<
322       INTEGER(iwp) ::  k1     !<
[790]323
324
[1858]325       number_of_particles = prt_count(k1,j1,i1)
326       radius_classes      = number_of_particles   ! necessary to use the same
327                                                   ! subroutines as for
328                                                   ! precalculated kernels
[792]329
[1858]330       ALLOCATE( ec(1:number_of_particles,1:number_of_particles), &
331                 radclass(1:number_of_particles), winf(1:number_of_particles) )
[790]332
[828]333!
[1007]334!--    Store particle radii on the radclass array
[1858]335       radclass(1:number_of_particles) = particles(1:number_of_particles)%radius
[790]336
[835]337       IF ( wang_kernel )  THEN
[1007]338          epsilon = diss(k1,j1,i1)   ! dissipation rate in m**2/s**3
[835]339       ELSE
[1359]340          epsilon = 0.0_wp
[835]341       ENDIF
[1359]342       urms    = 2.02_wp * ( epsilon / 0.04_wp )**( 0.33333333333_wp )
[790]343
[1359]344       IF ( wang_kernel  .AND.  epsilon > 1.0E-7_wp )  THEN
[828]345!
346!--       Call routines to calculate efficiencies for the Wang kernel
[1858]347          ALLOCATE( gck(1:number_of_particles,1:number_of_particles), &
348                    ecf(1:number_of_particles,1:number_of_particles) )
[790]349
[828]350          CALL turbsd
351          CALL turb_enhance_eff
352          CALL effic
[790]353
[1858]354          DO  j = 1, number_of_particles
355             DO  i =  1, number_of_particles
356                ckernel(1+i-1,1+j-1,1) = ec(i,j) * gck(i,j) * ecf(i,j)
[790]357             ENDDO
[828]358          ENDDO
[790]359
[828]360          DEALLOCATE( gck, ecf )
[790]361
362       ELSE
[828]363!
364!--       Call routines to calculate efficiencies for the Hall kernel
[790]365          CALL fallg
366          CALL effic
367
[1858]368          DO  j = 1, number_of_particles
369             DO  i =  1, number_of_particles
370                ckernel(i,j,1) = pi * ( radclass(j) + radclass(i) )**2         &
371                                    * ec(i,j) * ABS( winf(j) - winf(i) )
[790]372             ENDDO
373          ENDDO
374
375       ENDIF
376
[828]377       DEALLOCATE( ec, radclass, winf )
[790]378
[828]379    END SUBROUTINE recalculate_kernel
[790]380
[828]381
[790]382!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]383! Description:
384! ------------
[1822]385!> Calculation of effects of turbulence on the geometric collision kernel
386!> (by including the droplets' average radial relative velocities and their
387!> radial distribution function) following the analytic model by Aayala et al.
388!> (2008, New J. Phys.). For details check the second part 2 of the publication,
389!> page 37ff.
390!>
391!> Input parameters, which need to be replaced by PALM parameters:
392!>    water density, air density
[790]393!------------------------------------------------------------------------------!
[792]394    SUBROUTINE turbsd
[799]395
[1320]396       USE control_parameters,                                                 &
397           ONLY:  g, molecular_viscosity
398   
399       USE particle_attributes,                                                &
400           ONLY:  radius_classes
[790]401
402       IMPLICIT NONE
403
[1682]404       INTEGER(iwp) ::  i     !<
405       INTEGER(iwp) ::  j     !<
[790]406
[1682]407       REAL(wp) ::  ao        !<
408       REAL(wp) ::  ao_gr     !<
409       REAL(wp) ::  bbb       !<
410       REAL(wp) ::  be        !<
411       REAL(wp) ::  b1        !<
412       REAL(wp) ::  b2        !<
413       REAL(wp) ::  ccc       !<
414       REAL(wp) ::  c1        !<
415       REAL(wp) ::  c1_gr     !<
416       REAL(wp) ::  c2        !<
417       REAL(wp) ::  d1        !<
418       REAL(wp) ::  d2        !<
419       REAL(wp) ::  eta       !<
420       REAL(wp) ::  e1        !<
421       REAL(wp) ::  e2        !<
422       REAL(wp) ::  fao_gr    !<
423       REAL(wp) ::  fr        !<
424       REAL(wp) ::  grfin     !<
425       REAL(wp) ::  lambda    !<
426       REAL(wp) ::  lambda_re !<
427       REAL(wp) ::  lf        !<
428       REAL(wp) ::  rc        !<
429       REAL(wp) ::  rrp       !<
430       REAL(wp) ::  sst       !<
431       REAL(wp) ::  tauk      !<
432       REAL(wp) ::  tl        !<
433       REAL(wp) ::  t2        !<
434       REAL(wp) ::  tt        !<
435       REAL(wp) ::  t1        !<
436       REAL(wp) ::  vk        !<
437       REAL(wp) ::  vrms1xy   !<
438       REAL(wp) ::  vrms2xy   !<
439       REAL(wp) ::  v1        !<
440       REAL(wp) ::  v1v2xy    !<
441       REAL(wp) ::  v1xysq    !<
442       REAL(wp) ::  v2        !<
443       REAL(wp) ::  v2xysq    !<
444       REAL(wp) ::  wrfin     !<
445       REAL(wp) ::  wrgrav2   !<
446       REAL(wp) ::  wrtur2xy  !<
447       REAL(wp) ::  xx        !<
448       REAL(wp) ::  yy        !<
449       REAL(wp) ::  z         !<
[790]450
[1822]451       REAL(wp), DIMENSION(1:radius_classes) ::  st  !< Stokes number
452       REAL(wp), DIMENSION(1:radius_classes) ::  tau !< inertial time scale
[790]453
[1822]454       lambda    = urms * SQRT( 15.0_wp * molecular_viscosity / epsilon )
[1322]455       lambda_re = urms**2 * SQRT( 15.0_wp / epsilon / molecular_viscosity )
[1822]456       tl        = urms**2 / epsilon
457       lf        = 0.5_wp * urms**3 / epsilon
458       tauk      = SQRT( molecular_viscosity / epsilon )
459       eta       = ( molecular_viscosity**3 / epsilon )**0.25_wp
[1007]460       vk        = eta / tauk
[790]461
[1359]462       ao = ( 11.0_wp + 7.0_wp * lambda_re ) / ( 205.0_wp + lambda_re )
[1822]463       tt = SQRT( 2.0_wp * lambda_re / ( SQRT( 15.0_wp ) * ao ) ) * tauk
[799]464
[1822]465!
466!--    Get terminal velocity of droplets
467       CALL fallg
[790]468
[828]469       DO  i = 1, radius_classes
[1822]470          tau(i) = winf(i) / g    ! inertial time scale
471          st(i)  = tau(i) / tauk  ! Stokes number
[790]472       ENDDO
473
[828]474!
[1822]475!--    Calculate average radial relative velocity at contact (wrfin)
[828]476       z   = tt / tl
[1322]477       be  = SQRT( 2.0_wp ) * lambda / lf
[1359]478       bbb = SQRT( 1.0_wp - 2.0_wp * be**2 )
479       d1  = ( 1.0_wp + bbb ) / ( 2.0_wp * bbb )
[1822]480       e1  = lf * ( 1.0_wp + bbb ) * 0.5_wp
[1359]481       d2  = ( 1.0_wp - bbb ) * 0.5_wp / bbb
[1822]482       e2  = lf * ( 1.0_wp - bbb ) * 0.5_wp
[1359]483       ccc = SQRT( 1.0_wp - 2.0_wp * z**2 )
484       b1  = ( 1.0_wp + ccc ) * 0.5_wp / ccc
[1822]485       c1  = tl * ( 1.0_wp + ccc ) * 0.5_wp
[1359]486       b2  = ( 1.0_wp - ccc ) * 0.5_wp / ccc
[1822]487       c2  = tl * ( 1.0_wp - ccc ) * 0.5_wp
[790]488
[828]489       DO  i = 1, radius_classes
[790]490
[1822]491          v1 = winf(i)
492          t1 = tau(i)
[790]493
[828]494          DO  j = 1, i
[1007]495             rrp = radclass(i) + radclass(j)
[1822]496             v2  = winf(j)
497             t2  = tau(j)
[790]498
[1007]499             v1xysq  = b1 * d1 * phi_w(c1,e1,v1,t1) - b1 * d2 * phi_w(c1,e2,v1,t1) &
500                     - b2 * d1 * phi_w(c2,e1,v1,t1) + b2 * d2 * phi_w(c2,e2,v1,t1)
[1822]501             v1xysq  = v1xysq * urms**2 / t1
502             vrms1xy = SQRT( v1xysq )
[790]503
[1007]504             v2xysq  = b1 * d1 * phi_w(c1,e1,v2,t2) - b1 * d2 * phi_w(c1,e2,v2,t2) &
505                     - b2 * d1 * phi_w(c2,e1,v2,t2) + b2 * d2 * phi_w(c2,e2,v2,t2)
[1822]506             v2xysq  = v2xysq * urms**2 / t2
507             vrms2xy = SQRT( v2xysq )
[790]508
[828]509             IF ( winf(i) >= winf(j) )  THEN
[799]510                v1 = winf(i)
[790]511                t1 = tau(i)
[799]512                v2 = winf(j)
[790]513                t2 = tau(j)
514             ELSE
[799]515                v1 = winf(j)
[790]516                t1 = tau(j)
[799]517                v2 = winf(i)
[790]518                t2 = tau(i)
519             ENDIF
520
[828]521             v1v2xy   =  b1 * d1 * zhi(c1,e1,v1,t1,v2,t2) - &
522                         b1 * d2 * zhi(c1,e2,v1,t1,v2,t2) - &
523                         b2 * d1 * zhi(c2,e1,v1,t1,v2,t2) + &
524                         b2 * d2* zhi(c2,e2,v1,t1,v2,t2)
525             fr       = d1 * EXP( -rrp / e1 ) - d2 * EXP( -rrp / e2 )
[1822]526             v1v2xy   = v1v2xy * fr * urms**2 / tau(i) / tau(j)
527             wrtur2xy = vrms1xy**2 + vrms2xy**2 - 2.0_wp * v1v2xy
[1359]528             IF ( wrtur2xy < 0.0_wp )  wrtur2xy = 0.0_wp
[1322]529             wrgrav2  = pi / 8.0_wp * ( winf(j) - winf(i) )**2
[1822]530             wrfin    = SQRT( ( 2.0_wp / pi ) * ( wrtur2xy + wrgrav2) )
[790]531
[828]532!
[1822]533!--          Calculate radial distribution function (grfin)
[828]534             IF ( st(j) > st(i) )  THEN
535                sst = st(j)
[790]536             ELSE
[828]537                sst = st(i)
[790]538             ENDIF
539
[1359]540             xx = -0.1988_wp * sst**4 + 1.5275_wp * sst**3 - 4.2942_wp *       &
541                   sst**2 + 5.3406_wp * sst
542             IF ( xx < 0.0_wp )  xx = 0.0_wp
543             yy = 0.1886_wp * EXP( 20.306_wp / lambda_re )
[790]544
[1007]545             c1_gr  =  xx / ( g / vk * tauk )**yy
[790]546
[1322]547             ao_gr  = ao + ( pi / 8.0_wp) * ( g / vk * tauk )**2
[1359]548             fao_gr = 20.115_wp * SQRT( ao_gr / lambda_re )
[1822]549             rc     = SQRT( fao_gr * ABS( st(j) - st(i) ) ) * eta
[790]550
[1359]551             grfin  = ( ( eta**2 + rc**2 ) / ( rrp**2 + rc**2) )**( c1_gr*0.5_wp )
552             IF ( grfin < 1.0_wp )  grfin = 1.0_wp
[790]553
[1822]554!
555!--          Calculate general collection kernel (without the consideration of
556!--          collection efficiencies)
557             gck(i,j) = 2.0_wp * pi * rrp**2 * wrfin * grfin
[790]558             gck(j,i) = gck(i,j)
559
560          ENDDO
561       ENDDO
562
[828]563    END SUBROUTINE turbsd
[790]564
[1320]565    REAL(wp) FUNCTION phi_w( a, b, vsett, tau0 )
[1822]566!
567!--    Function used in the Ayala et al. (2008) analytical model for turbulent
568!--    effects on the collision kernel
[790]569       IMPLICIT NONE
570
[1682]571       REAL(wp) ::  a     !<
572       REAL(wp) ::  aa1   !<
573       REAL(wp) ::  b     !<
574       REAL(wp) ::  tau0  !<
575       REAL(wp) ::  vsett !<
[790]576
[1359]577       aa1 = 1.0_wp / tau0 + 1.0_wp / a + vsett / b
[1822]578       phi_w = 1.0_wp / aa1  - 0.5_wp * vsett / b / aa1**2
[790]579
[1007]580    END FUNCTION phi_w
[792]581
[1320]582    REAL(wp) FUNCTION zhi( a, b, vsett1, tau1, vsett2, tau2 )
[1822]583!
584!--    Function used in the Ayala et al. (2008) analytical model for turbulent
585!--    effects on the collision kernel
[790]586       IMPLICIT NONE
587
[1682]588       REAL(wp) ::  a      !<
589       REAL(wp) ::  aa1    !<
590       REAL(wp) ::  aa2    !<
591       REAL(wp) ::  aa3    !<
592       REAL(wp) ::  aa4    !<
593       REAL(wp) ::  aa5    !<
594       REAL(wp) ::  aa6    !<
595       REAL(wp) ::  b      !<
596       REAL(wp) ::  tau1   !<
597       REAL(wp) ::  tau2   !<
598       REAL(wp) ::  vsett1 !<
599       REAL(wp) ::  vsett2 !<
[790]600
[1359]601       aa1 = vsett2 / b - 1.0_wp / tau2 - 1.0_wp / a
602       aa2 = vsett1 / b + 1.0_wp / tau1 + 1.0_wp / a
603       aa3 = ( vsett1 - vsett2 ) / b + 1.0_wp / tau1 + 1.0_wp / tau2
604       aa4 = ( vsett2 / b )**2 - ( 1.0_wp / tau2 + 1.0_wp / a )**2
605       aa5 = vsett2 / b + 1.0_wp / tau2 + 1.0_wp / a
606       aa6 = 1.0_wp / tau1 - 1.0_wp / a + ( 1.0_wp / tau2 + 1.0_wp / a) *      &
607             vsett1 / vsett2
608       zhi = (1.0_wp / aa1 - 1.0_wp / aa2 ) * ( vsett1 - vsett2 ) * 0.5_wp /   &
609             b / aa3**2 + ( 4.0_wp / aa4 - 1.0_wp / aa5**2 - 1.0_wp / aa1**2 ) &
610             * vsett2 * 0.5_wp / b /aa6 + ( 2.0_wp * ( b / aa2 - b / aa1 ) -   &
[1822]611             vsett1 / aa2**2 + vsett2 / aa1**2 ) * 0.5_wp / b / aa3
[799]612
[828]613    END FUNCTION zhi
[790]614
[828]615
[790]616!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]617! Description:
618! ------------
[1822]619!> Parameterization of terminal velocity following Rogers et al. (1993, J. Appl.
620!> Meteorol.)
[790]621!------------------------------------------------------------------------------!
[828]622    SUBROUTINE fallg
[790]623
[1320]624       USE particle_attributes,                                                &
625           ONLY:  radius_classes
[790]626
[828]627       IMPLICIT NONE
[790]628
[1822]629       INTEGER(iwp) ::  j                            !<
[790]630
[1822]631       REAL(wp), PARAMETER ::  k_cap_rog = 4.0_wp    !< parameter
632       REAL(wp), PARAMETER ::  k_low_rog = 12.0_wp   !< parameter
633       REAL(wp), PARAMETER ::  a_rog     = 9.65_wp   !< parameter
634       REAL(wp), PARAMETER ::  b_rog     = 10.43_wp  !< parameter
635       REAL(wp), PARAMETER ::  c_rog     = 0.6_wp    !< parameter
636       REAL(wp), PARAMETER ::  d0_rog    = 0.745_wp  !< seperation diameter
[790]637
[1822]638       REAL(wp)            ::  diameter              !< droplet diameter in mm
[790]639
[799]640
[828]641       DO  j = 1, radius_classes
[790]642
[1822]643          diameter = radclass(j) * 2000.0_wp
[799]644
[1822]645          IF ( diameter <= d0_rog )  THEN
646             winf(j) = k_cap_rog * diameter * ( 1.0_wp -                       &
647                                                EXP( -k_low_rog * diameter ) )
648          ELSE
649             winf(j) = a_rog - b_rog * EXP( -c_rog * diameter )
[828]650          ENDIF
[790]651
[828]652       ENDDO
[790]653
[828]654    END SUBROUTINE fallg
[790]655
[828]656
[790]657!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]658! Description:
659! ------------
[1822]660!> Interpolation of collision efficiencies (Hall, 1980, J. Atmos. Sci.)
[790]661!------------------------------------------------------------------------------!
[828]662    SUBROUTINE effic
[1320]663 
664       USE particle_attributes,                                                &
665           ONLY:  radius_classes
[790]666
[828]667       IMPLICIT NONE
[790]668
[1682]669       INTEGER(iwp) ::  i  !<
670       INTEGER(iwp) ::  iq !<
671       INTEGER(iwp) ::  ir !<
672       INTEGER(iwp) ::  j  !<
673       INTEGER(iwp) ::  k  !<
[790]674
[1682]675       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ira !<
[790]676
[1682]677       LOGICAL, SAVE ::  first = .TRUE. !<
[790]678
[1682]679       REAL(wp) ::  ek              !<
680       REAL(wp) ::  particle_radius !<
681       REAL(wp) ::  pp              !<
682       REAL(wp) ::  qq              !<
683       REAL(wp) ::  rq              !<
[790]684
[1682]685       REAL(wp), DIMENSION(1:21), SAVE ::  rat        !<
[1320]686       
[1682]687       REAL(wp), DIMENSION(1:15), SAVE ::  r0         !<
[1320]688       
[1682]689       REAL(wp), DIMENSION(1:15,1:21), SAVE ::  ecoll !<
[790]690
[792]691!
[828]692!--    Initial assignment of constants
693       IF ( first )  THEN
[790]694
[792]695         first = .FALSE.
[1822]696         r0  = (/   6.0_wp,   8.0_wp,  10.0_wp, 15.0_wp,  20.0_wp,  25.0_wp,   &
697                   30.0_wp,  40.0_wp,  50.0_wp, 60.0_wp,  70.0_wp, 100.0_wp,   &
[1359]698                  150.0_wp, 200.0_wp, 300.0_wp /)
[790]699
[1822]700         rat = (/ 0.00_wp, 0.05_wp, 0.10_wp, 0.15_wp, 0.20_wp, 0.25_wp,        &
701                  0.30_wp, 0.35_wp, 0.40_wp, 0.45_wp, 0.50_wp, 0.55_wp,        &
702                  0.60_wp, 0.65_wp, 0.70_wp, 0.75_wp, 0.80_wp, 0.85_wp,        &
[1359]703                  0.90_wp, 0.95_wp, 1.00_wp /)
704
[1822]705         ecoll(:,1)  = (/ 0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp,    &
706                          0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp,    &
[1359]707                          0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp /)
[1822]708         ecoll(:,2)  = (/ 0.003_wp, 0.003_wp, 0.003_wp, 0.004_wp, 0.005_wp,    &
709                          0.005_wp, 0.005_wp, 0.010_wp, 0.100_wp, 0.050_wp,    &
[1359]710                          0.200_wp, 0.500_wp, 0.770_wp, 0.870_wp, 0.970_wp /)
[1822]711         ecoll(:,3)  = (/ 0.007_wp, 0.007_wp, 0.007_wp, 0.008_wp, 0.009_wp,    &
712                          0.010_wp, 0.010_wp, 0.070_wp, 0.400_wp, 0.430_wp,    &
[1359]713                          0.580_wp, 0.790_wp, 0.930_wp, 0.960_wp, 1.000_wp /)
[1822]714         ecoll(:,4)  = (/ 0.009_wp, 0.009_wp, 0.009_wp, 0.012_wp, 0.015_wp,    &
715                          0.010_wp, 0.020_wp, 0.280_wp, 0.600_wp, 0.640_wp,    &
[1359]716                          0.750_wp, 0.910_wp, 0.970_wp, 0.980_wp, 1.000_wp /)
[1822]717         ecoll(:,5)  = (/ 0.014_wp, 0.014_wp, 0.014_wp, 0.015_wp, 0.016_wp,    &
718                          0.030_wp, 0.060_wp, 0.500_wp, 0.700_wp, 0.770_wp,    &
[1359]719                          0.840_wp, 0.950_wp, 0.970_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]720         ecoll(:,6)  = (/ 0.017_wp, 0.017_wp, 0.017_wp, 0.020_wp, 0.022_wp,    &
721                          0.060_wp, 0.100_wp, 0.620_wp, 0.780_wp, 0.840_wp,    &
[1359]722                          0.880_wp, 0.950_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]723         ecoll(:,7)  = (/ 0.030_wp, 0.030_wp, 0.024_wp, 0.022_wp, 0.032_wp,    &
724                          0.062_wp, 0.200_wp, 0.680_wp, 0.830_wp, 0.870_wp,    &
[1359]725                          0.900_wp, 0.950_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]726         ecoll(:,8)  = (/ 0.025_wp, 0.025_wp, 0.025_wp, 0.036_wp, 0.043_wp,    &
727                          0.130_wp, 0.270_wp, 0.740_wp, 0.860_wp, 0.890_wp,    &
[1359]728                          0.920_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]729         ecoll(:,9)  = (/ 0.027_wp, 0.027_wp, 0.027_wp, 0.040_wp, 0.052_wp,    &
730                          0.200_wp, 0.400_wp, 0.780_wp, 0.880_wp, 0.900_wp,    &
[1359]731                          0.940_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]732         ecoll(:,10) = (/ 0.030_wp, 0.030_wp, 0.030_wp, 0.047_wp, 0.064_wp,    &
733                          0.250_wp, 0.500_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(:,11) = (/ 0.040_wp, 0.040_wp, 0.033_wp, 0.037_wp, 0.068_wp,    &
736                          0.240_wp, 0.550_wp, 0.800_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(:,12) = (/ 0.035_wp, 0.035_wp, 0.035_wp, 0.055_wp, 0.079_wp,    &
739                          0.290_wp, 0.580_wp, 0.800_wp, 0.900_wp, 0.910_wp,    &
[1359]740                          0.950_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]741         ecoll(:,13) = (/ 0.037_wp, 0.037_wp, 0.037_wp, 0.062_wp, 0.082_wp,    &
742                          0.290_wp, 0.590_wp, 0.780_wp, 0.900_wp, 0.910_wp,    &
[1359]743                          0.950_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]744         ecoll(:,14) = (/ 0.037_wp, 0.037_wp, 0.037_wp, 0.060_wp, 0.080_wp,    &
745                          0.290_wp, 0.580_wp, 0.770_wp, 0.890_wp, 0.910_wp,    &
[1359]746                          0.950_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]747         ecoll(:,15) = (/ 0.037_wp, 0.037_wp, 0.037_wp, 0.041_wp, 0.075_wp,    &
748                          0.250_wp, 0.540_wp, 0.760_wp, 0.880_wp, 0.920_wp,    &
[1359]749                          0.950_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]750         ecoll(:,16) = (/ 0.037_wp, 0.037_wp, 0.037_wp, 0.052_wp, 0.067_wp,    &
751                          0.250_wp, 0.510_wp, 0.770_wp, 0.880_wp, 0.930_wp,    &
[1359]752                          0.970_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]753         ecoll(:,17) = (/ 0.037_wp, 0.037_wp, 0.037_wp, 0.047_wp, 0.057_wp,    &
754                          0.250_wp, 0.490_wp, 0.770_wp, 0.890_wp, 0.950_wp,    &
[1359]755                          1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]756         ecoll(:,18) = (/ 0.036_wp, 0.036_wp, 0.036_wp, 0.042_wp, 0.048_wp,    &
757                          0.230_wp, 0.470_wp, 0.780_wp, 0.920_wp, 1.000_wp,    &
[1359]758                          1.020_wp, 1.020_wp, 1.020_wp, 1.020_wp, 1.020_wp /)
[1822]759         ecoll(:,19) = (/ 0.040_wp, 0.040_wp, 0.035_wp, 0.033_wp, 0.040_wp,    &
760                          0.112_wp, 0.450_wp, 0.790_wp, 1.010_wp, 1.030_wp,    &
[1359]761                          1.040_wp, 1.040_wp, 1.040_wp, 1.040_wp, 1.040_wp /)
[1822]762         ecoll(:,20) = (/ 0.033_wp, 0.033_wp, 0.033_wp, 0.033_wp, 0.033_wp,    &
763                          0.119_wp, 0.470_wp, 0.950_wp, 1.300_wp, 1.700_wp,    &
[1359]764                          2.300_wp, 2.300_wp, 2.300_wp, 2.300_wp, 2.300_wp /)
[1822]765         ecoll(:,21) = (/ 0.027_wp, 0.027_wp, 0.027_wp, 0.027_wp, 0.027_wp,    &
766                          0.125_wp, 0.520_wp, 1.400_wp, 2.300_wp, 3.000_wp,    &
[1359]767                          4.000_wp, 4.000_wp, 4.000_wp, 4.000_wp, 4.000_wp /)
[828]768       ENDIF
[790]769
[792]770!
[828]771!--    Calculate the radius class index of particles with respect to array r
[1822]772!--    Radius has to be in microns
[828]773       ALLOCATE( ira(1:radius_classes) )
774       DO  j = 1, radius_classes
[1322]775          particle_radius = radclass(j) * 1.0E6_wp
[828]776          DO  k = 1, 15
777             IF ( particle_radius < r0(k) )  THEN
778                ira(j) = k
779                EXIT
780             ENDIF
781          ENDDO
782          IF ( particle_radius >= r0(15) )  ira(j) = 16
783       ENDDO
[790]784
[792]785!
[828]786!--    Two-dimensional linear interpolation of the collision efficiency.
[1822]787!--    Radius has to be in microns
[828]788       DO  j = 1, radius_classes
789          DO  i = 1, j
[792]790
[1880]791             ir = MAX( ira(i), ira(j) )
[1519]792             rq = MIN( radclass(i) / radclass(j), radclass(j) / radclass(i) )
[828]793             iq = INT( rq * 20 ) + 1
794             iq = MAX( iq , 2)
[792]795
[828]796             IF ( ir < 16 )  THEN
797                IF ( ir >= 2 )  THEN
[1822]798                   pp = ( ( MAX( radclass(j), radclass(i) ) * 1.0E6_wp ) -     &
799                          r0(ir-1) ) / ( r0(ir) - r0(ir-1) )
[1359]800                   qq = ( rq - rat(iq-1) ) / ( rat(iq) - rat(iq-1) )
801                   ec(j,i) = ( 1.0_wp - pp ) * ( 1.0_wp - qq )                 &
802                             * ecoll(ir-1,iq-1)                                &
803                             + pp * ( 1.0_wp - qq ) * ecoll(ir,iq-1)           &
804                             + qq * ( 1.0_wp - pp ) * ecoll(ir-1,iq)           &
[828]805                             + pp * qq * ecoll(ir,iq)
806                ELSE
807                   qq = ( rq - rat(iq-1) ) / ( rat(iq) - rat(iq-1) )
[1359]808                   ec(j,i) = ( 1.0_wp - qq ) * ecoll(1,iq-1) + qq * ecoll(1,iq)
[828]809                ENDIF
810             ELSE
811                qq = ( rq - rat(iq-1) ) / ( rat(iq) - rat(iq-1) )
[1359]812                ek = ( 1.0_wp - qq ) * ecoll(15,iq-1) + qq * ecoll(15,iq)
[1346]813                ec(j,i) = MIN( ek, 1.0_wp )
[1071]814             ENDIF
[792]815
[1359]816             IF ( ec(j,i) < 1.0E-20_wp )  ec(j,i) = 0.0_wp
[1071]817
[828]818             ec(i,j) = ec(j,i)
[792]819
[828]820          ENDDO
821       ENDDO
[792]822
[828]823       DEALLOCATE( ira )
[792]824
[828]825    END SUBROUTINE effic
[792]826
827
[790]828!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]829! Description:
830! ------------
[1822]831!> Interpolation of turbulent enhancement factor for collision efficencies
832!> following Wang and Grabowski (2009, Atmos. Sci. Let.)
[790]833!------------------------------------------------------------------------------!
[828]834    SUBROUTINE turb_enhance_eff
[790]835
[1320]836       USE particle_attributes,                                                &
837           ONLY:  radius_classes
[790]838
[828]839       IMPLICIT NONE
[790]840
[1682]841       INTEGER(iwp) :: i  !<
842       INTEGER(iwp) :: iq !<
843       INTEGER(iwp) :: ir !<
844       INTEGER(iwp) :: j  !<
845       INTEGER(iwp) :: k  !<
846       INTEGER(iwp) :: kk !<
[790]847
[1682]848       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ira !<
[1320]849       
[1682]850       LOGICAL, SAVE ::  first = .TRUE. !<
[790]851
[1682]852       REAL(wp) ::  particle_radius !<
853       REAL(wp) ::  pp              !<
854       REAL(wp) ::  qq              !<
855       REAL(wp) ::  rq              !<
856       REAL(wp) ::  y1              !<
857       REAL(wp) ::  y2              !<
858       REAL(wp) ::  y3              !<
[790]859
[1682]860       REAL(wp), DIMENSION(1:11), SAVE ::  rat           !<
861       REAL(wp), DIMENSION(1:7), SAVE  ::  r0            !<
[1320]862       
[1682]863       REAL(wp), DIMENSION(1:7,1:11), SAVE ::  ecoll_100 !<
864       REAL(wp), DIMENSION(1:7,1:11), SAVE ::  ecoll_400 !<
[799]865
866!
[828]867!--    Initial assignment of constants
868       IF ( first )  THEN
[799]869
[828]870          first = .FALSE.
[799]871
[1359]872          r0  = (/  10.0_wp, 20.0_wp, 30.0_wp, 40.0_wp, 50.0_wp, 60.0_wp,  &
873                   100.0_wp /)
874
875          rat = (/ 0.0_wp, 0.1_wp, 0.2_wp, 0.3_wp, 0.4_wp, 0.5_wp, 0.6_wp, &
876                   0.7_wp, 0.8_wp, 0.9_wp, 1.0_wp /)
[828]877!
[1822]878!--       Tabulated turbulent enhancement factor at 100 cm**2/s**3
[1359]879          ecoll_100(:,1)  = (/  1.74_wp,   1.74_wp,   1.773_wp, 1.49_wp,  &
880                                1.207_wp,  1.207_wp,  1.0_wp /)
881          ecoll_100(:,2)  = (/  1.46_wp,   1.46_wp,   1.421_wp, 1.245_wp, &
882                                1.069_wp,  1.069_wp,  1.0_wp /)
883          ecoll_100(:,3)  = (/  1.32_wp,   1.32_wp,   1.245_wp, 1.123_wp, &
884                                1.000_wp,  1.000_wp,  1.0_wp /)
885          ecoll_100(:,4)  = (/  1.250_wp,  1.250_wp,  1.148_wp, 1.087_wp, &
886                                1.025_wp,  1.025_wp,  1.0_wp /)
887          ecoll_100(:,5)  = (/  1.186_wp,  1.186_wp,  1.066_wp, 1.060_wp, &
888                                1.056_wp,  1.056_wp,  1.0_wp /)
889          ecoll_100(:,6)  = (/  1.045_wp,  1.045_wp,  1.000_wp, 1.014_wp, &
890                                1.028_wp,  1.028_wp,  1.0_wp /)
891          ecoll_100(:,7)  = (/  1.070_wp,  1.070_wp,  1.030_wp, 1.038_wp, &
892                                1.046_wp,  1.046_wp,  1.0_wp /)
893          ecoll_100(:,8)  = (/  1.000_wp,  1.000_wp,  1.054_wp, 1.042_wp, &
894                                1.029_wp,  1.029_wp,  1.0_wp /)
895          ecoll_100(:,9)  = (/  1.223_wp,  1.223_wp,  1.117_wp, 1.069_wp, &
896                                1.021_wp,  1.021_wp,  1.0_wp /)
897          ecoll_100(:,10) = (/  1.570_wp,  1.570_wp,  1.244_wp, 1.166_wp, &
898                                1.088_wp,  1.088_wp,  1.0_wp /)
[1822]899          ecoll_100(:,11) = (/ 20.3_wp,   20.3_wp,   14.6_wp,   8.61_wp,  &
[1359]900                                2.60_wp,   2.60_wp,   1.0_wp /)
[828]901!
[1822]902!--       Tabulated turbulent enhancement factor at 400 cm**2/s**3
[1359]903          ecoll_400(:,1)  = (/  4.976_wp,  4.976_wp,  3.593_wp,  2.519_wp, &
904                                1.445_wp,  1.445_wp,  1.0_wp /)
905          ecoll_400(:,2)  = (/  2.984_wp,  2.984_wp,  2.181_wp,  1.691_wp, &
906                                1.201_wp,  1.201_wp,  1.0_wp /)
907          ecoll_400(:,3)  = (/  1.988_wp,  1.988_wp,  1.475_wp,  1.313_wp, &
908                                1.150_wp,  1.150_wp,  1.0_wp /)
909          ecoll_400(:,4)  = (/  1.490_wp,  1.490_wp,  1.187_wp,  1.156_wp, &
910                                1.126_wp,  1.126_wp,  1.0_wp /)
911          ecoll_400(:,5)  = (/  1.249_wp,  1.249_wp,  1.088_wp,  1.090_wp, &
912                                1.092_wp,  1.092_wp,  1.0_wp /)
913          ecoll_400(:,6)  = (/  1.139_wp,  1.139_wp,  1.130_wp,  1.091_wp, &
914                                1.051_wp,  1.051_wp,  1.0_wp /)
915          ecoll_400(:,7)  = (/  1.220_wp,  1.220_wp,  1.190_wp,  1.138_wp, &
916                                1.086_wp,  1.086_wp,  1.0_wp /)
917          ecoll_400(:,8)  = (/  1.325_wp,  1.325_wp,  1.267_wp,  1.165_wp, &
918                                1.063_wp,  1.063_wp,  1.0_wp /)
919          ecoll_400(:,9)  = (/  1.716_wp,  1.716_wp,  1.345_wp,  1.223_wp, &
920                                1.100_wp,  1.100_wp,  1.0_wp /)
921          ecoll_400(:,10) = (/  3.788_wp,  3.788_wp,  1.501_wp,  1.311_wp, &
922                                1.120_wp,  1.120_wp,  1.0_wp /)
923          ecoll_400(:,11) = (/ 36.52_wp,  36.52_wp,  19.16_wp,  22.80_wp,  &
924                               26.0_wp,   26.0_wp,    1.0_wp /)
[799]925
[828]926       ENDIF
[790]927
[828]928!
929!--    Calculate the radius class index of particles with respect to array r0
[1822]930!--    The droplet radius has to be given in microns.
[828]931       ALLOCATE( ira(1:radius_classes) )
[790]932
[828]933       DO  j = 1, radius_classes
[1322]934          particle_radius = radclass(j) * 1.0E6_wp
[828]935          DO  k = 1, 7
936             IF ( particle_radius < r0(k) )  THEN
937                ira(j) = k
938                EXIT
939             ENDIF
940          ENDDO
941          IF ( particle_radius >= r0(7) )  ira(j) = 8
942       ENDDO
[799]943
944!
[1822]945!--    Two-dimensional linear interpolation of the turbulent enhancement factor.
946!--    The droplet radius has to be given in microns.
[828]947       DO  j =  1, radius_classes
948          DO  i = 1, j
[799]949
[1880]950             ir = MAX( ira(i), ira(j) )
[1519]951             rq = MIN( radclass(i) / radclass(j), radclass(j) / radclass(i) )
[799]952
[828]953             DO  kk = 2, 11
954                IF ( rq <= rat(kk) )  THEN
955                   iq = kk
956                   EXIT
957                ENDIF
958             ENDDO
[790]959
[1822]960             y1 = 1.0_wp  ! turbulent enhancement factor at 0 m**2/s**3
[1007]961
[828]962             IF ( ir < 8 )  THEN
963                IF ( ir >= 2 )  THEN
[1822]964                   pp = ( MAX( radclass(j), radclass(i) ) * 1.0E6_wp -  &
965                          r0(ir-1) ) / ( r0(ir) - r0(ir-1) )
[828]966                   qq = ( rq - rat(iq-1) ) / ( rat(iq) - rat(iq-1) )
[1359]967                   y2 = ( 1.0_wp - pp ) * ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_100(ir-1,iq-1) + &
968                                pp * ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_100(ir,iq-1)        + &
969                                qq * ( 1.0_wp - pp ) * ecoll_100(ir-1,iq)        + &
970                                pp * qq              * ecoll_100(ir,iq)
971                   y3 = ( 1.0-pp ) * ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_400(ir-1,iq-1)      + &
972                                pp * ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_400(ir,iq-1)        + &
973                                qq * ( 1.0_wp - pp ) * ecoll_400(ir-1,iq)        + &
974                                pp * qq              * ecoll_400(ir,iq)
[828]975                ELSE
976                   qq = ( rq - rat(iq-1) ) / ( rat(iq) - rat(iq-1) )
[1359]977                   y2 = ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_100(1,iq-1) + qq * ecoll_100(1,iq)
978                   y3 = ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_400(1,iq-1) + qq * ecoll_400(1,iq)
[828]979                ENDIF
980             ELSE
981                qq = ( rq - rat(iq-1) ) / ( rat(iq) - rat(iq-1) )
[1359]982                y2 = ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_100(7,iq-1) + qq * ecoll_100(7,iq)
983                y3 = ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_400(7,iq-1) + qq * ecoll_400(7,iq)
[828]984             ENDIF
985!
[1822]986!--          Linear interpolation of turbulent enhancement factor
[1359]987             IF ( epsilon <= 0.01_wp )  THEN
988                ecf(j,i) = ( epsilon - 0.01_wp ) / ( 0.0_wp  - 0.01_wp ) * y1 &
989                         + ( epsilon - 0.0_wp  ) / ( 0.01_wp - 0.0_wp  ) * y2
990             ELSEIF ( epsilon <= 0.06_wp )  THEN
991                ecf(j,i) = ( epsilon - 0.04_wp ) / ( 0.01_wp - 0.04_wp ) * y2 &
992                         + ( epsilon - 0.01_wp ) / ( 0.04_wp - 0.01_wp ) * y3
[828]993             ELSE
[1359]994                ecf(j,i) = ( 0.06_wp - 0.04_wp ) / ( 0.01_wp - 0.04_wp ) * y2 &
995                         + ( 0.06_wp - 0.01_wp ) / ( 0.04_wp - 0.01_wp ) * y3
[828]996             ENDIF
[790]997
[1359]998             IF ( ecf(j,i) < 1.0_wp )  ecf(j,i) = 1.0_wp
[790]999
[828]1000             ecf(i,j) = ecf(j,i)
[790]1001
[828]1002          ENDDO
1003       ENDDO
[790]1004
[828]1005    END SUBROUTINE turb_enhance_eff
[790]1006
[825]1007 END MODULE lpm_collision_kernels_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.