source: palm/trunk/SOURCE/lpm_collision_kernels.f90 @ 2271

Last change on this file since 2271 was 2101, checked in by suehring, 8 years ago

last commit documented

  • 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!
[2101]17! Copyright 1997-2017 Leibniz Universitaet Hannover
[2000]18!------------------------------------------------------------------------------!
[1036]19!
[790]20! Current revisions:
21! -----------------
[1347]22!
[2001]23!
[1321]24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: lpm_collision_kernels.f90 2101 2017-01-05 16:42:31Z sward $
27!
[2001]28! 2000 2016-08-20 18:09:15Z knoop
29! Forced header and separation lines into 80 columns
30!
[1881]31! 1880 2016-04-20 09:36:50Z hoffmann
32! Bugfix: The index of the larger particle has to be chosen for interpolation.
33!
[1874]34! 1873 2016-04-18 14:50:06Z maronga
35! Module renamed (removed _mod)
36!
[1859]37! 1858 2016-04-13 13:12:11Z hoffmann
38! Interpolation of collision kernels adjusted to more reasonable values.
39! Reformatting of the code.
40!
[1851]41! 1850 2016-04-08 13:29:27Z maronga
42! Module renamed
43!
[1823]44! 1822 2016-04-07 07:49:42Z hoffmann
45! PALM kernel has been deleted.
46! Bugfix in the calculation of the turbulent enhancement factor of the
47! collection efficiency.
48!
49! Unused variables removed.
50!
[1777]51! 1776 2016-03-02 17:54:58Z hoffmann
52! Bugfix: Collection efficiencies must be calculated for the larger droplet.
53!
[1683]54! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
55! Code annotations made doxygen readable
56!
[1520]57! 1519 2015-01-08 10:20:42Z hoffmann
58! Bugfix: Using the new particle structure, particles are not sorted by size.
59! Hence, computation of collision efficiencies must ensure that the ratio of
60! two colliding droplets is < 1.
61!
[1360]62! 1359 2014-04-11 17:15:14Z hoffmann
63! New particle structure integrated.
64! Kind definition added to all floating point numbers.
65!
[1347]66! 1346 2014-03-27 13:18:20Z heinze
67! Bugfix: REAL constants provided with KIND-attribute especially in call of
68! intrinsic function like MAX, MIN, SIGN
69!
[1323]70! 1322 2014-03-20 16:38:49Z raasch
71! REAL constants defined as wp_kind
72!
[1321]73! 1320 2014-03-20 08:40:49Z
[1320]74! ONLY-attribute added to USE-statements,
75! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
76! kinds are defined in new module kinds,
77! revision history before 2012 removed,
78! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
79! all variable declaration statements
[1008]80!
[1093]81! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
82! unused variables removed
83!
[1072]84! 1071 2012-11-29 16:54:55Z franke
85! Bugfix: collision efficiencies for Hall kernel should not be < 1.0E-20
86!
[1037]87! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
88! code put under GPL (PALM 3.9)
89!
[1008]90! 1007 2012-09-19 14:30:36Z franke
[1007]91! converted all units to SI units and replaced some parameters by corresponding
92! PALM parameters
93! Bugfix: factor in calculation of enhancement factor for collision efficencies
94! changed from 10. to 1.0
[829]95!
[850]96! 849 2012-03-15 10:35:09Z raasch
97! routine collision_efficiency_rogers added (moved from former advec_particles
98! to here)
99!
[836]100! 835 2012-02-22 11:21:19Z raasch $
101! Bugfix: array diss can be used only in case of Wang kernel
102!
[829]103! 828 2012-02-21 12:00:36Z raasch
[828]104! code has been completely reformatted, routine colker renamed
105! recalculate_kernel,
106! routine init_kernels added, radius is now communicated to the collision
107! routines by array radclass
[790]108!
[828]109! Bugfix: transformation factor for dissipation changed from 1E5 to 1E4
110!
[826]111! 825 2012-02-19 03:03:44Z raasch
112! routine renamed from wang_kernel to lpm_collision_kernels,
113! turbulence_effects on collision replaced by wang_kernel
114!
[791]115! 790 2011-11-29 03:11:20Z raasch
116! initial revision
[790]117!
118! Description:
119! ------------
[1682]120!> This module calculates collision efficiencies either due to pure gravitational
121!> effects (Hall kernel, see Hall, 1980: J. Atmos. Sci., 2486-2507) or
[1822]122!> including the effects of turbulence (Wang kernel, see Wang and
123!> Grabowski, 2009: Atmos. Sci. Lett., 10, 1-8, and Ayala et al., 2008:
124!> New J. Phys., 10, 075016). The original code has been
[1682]125!> provided by L.-P. Wang but is substantially reformatted and speed optimized
126!> here.
[790]127!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]128 MODULE lpm_collision_kernels_mod
129 
[790]130
[1320]131    USE constants,                                                             &
132        ONLY:  pi
133       
134    USE kinds
135
136    USE particle_attributes,                                                   &
[1822]137        ONLY:  collision_kernel, dissipation_classes, particles,               &
138               radius_classes
[1320]139
[828]140    USE pegrid
[790]141
[828]142
[790]143    IMPLICIT NONE
144
145    PRIVATE
146
[1822]147    PUBLIC  ckernel, init_kernels, rclass_lbound, rclass_ubound,               &
148            recalculate_kernel
[790]149
[1682]150    REAL(wp) ::  epsilon       !<
151    REAL(wp) ::  rclass_lbound !<
152    REAL(wp) ::  rclass_ubound !<
153    REAL(wp) ::  urms          !<
[790]154
[1822]155    REAL(wp), DIMENSION(:),   ALLOCATABLE ::  epsclass  !< dissipation rate class
156    REAL(wp), DIMENSION(:),   ALLOCATABLE ::  radclass  !< radius class
157    REAL(wp), DIMENSION(:),   ALLOCATABLE ::  winf      !<
[1320]158   
[1822]159    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ec        !<
160    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ecf       !<
161    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  gck       !<
162    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  hkernel   !<
163    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  hwratio   !<
[1320]164   
[1822]165    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  ckernel !<
[792]166
[828]167    SAVE
[792]168
[790]169!
170!-- Public interfaces
[828]171    INTERFACE init_kernels
172       MODULE PROCEDURE init_kernels
173    END INTERFACE init_kernels
[790]174
[828]175    INTERFACE recalculate_kernel
176       MODULE PROCEDURE recalculate_kernel
177    END INTERFACE recalculate_kernel
[790]178
179
[828]180    CONTAINS
[790]181
[792]182
[828]183!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]184! Description:
185! ------------
186!> Initialization of the collision efficiency matrix with fixed radius and
187!> dissipation classes, calculated at simulation start only.
[828]188!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]189 
190    SUBROUTINE init_kernels
[792]191
[828]192       IMPLICIT NONE
[792]193
[1682]194       INTEGER(iwp) ::  i !<
195       INTEGER(iwp) ::  j !<
196       INTEGER(iwp) ::  k !<
[790]197
[828]198
199!
200!--    Calculate collision efficiencies for fixed radius- and dissipation
201!--    classes
202       IF ( collision_kernel(6:9) == 'fast' )  THEN
203
[1822]204          ALLOCATE( ckernel(1:radius_classes,1:radius_classes,                 &
205                    0:dissipation_classes), epsclass(1:dissipation_classes),   &
[828]206                    radclass(1:radius_classes) )
207
208!
209!--       Calculate the radius class bounds with logarithmic distances
[1858]210!--       in the interval [1.0E-6, 1000.0E-6] m
[1322]211          rclass_lbound = LOG( 1.0E-6_wp )
[1858]212          rclass_ubound = LOG( 1000.0E-6_wp )
[1822]213          radclass(1)   = EXP( rclass_lbound )
[828]214          DO  i = 2, radius_classes
215             radclass(i) = EXP( rclass_lbound +                                &
[1359]216                                ( rclass_ubound - rclass_lbound ) *            &
217                                ( i - 1.0_wp ) / ( radius_classes - 1.0_wp ) )
[828]218          ENDDO
219
220!
[1858]221!--       Set the class bounds for dissipation in interval [0.0, 600.0] cm**2/s**3
[828]222          DO  i = 1, dissipation_classes
[1858]223             epsclass(i) = 0.06_wp * REAL( i, KIND=wp ) / dissipation_classes
[828]224          ENDDO
225!
226!--       Calculate collision efficiencies of the Wang/ayala kernel
227          ALLOCATE( ec(1:radius_classes,1:radius_classes),  &
228                    ecf(1:radius_classes,1:radius_classes), &
229                    gck(1:radius_classes,1:radius_classes), &
230                    winf(1:radius_classes) )
231
232          DO  k = 1, dissipation_classes
233
234             epsilon = epsclass(k)
[1359]235             urms    = 2.02_wp * ( epsilon / 0.04_wp )**( 1.0_wp / 3.0_wp )
[828]236
237             CALL turbsd
238             CALL turb_enhance_eff
239             CALL effic
240
241             DO  j = 1, radius_classes
242                DO  i = 1, radius_classes
243                   ckernel(i,j,k) = ec(i,j) * gck(i,j) * ecf(i,j)
244                ENDDO
245             ENDDO
246
247          ENDDO
248
249!
250!--       Calculate collision efficiencies of the Hall kernel
251          ALLOCATE( hkernel(1:radius_classes,1:radius_classes), &
252                    hwratio(1:radius_classes,1:radius_classes) )
253
254          CALL fallg
255          CALL effic
256
257          DO  j = 1, radius_classes
258             DO  i =  1, radius_classes
259                hkernel(i,j) = pi * ( radclass(j) + radclass(i) )**2 &
260                                  * ec(i,j) * ABS( winf(j) - winf(i) )
261                ckernel(i,j,0) = hkernel(i,j)  ! hall kernel stored on index 0
262              ENDDO
263          ENDDO
264
265!
266!--       Test output of efficiencies
267          IF ( j == -1 )  THEN
268
269             PRINT*, '*** Hall kernel'
[1359]270             WRITE ( *,'(5X,20(F4.0,1X))' ) ( radclass(i)*1.0E6_wp, &
[1007]271                                              i = 1,radius_classes )
[828]272             DO  j = 1, radius_classes
[1007]273                WRITE ( *,'(F4.0,1X,20(F8.4,1X))' ) radclass(j),  &
274                                          ( hkernel(i,j), i = 1,radius_classes )
[828]275             ENDDO
276
277             DO  k = 1, dissipation_classes
278                DO  i = 1, radius_classes
279                   DO  j = 1, radius_classes
[1359]280                      IF ( hkernel(i,j) == 0.0_wp )  THEN
281                         hwratio(i,j) = 9999999.9_wp
[828]282                      ELSE
283                         hwratio(i,j) = ckernel(i,j,k) / hkernel(i,j)
284                      ENDIF
285                   ENDDO
286                ENDDO
287
288                PRINT*, '*** epsilon = ', epsclass(k)
[1359]289                WRITE ( *,'(5X,20(F4.0,1X))' ) ( radclass(i) * 1.0E6_wp, &
[1007]290                                                 i = 1,radius_classes )
[828]291                DO  j = 1, radius_classes
[1359]292                   WRITE ( *,'(F4.0,1X,20(F8.4,1X))' ) radclass(j) * 1.0E6_wp, &
[1007]293                                          ( hwratio(i,j), i = 1,radius_classes )
[828]294                ENDDO
295             ENDDO
296
297          ENDIF
298
299          DEALLOCATE( ec, ecf, epsclass, gck, hkernel, winf )
300
301       ENDIF
302
303    END SUBROUTINE init_kernels
304
305
[790]306!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]307! Description:
308! ------------
309!> Calculation of collision kernels during each timestep and for each grid box
[790]310!------------------------------------------------------------------------------!
[828]311    SUBROUTINE recalculate_kernel( i1, j1, k1 )
[790]312
[1320]313       USE arrays_3d,                                                          &
314           ONLY:  diss
[790]315
[1320]316       USE particle_attributes,                                                &
[1858]317           ONLY:  number_of_particles, prt_count, radius_classes, wang_kernel
[1320]318
[790]319       IMPLICIT NONE
320
[1682]321       INTEGER(iwp) ::  i      !<
322       INTEGER(iwp) ::  i1     !<
323       INTEGER(iwp) ::  j      !<
324       INTEGER(iwp) ::  j1     !<
325       INTEGER(iwp) ::  k1     !<
[790]326
327
[1858]328       number_of_particles = prt_count(k1,j1,i1)
329       radius_classes      = number_of_particles   ! necessary to use the same
330                                                   ! subroutines as for
331                                                   ! precalculated kernels
[792]332
[1858]333       ALLOCATE( ec(1:number_of_particles,1:number_of_particles), &
334                 radclass(1:number_of_particles), winf(1:number_of_particles) )
[790]335
[828]336!
[1007]337!--    Store particle radii on the radclass array
[1858]338       radclass(1:number_of_particles) = particles(1:number_of_particles)%radius
[790]339
[835]340       IF ( wang_kernel )  THEN
[1007]341          epsilon = diss(k1,j1,i1)   ! dissipation rate in m**2/s**3
[835]342       ELSE
[1359]343          epsilon = 0.0_wp
[835]344       ENDIF
[1359]345       urms    = 2.02_wp * ( epsilon / 0.04_wp )**( 0.33333333333_wp )
[790]346
[1359]347       IF ( wang_kernel  .AND.  epsilon > 1.0E-7_wp )  THEN
[828]348!
349!--       Call routines to calculate efficiencies for the Wang kernel
[1858]350          ALLOCATE( gck(1:number_of_particles,1:number_of_particles), &
351                    ecf(1:number_of_particles,1:number_of_particles) )
[790]352
[828]353          CALL turbsd
354          CALL turb_enhance_eff
355          CALL effic
[790]356
[1858]357          DO  j = 1, number_of_particles
358             DO  i =  1, number_of_particles
359                ckernel(1+i-1,1+j-1,1) = ec(i,j) * gck(i,j) * ecf(i,j)
[790]360             ENDDO
[828]361          ENDDO
[790]362
[828]363          DEALLOCATE( gck, ecf )
[790]364
365       ELSE
[828]366!
367!--       Call routines to calculate efficiencies for the Hall kernel
[790]368          CALL fallg
369          CALL effic
370
[1858]371          DO  j = 1, number_of_particles
372             DO  i =  1, number_of_particles
373                ckernel(i,j,1) = pi * ( radclass(j) + radclass(i) )**2         &
374                                    * ec(i,j) * ABS( winf(j) - winf(i) )
[790]375             ENDDO
376          ENDDO
377
378       ENDIF
379
[828]380       DEALLOCATE( ec, radclass, winf )
[790]381
[828]382    END SUBROUTINE recalculate_kernel
[790]383
[828]384
[790]385!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]386! Description:
387! ------------
[1822]388!> Calculation of effects of turbulence on the geometric collision kernel
389!> (by including the droplets' average radial relative velocities and their
390!> radial distribution function) following the analytic model by Aayala et al.
391!> (2008, New J. Phys.). For details check the second part 2 of the publication,
392!> page 37ff.
393!>
394!> Input parameters, which need to be replaced by PALM parameters:
395!>    water density, air density
[790]396!------------------------------------------------------------------------------!
[792]397    SUBROUTINE turbsd
[799]398
[1320]399       USE control_parameters,                                                 &
400           ONLY:  g, molecular_viscosity
401   
402       USE particle_attributes,                                                &
403           ONLY:  radius_classes
[790]404
405       IMPLICIT NONE
406
[1682]407       INTEGER(iwp) ::  i     !<
408       INTEGER(iwp) ::  j     !<
[790]409
[1682]410       REAL(wp) ::  ao        !<
411       REAL(wp) ::  ao_gr     !<
412       REAL(wp) ::  bbb       !<
413       REAL(wp) ::  be        !<
414       REAL(wp) ::  b1        !<
415       REAL(wp) ::  b2        !<
416       REAL(wp) ::  ccc       !<
417       REAL(wp) ::  c1        !<
418       REAL(wp) ::  c1_gr     !<
419       REAL(wp) ::  c2        !<
420       REAL(wp) ::  d1        !<
421       REAL(wp) ::  d2        !<
422       REAL(wp) ::  eta       !<
423       REAL(wp) ::  e1        !<
424       REAL(wp) ::  e2        !<
425       REAL(wp) ::  fao_gr    !<
426       REAL(wp) ::  fr        !<
427       REAL(wp) ::  grfin     !<
428       REAL(wp) ::  lambda    !<
429       REAL(wp) ::  lambda_re !<
430       REAL(wp) ::  lf        !<
431       REAL(wp) ::  rc        !<
432       REAL(wp) ::  rrp       !<
433       REAL(wp) ::  sst       !<
434       REAL(wp) ::  tauk      !<
435       REAL(wp) ::  tl        !<
436       REAL(wp) ::  t2        !<
437       REAL(wp) ::  tt        !<
438       REAL(wp) ::  t1        !<
439       REAL(wp) ::  vk        !<
440       REAL(wp) ::  vrms1xy   !<
441       REAL(wp) ::  vrms2xy   !<
442       REAL(wp) ::  v1        !<
443       REAL(wp) ::  v1v2xy    !<
444       REAL(wp) ::  v1xysq    !<
445       REAL(wp) ::  v2        !<
446       REAL(wp) ::  v2xysq    !<
447       REAL(wp) ::  wrfin     !<
448       REAL(wp) ::  wrgrav2   !<
449       REAL(wp) ::  wrtur2xy  !<
450       REAL(wp) ::  xx        !<
451       REAL(wp) ::  yy        !<
452       REAL(wp) ::  z         !<
[790]453
[1822]454       REAL(wp), DIMENSION(1:radius_classes) ::  st  !< Stokes number
455       REAL(wp), DIMENSION(1:radius_classes) ::  tau !< inertial time scale
[790]456
[1822]457       lambda    = urms * SQRT( 15.0_wp * molecular_viscosity / epsilon )
[1322]458       lambda_re = urms**2 * SQRT( 15.0_wp / epsilon / molecular_viscosity )
[1822]459       tl        = urms**2 / epsilon
460       lf        = 0.5_wp * urms**3 / epsilon
461       tauk      = SQRT( molecular_viscosity / epsilon )
462       eta       = ( molecular_viscosity**3 / epsilon )**0.25_wp
[1007]463       vk        = eta / tauk
[790]464
[1359]465       ao = ( 11.0_wp + 7.0_wp * lambda_re ) / ( 205.0_wp + lambda_re )
[1822]466       tt = SQRT( 2.0_wp * lambda_re / ( SQRT( 15.0_wp ) * ao ) ) * tauk
[799]467
[1822]468!
469!--    Get terminal velocity of droplets
470       CALL fallg
[790]471
[828]472       DO  i = 1, radius_classes
[1822]473          tau(i) = winf(i) / g    ! inertial time scale
474          st(i)  = tau(i) / tauk  ! Stokes number
[790]475       ENDDO
476
[828]477!
[1822]478!--    Calculate average radial relative velocity at contact (wrfin)
[828]479       z   = tt / tl
[1322]480       be  = SQRT( 2.0_wp ) * lambda / lf
[1359]481       bbb = SQRT( 1.0_wp - 2.0_wp * be**2 )
482       d1  = ( 1.0_wp + bbb ) / ( 2.0_wp * bbb )
[1822]483       e1  = lf * ( 1.0_wp + bbb ) * 0.5_wp
[1359]484       d2  = ( 1.0_wp - bbb ) * 0.5_wp / bbb
[1822]485       e2  = lf * ( 1.0_wp - bbb ) * 0.5_wp
[1359]486       ccc = SQRT( 1.0_wp - 2.0_wp * z**2 )
487       b1  = ( 1.0_wp + ccc ) * 0.5_wp / ccc
[1822]488       c1  = tl * ( 1.0_wp + ccc ) * 0.5_wp
[1359]489       b2  = ( 1.0_wp - ccc ) * 0.5_wp / ccc
[1822]490       c2  = tl * ( 1.0_wp - ccc ) * 0.5_wp
[790]491
[828]492       DO  i = 1, radius_classes
[790]493
[1822]494          v1 = winf(i)
495          t1 = tau(i)
[790]496
[828]497          DO  j = 1, i
[1007]498             rrp = radclass(i) + radclass(j)
[1822]499             v2  = winf(j)
500             t2  = tau(j)
[790]501
[1007]502             v1xysq  = b1 * d1 * phi_w(c1,e1,v1,t1) - b1 * d2 * phi_w(c1,e2,v1,t1) &
503                     - b2 * d1 * phi_w(c2,e1,v1,t1) + b2 * d2 * phi_w(c2,e2,v1,t1)
[1822]504             v1xysq  = v1xysq * urms**2 / t1
505             vrms1xy = SQRT( v1xysq )
[790]506
[1007]507             v2xysq  = b1 * d1 * phi_w(c1,e1,v2,t2) - b1 * d2 * phi_w(c1,e2,v2,t2) &
508                     - b2 * d1 * phi_w(c2,e1,v2,t2) + b2 * d2 * phi_w(c2,e2,v2,t2)
[1822]509             v2xysq  = v2xysq * urms**2 / t2
510             vrms2xy = SQRT( v2xysq )
[790]511
[828]512             IF ( winf(i) >= winf(j) )  THEN
[799]513                v1 = winf(i)
[790]514                t1 = tau(i)
[799]515                v2 = winf(j)
[790]516                t2 = tau(j)
517             ELSE
[799]518                v1 = winf(j)
[790]519                t1 = tau(j)
[799]520                v2 = winf(i)
[790]521                t2 = tau(i)
522             ENDIF
523
[828]524             v1v2xy   =  b1 * d1 * zhi(c1,e1,v1,t1,v2,t2) - &
525                         b1 * d2 * zhi(c1,e2,v1,t1,v2,t2) - &
526                         b2 * d1 * zhi(c2,e1,v1,t1,v2,t2) + &
527                         b2 * d2* zhi(c2,e2,v1,t1,v2,t2)
528             fr       = d1 * EXP( -rrp / e1 ) - d2 * EXP( -rrp / e2 )
[1822]529             v1v2xy   = v1v2xy * fr * urms**2 / tau(i) / tau(j)
530             wrtur2xy = vrms1xy**2 + vrms2xy**2 - 2.0_wp * v1v2xy
[1359]531             IF ( wrtur2xy < 0.0_wp )  wrtur2xy = 0.0_wp
[1322]532             wrgrav2  = pi / 8.0_wp * ( winf(j) - winf(i) )**2
[1822]533             wrfin    = SQRT( ( 2.0_wp / pi ) * ( wrtur2xy + wrgrav2) )
[790]534
[828]535!
[1822]536!--          Calculate radial distribution function (grfin)
[828]537             IF ( st(j) > st(i) )  THEN
538                sst = st(j)
[790]539             ELSE
[828]540                sst = st(i)
[790]541             ENDIF
542
[1359]543             xx = -0.1988_wp * sst**4 + 1.5275_wp * sst**3 - 4.2942_wp *       &
544                   sst**2 + 5.3406_wp * sst
545             IF ( xx < 0.0_wp )  xx = 0.0_wp
546             yy = 0.1886_wp * EXP( 20.306_wp / lambda_re )
[790]547
[1007]548             c1_gr  =  xx / ( g / vk * tauk )**yy
[790]549
[1322]550             ao_gr  = ao + ( pi / 8.0_wp) * ( g / vk * tauk )**2
[1359]551             fao_gr = 20.115_wp * SQRT( ao_gr / lambda_re )
[1822]552             rc     = SQRT( fao_gr * ABS( st(j) - st(i) ) ) * eta
[790]553
[1359]554             grfin  = ( ( eta**2 + rc**2 ) / ( rrp**2 + rc**2) )**( c1_gr*0.5_wp )
555             IF ( grfin < 1.0_wp )  grfin = 1.0_wp
[790]556
[1822]557!
558!--          Calculate general collection kernel (without the consideration of
559!--          collection efficiencies)
560             gck(i,j) = 2.0_wp * pi * rrp**2 * wrfin * grfin
[790]561             gck(j,i) = gck(i,j)
562
563          ENDDO
564       ENDDO
565
[828]566    END SUBROUTINE turbsd
[790]567
[1320]568    REAL(wp) FUNCTION phi_w( a, b, vsett, tau0 )
[1822]569!
570!--    Function used in the Ayala et al. (2008) analytical model for turbulent
571!--    effects on the collision kernel
[790]572       IMPLICIT NONE
573
[1682]574       REAL(wp) ::  a     !<
575       REAL(wp) ::  aa1   !<
576       REAL(wp) ::  b     !<
577       REAL(wp) ::  tau0  !<
578       REAL(wp) ::  vsett !<
[790]579
[1359]580       aa1 = 1.0_wp / tau0 + 1.0_wp / a + vsett / b
[1822]581       phi_w = 1.0_wp / aa1  - 0.5_wp * vsett / b / aa1**2
[790]582
[1007]583    END FUNCTION phi_w
[792]584
[1320]585    REAL(wp) FUNCTION zhi( a, b, vsett1, tau1, vsett2, tau2 )
[1822]586!
587!--    Function used in the Ayala et al. (2008) analytical model for turbulent
588!--    effects on the collision kernel
[790]589       IMPLICIT NONE
590
[1682]591       REAL(wp) ::  a      !<
592       REAL(wp) ::  aa1    !<
593       REAL(wp) ::  aa2    !<
594       REAL(wp) ::  aa3    !<
595       REAL(wp) ::  aa4    !<
596       REAL(wp) ::  aa5    !<
597       REAL(wp) ::  aa6    !<
598       REAL(wp) ::  b      !<
599       REAL(wp) ::  tau1   !<
600       REAL(wp) ::  tau2   !<
601       REAL(wp) ::  vsett1 !<
602       REAL(wp) ::  vsett2 !<
[790]603
[1359]604       aa1 = vsett2 / b - 1.0_wp / tau2 - 1.0_wp / a
605       aa2 = vsett1 / b + 1.0_wp / tau1 + 1.0_wp / a
606       aa3 = ( vsett1 - vsett2 ) / b + 1.0_wp / tau1 + 1.0_wp / tau2
607       aa4 = ( vsett2 / b )**2 - ( 1.0_wp / tau2 + 1.0_wp / a )**2
608       aa5 = vsett2 / b + 1.0_wp / tau2 + 1.0_wp / a
609       aa6 = 1.0_wp / tau1 - 1.0_wp / a + ( 1.0_wp / tau2 + 1.0_wp / a) *      &
610             vsett1 / vsett2
611       zhi = (1.0_wp / aa1 - 1.0_wp / aa2 ) * ( vsett1 - vsett2 ) * 0.5_wp /   &
612             b / aa3**2 + ( 4.0_wp / aa4 - 1.0_wp / aa5**2 - 1.0_wp / aa1**2 ) &
613             * vsett2 * 0.5_wp / b /aa6 + ( 2.0_wp * ( b / aa2 - b / aa1 ) -   &
[1822]614             vsett1 / aa2**2 + vsett2 / aa1**2 ) * 0.5_wp / b / aa3
[799]615
[828]616    END FUNCTION zhi
[790]617
[828]618
[790]619!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]620! Description:
621! ------------
[1822]622!> Parameterization of terminal velocity following Rogers et al. (1993, J. Appl.
623!> Meteorol.)
[790]624!------------------------------------------------------------------------------!
[828]625    SUBROUTINE fallg
[790]626
[1320]627       USE particle_attributes,                                                &
628           ONLY:  radius_classes
[790]629
[828]630       IMPLICIT NONE
[790]631
[1822]632       INTEGER(iwp) ::  j                            !<
[790]633
[1822]634       REAL(wp), PARAMETER ::  k_cap_rog = 4.0_wp    !< parameter
635       REAL(wp), PARAMETER ::  k_low_rog = 12.0_wp   !< parameter
636       REAL(wp), PARAMETER ::  a_rog     = 9.65_wp   !< parameter
637       REAL(wp), PARAMETER ::  b_rog     = 10.43_wp  !< parameter
638       REAL(wp), PARAMETER ::  c_rog     = 0.6_wp    !< parameter
639       REAL(wp), PARAMETER ::  d0_rog    = 0.745_wp  !< seperation diameter
[790]640
[1822]641       REAL(wp)            ::  diameter              !< droplet diameter in mm
[790]642
[799]643
[828]644       DO  j = 1, radius_classes
[790]645
[1822]646          diameter = radclass(j) * 2000.0_wp
[799]647
[1822]648          IF ( diameter <= d0_rog )  THEN
649             winf(j) = k_cap_rog * diameter * ( 1.0_wp -                       &
650                                                EXP( -k_low_rog * diameter ) )
651          ELSE
652             winf(j) = a_rog - b_rog * EXP( -c_rog * diameter )
[828]653          ENDIF
[790]654
[828]655       ENDDO
[790]656
[828]657    END SUBROUTINE fallg
[790]658
[828]659
[790]660!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]661! Description:
662! ------------
[1822]663!> Interpolation of collision efficiencies (Hall, 1980, J. Atmos. Sci.)
[790]664!------------------------------------------------------------------------------!
[828]665    SUBROUTINE effic
[1320]666 
667       USE particle_attributes,                                                &
668           ONLY:  radius_classes
[790]669
[828]670       IMPLICIT NONE
[790]671
[1682]672       INTEGER(iwp) ::  i  !<
673       INTEGER(iwp) ::  iq !<
674       INTEGER(iwp) ::  ir !<
675       INTEGER(iwp) ::  j  !<
676       INTEGER(iwp) ::  k  !<
[790]677
[1682]678       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ira !<
[790]679
[1682]680       LOGICAL, SAVE ::  first = .TRUE. !<
[790]681
[1682]682       REAL(wp) ::  ek              !<
683       REAL(wp) ::  particle_radius !<
684       REAL(wp) ::  pp              !<
685       REAL(wp) ::  qq              !<
686       REAL(wp) ::  rq              !<
[790]687
[1682]688       REAL(wp), DIMENSION(1:21), SAVE ::  rat        !<
[1320]689       
[1682]690       REAL(wp), DIMENSION(1:15), SAVE ::  r0         !<
[1320]691       
[1682]692       REAL(wp), DIMENSION(1:15,1:21), SAVE ::  ecoll !<
[790]693
[792]694!
[828]695!--    Initial assignment of constants
696       IF ( first )  THEN
[790]697
[792]698         first = .FALSE.
[1822]699         r0  = (/   6.0_wp,   8.0_wp,  10.0_wp, 15.0_wp,  20.0_wp,  25.0_wp,   &
700                   30.0_wp,  40.0_wp,  50.0_wp, 60.0_wp,  70.0_wp, 100.0_wp,   &
[1359]701                  150.0_wp, 200.0_wp, 300.0_wp /)
[790]702
[1822]703         rat = (/ 0.00_wp, 0.05_wp, 0.10_wp, 0.15_wp, 0.20_wp, 0.25_wp,        &
704                  0.30_wp, 0.35_wp, 0.40_wp, 0.45_wp, 0.50_wp, 0.55_wp,        &
705                  0.60_wp, 0.65_wp, 0.70_wp, 0.75_wp, 0.80_wp, 0.85_wp,        &
[1359]706                  0.90_wp, 0.95_wp, 1.00_wp /)
707
[1822]708         ecoll(:,1)  = (/ 0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp,    &
709                          0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp,    &
[1359]710                          0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp /)
[1822]711         ecoll(:,2)  = (/ 0.003_wp, 0.003_wp, 0.003_wp, 0.004_wp, 0.005_wp,    &
712                          0.005_wp, 0.005_wp, 0.010_wp, 0.100_wp, 0.050_wp,    &
[1359]713                          0.200_wp, 0.500_wp, 0.770_wp, 0.870_wp, 0.970_wp /)
[1822]714         ecoll(:,3)  = (/ 0.007_wp, 0.007_wp, 0.007_wp, 0.008_wp, 0.009_wp,    &
715                          0.010_wp, 0.010_wp, 0.070_wp, 0.400_wp, 0.430_wp,    &
[1359]716                          0.580_wp, 0.790_wp, 0.930_wp, 0.960_wp, 1.000_wp /)
[1822]717         ecoll(:,4)  = (/ 0.009_wp, 0.009_wp, 0.009_wp, 0.012_wp, 0.015_wp,    &
718                          0.010_wp, 0.020_wp, 0.280_wp, 0.600_wp, 0.640_wp,    &
[1359]719                          0.750_wp, 0.910_wp, 0.970_wp, 0.980_wp, 1.000_wp /)
[1822]720         ecoll(:,5)  = (/ 0.014_wp, 0.014_wp, 0.014_wp, 0.015_wp, 0.016_wp,    &
721                          0.030_wp, 0.060_wp, 0.500_wp, 0.700_wp, 0.770_wp,    &
[1359]722                          0.840_wp, 0.950_wp, 0.970_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]723         ecoll(:,6)  = (/ 0.017_wp, 0.017_wp, 0.017_wp, 0.020_wp, 0.022_wp,    &
724                          0.060_wp, 0.100_wp, 0.620_wp, 0.780_wp, 0.840_wp,    &
[1359]725                          0.880_wp, 0.950_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]726         ecoll(:,7)  = (/ 0.030_wp, 0.030_wp, 0.024_wp, 0.022_wp, 0.032_wp,    &
727                          0.062_wp, 0.200_wp, 0.680_wp, 0.830_wp, 0.870_wp,    &
[1359]728                          0.900_wp, 0.950_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]729         ecoll(:,8)  = (/ 0.025_wp, 0.025_wp, 0.025_wp, 0.036_wp, 0.043_wp,    &
730                          0.130_wp, 0.270_wp, 0.740_wp, 0.860_wp, 0.890_wp,    &
[1359]731                          0.920_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]732         ecoll(:,9)  = (/ 0.027_wp, 0.027_wp, 0.027_wp, 0.040_wp, 0.052_wp,    &
733                          0.200_wp, 0.400_wp, 0.780_wp, 0.880_wp, 0.900_wp,    &
[1359]734                          0.940_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]735         ecoll(:,10) = (/ 0.030_wp, 0.030_wp, 0.030_wp, 0.047_wp, 0.064_wp,    &
736                          0.250_wp, 0.500_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(:,11) = (/ 0.040_wp, 0.040_wp, 0.033_wp, 0.037_wp, 0.068_wp,    &
739                          0.240_wp, 0.550_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(:,12) = (/ 0.035_wp, 0.035_wp, 0.035_wp, 0.055_wp, 0.079_wp,    &
742                          0.290_wp, 0.580_wp, 0.800_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(:,13) = (/ 0.037_wp, 0.037_wp, 0.037_wp, 0.062_wp, 0.082_wp,    &
745                          0.290_wp, 0.590_wp, 0.780_wp, 0.900_wp, 0.910_wp,    &
[1359]746                          0.950_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]747         ecoll(:,14) = (/ 0.037_wp, 0.037_wp, 0.037_wp, 0.060_wp, 0.080_wp,    &
748                          0.290_wp, 0.580_wp, 0.770_wp, 0.890_wp, 0.910_wp,    &
[1359]749                          0.950_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]750         ecoll(:,15) = (/ 0.037_wp, 0.037_wp, 0.037_wp, 0.041_wp, 0.075_wp,    &
751                          0.250_wp, 0.540_wp, 0.760_wp, 0.880_wp, 0.920_wp,    &
[1359]752                          0.950_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]753         ecoll(:,16) = (/ 0.037_wp, 0.037_wp, 0.037_wp, 0.052_wp, 0.067_wp,    &
754                          0.250_wp, 0.510_wp, 0.770_wp, 0.880_wp, 0.930_wp,    &
[1359]755                          0.970_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]756         ecoll(:,17) = (/ 0.037_wp, 0.037_wp, 0.037_wp, 0.047_wp, 0.057_wp,    &
757                          0.250_wp, 0.490_wp, 0.770_wp, 0.890_wp, 0.950_wp,    &
[1359]758                          1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]759         ecoll(:,18) = (/ 0.036_wp, 0.036_wp, 0.036_wp, 0.042_wp, 0.048_wp,    &
760                          0.230_wp, 0.470_wp, 0.780_wp, 0.920_wp, 1.000_wp,    &
[1359]761                          1.020_wp, 1.020_wp, 1.020_wp, 1.020_wp, 1.020_wp /)
[1822]762         ecoll(:,19) = (/ 0.040_wp, 0.040_wp, 0.035_wp, 0.033_wp, 0.040_wp,    &
763                          0.112_wp, 0.450_wp, 0.790_wp, 1.010_wp, 1.030_wp,    &
[1359]764                          1.040_wp, 1.040_wp, 1.040_wp, 1.040_wp, 1.040_wp /)
[1822]765         ecoll(:,20) = (/ 0.033_wp, 0.033_wp, 0.033_wp, 0.033_wp, 0.033_wp,    &
766                          0.119_wp, 0.470_wp, 0.950_wp, 1.300_wp, 1.700_wp,    &
[1359]767                          2.300_wp, 2.300_wp, 2.300_wp, 2.300_wp, 2.300_wp /)
[1822]768         ecoll(:,21) = (/ 0.027_wp, 0.027_wp, 0.027_wp, 0.027_wp, 0.027_wp,    &
769                          0.125_wp, 0.520_wp, 1.400_wp, 2.300_wp, 3.000_wp,    &
[1359]770                          4.000_wp, 4.000_wp, 4.000_wp, 4.000_wp, 4.000_wp /)
[828]771       ENDIF
[790]772
[792]773!
[828]774!--    Calculate the radius class index of particles with respect to array r
[1822]775!--    Radius has to be in microns
[828]776       ALLOCATE( ira(1:radius_classes) )
777       DO  j = 1, radius_classes
[1322]778          particle_radius = radclass(j) * 1.0E6_wp
[828]779          DO  k = 1, 15
780             IF ( particle_radius < r0(k) )  THEN
781                ira(j) = k
782                EXIT
783             ENDIF
784          ENDDO
785          IF ( particle_radius >= r0(15) )  ira(j) = 16
786       ENDDO
[790]787
[792]788!
[828]789!--    Two-dimensional linear interpolation of the collision efficiency.
[1822]790!--    Radius has to be in microns
[828]791       DO  j = 1, radius_classes
792          DO  i = 1, j
[792]793
[1880]794             ir = MAX( ira(i), ira(j) )
[1519]795             rq = MIN( radclass(i) / radclass(j), radclass(j) / radclass(i) )
[828]796             iq = INT( rq * 20 ) + 1
797             iq = MAX( iq , 2)
[792]798
[828]799             IF ( ir < 16 )  THEN
800                IF ( ir >= 2 )  THEN
[1822]801                   pp = ( ( MAX( radclass(j), radclass(i) ) * 1.0E6_wp ) -     &
802                          r0(ir-1) ) / ( r0(ir) - r0(ir-1) )
[1359]803                   qq = ( rq - rat(iq-1) ) / ( rat(iq) - rat(iq-1) )
804                   ec(j,i) = ( 1.0_wp - pp ) * ( 1.0_wp - qq )                 &
805                             * ecoll(ir-1,iq-1)                                &
806                             + pp * ( 1.0_wp - qq ) * ecoll(ir,iq-1)           &
807                             + qq * ( 1.0_wp - pp ) * ecoll(ir-1,iq)           &
[828]808                             + pp * qq * ecoll(ir,iq)
809                ELSE
810                   qq = ( rq - rat(iq-1) ) / ( rat(iq) - rat(iq-1) )
[1359]811                   ec(j,i) = ( 1.0_wp - qq ) * ecoll(1,iq-1) + qq * ecoll(1,iq)
[828]812                ENDIF
813             ELSE
814                qq = ( rq - rat(iq-1) ) / ( rat(iq) - rat(iq-1) )
[1359]815                ek = ( 1.0_wp - qq ) * ecoll(15,iq-1) + qq * ecoll(15,iq)
[1346]816                ec(j,i) = MIN( ek, 1.0_wp )
[1071]817             ENDIF
[792]818
[1359]819             IF ( ec(j,i) < 1.0E-20_wp )  ec(j,i) = 0.0_wp
[1071]820
[828]821             ec(i,j) = ec(j,i)
[792]822
[828]823          ENDDO
824       ENDDO
[792]825
[828]826       DEALLOCATE( ira )
[792]827
[828]828    END SUBROUTINE effic
[792]829
830
[790]831!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]832! Description:
833! ------------
[1822]834!> Interpolation of turbulent enhancement factor for collision efficencies
835!> following Wang and Grabowski (2009, Atmos. Sci. Let.)
[790]836!------------------------------------------------------------------------------!
[828]837    SUBROUTINE turb_enhance_eff
[790]838
[1320]839       USE particle_attributes,                                                &
840           ONLY:  radius_classes
[790]841
[828]842       IMPLICIT NONE
[790]843
[1682]844       INTEGER(iwp) :: i  !<
845       INTEGER(iwp) :: iq !<
846       INTEGER(iwp) :: ir !<
847       INTEGER(iwp) :: j  !<
848       INTEGER(iwp) :: k  !<
849       INTEGER(iwp) :: kk !<
[790]850
[1682]851       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ira !<
[1320]852       
[1682]853       LOGICAL, SAVE ::  first = .TRUE. !<
[790]854
[1682]855       REAL(wp) ::  particle_radius !<
856       REAL(wp) ::  pp              !<
857       REAL(wp) ::  qq              !<
858       REAL(wp) ::  rq              !<
859       REAL(wp) ::  y1              !<
860       REAL(wp) ::  y2              !<
861       REAL(wp) ::  y3              !<
[790]862
[1682]863       REAL(wp), DIMENSION(1:11), SAVE ::  rat           !<
864       REAL(wp), DIMENSION(1:7), SAVE  ::  r0            !<
[1320]865       
[1682]866       REAL(wp), DIMENSION(1:7,1:11), SAVE ::  ecoll_100 !<
867       REAL(wp), DIMENSION(1:7,1:11), SAVE ::  ecoll_400 !<
[799]868
869!
[828]870!--    Initial assignment of constants
871       IF ( first )  THEN
[799]872
[828]873          first = .FALSE.
[799]874
[1359]875          r0  = (/  10.0_wp, 20.0_wp, 30.0_wp, 40.0_wp, 50.0_wp, 60.0_wp,  &
876                   100.0_wp /)
877
878          rat = (/ 0.0_wp, 0.1_wp, 0.2_wp, 0.3_wp, 0.4_wp, 0.5_wp, 0.6_wp, &
879                   0.7_wp, 0.8_wp, 0.9_wp, 1.0_wp /)
[828]880!
[1822]881!--       Tabulated turbulent enhancement factor at 100 cm**2/s**3
[1359]882          ecoll_100(:,1)  = (/  1.74_wp,   1.74_wp,   1.773_wp, 1.49_wp,  &
883                                1.207_wp,  1.207_wp,  1.0_wp /)
884          ecoll_100(:,2)  = (/  1.46_wp,   1.46_wp,   1.421_wp, 1.245_wp, &
885                                1.069_wp,  1.069_wp,  1.0_wp /)
886          ecoll_100(:,3)  = (/  1.32_wp,   1.32_wp,   1.245_wp, 1.123_wp, &
887                                1.000_wp,  1.000_wp,  1.0_wp /)
888          ecoll_100(:,4)  = (/  1.250_wp,  1.250_wp,  1.148_wp, 1.087_wp, &
889                                1.025_wp,  1.025_wp,  1.0_wp /)
890          ecoll_100(:,5)  = (/  1.186_wp,  1.186_wp,  1.066_wp, 1.060_wp, &
891                                1.056_wp,  1.056_wp,  1.0_wp /)
892          ecoll_100(:,6)  = (/  1.045_wp,  1.045_wp,  1.000_wp, 1.014_wp, &
893                                1.028_wp,  1.028_wp,  1.0_wp /)
894          ecoll_100(:,7)  = (/  1.070_wp,  1.070_wp,  1.030_wp, 1.038_wp, &
895                                1.046_wp,  1.046_wp,  1.0_wp /)
896          ecoll_100(:,8)  = (/  1.000_wp,  1.000_wp,  1.054_wp, 1.042_wp, &
897                                1.029_wp,  1.029_wp,  1.0_wp /)
898          ecoll_100(:,9)  = (/  1.223_wp,  1.223_wp,  1.117_wp, 1.069_wp, &
899                                1.021_wp,  1.021_wp,  1.0_wp /)
900          ecoll_100(:,10) = (/  1.570_wp,  1.570_wp,  1.244_wp, 1.166_wp, &
901                                1.088_wp,  1.088_wp,  1.0_wp /)
[1822]902          ecoll_100(:,11) = (/ 20.3_wp,   20.3_wp,   14.6_wp,   8.61_wp,  &
[1359]903                                2.60_wp,   2.60_wp,   1.0_wp /)
[828]904!
[1822]905!--       Tabulated turbulent enhancement factor at 400 cm**2/s**3
[1359]906          ecoll_400(:,1)  = (/  4.976_wp,  4.976_wp,  3.593_wp,  2.519_wp, &
907                                1.445_wp,  1.445_wp,  1.0_wp /)
908          ecoll_400(:,2)  = (/  2.984_wp,  2.984_wp,  2.181_wp,  1.691_wp, &
909                                1.201_wp,  1.201_wp,  1.0_wp /)
910          ecoll_400(:,3)  = (/  1.988_wp,  1.988_wp,  1.475_wp,  1.313_wp, &
911                                1.150_wp,  1.150_wp,  1.0_wp /)
912          ecoll_400(:,4)  = (/  1.490_wp,  1.490_wp,  1.187_wp,  1.156_wp, &
913                                1.126_wp,  1.126_wp,  1.0_wp /)
914          ecoll_400(:,5)  = (/  1.249_wp,  1.249_wp,  1.088_wp,  1.090_wp, &
915                                1.092_wp,  1.092_wp,  1.0_wp /)
916          ecoll_400(:,6)  = (/  1.139_wp,  1.139_wp,  1.130_wp,  1.091_wp, &
917                                1.051_wp,  1.051_wp,  1.0_wp /)
918          ecoll_400(:,7)  = (/  1.220_wp,  1.220_wp,  1.190_wp,  1.138_wp, &
919                                1.086_wp,  1.086_wp,  1.0_wp /)
920          ecoll_400(:,8)  = (/  1.325_wp,  1.325_wp,  1.267_wp,  1.165_wp, &
921                                1.063_wp,  1.063_wp,  1.0_wp /)
922          ecoll_400(:,9)  = (/  1.716_wp,  1.716_wp,  1.345_wp,  1.223_wp, &
923                                1.100_wp,  1.100_wp,  1.0_wp /)
924          ecoll_400(:,10) = (/  3.788_wp,  3.788_wp,  1.501_wp,  1.311_wp, &
925                                1.120_wp,  1.120_wp,  1.0_wp /)
926          ecoll_400(:,11) = (/ 36.52_wp,  36.52_wp,  19.16_wp,  22.80_wp,  &
927                               26.0_wp,   26.0_wp,    1.0_wp /)
[799]928
[828]929       ENDIF
[790]930
[828]931!
932!--    Calculate the radius class index of particles with respect to array r0
[1822]933!--    The droplet radius has to be given in microns.
[828]934       ALLOCATE( ira(1:radius_classes) )
[790]935
[828]936       DO  j = 1, radius_classes
[1322]937          particle_radius = radclass(j) * 1.0E6_wp
[828]938          DO  k = 1, 7
939             IF ( particle_radius < r0(k) )  THEN
940                ira(j) = k
941                EXIT
942             ENDIF
943          ENDDO
944          IF ( particle_radius >= r0(7) )  ira(j) = 8
945       ENDDO
[799]946
947!
[1822]948!--    Two-dimensional linear interpolation of the turbulent enhancement factor.
949!--    The droplet radius has to be given in microns.
[828]950       DO  j =  1, radius_classes
951          DO  i = 1, j
[799]952
[1880]953             ir = MAX( ira(i), ira(j) )
[1519]954             rq = MIN( radclass(i) / radclass(j), radclass(j) / radclass(i) )
[799]955
[828]956             DO  kk = 2, 11
957                IF ( rq <= rat(kk) )  THEN
958                   iq = kk
959                   EXIT
960                ENDIF
961             ENDDO
[790]962
[1822]963             y1 = 1.0_wp  ! turbulent enhancement factor at 0 m**2/s**3
[1007]964
[828]965             IF ( ir < 8 )  THEN
966                IF ( ir >= 2 )  THEN
[1822]967                   pp = ( MAX( radclass(j), radclass(i) ) * 1.0E6_wp -  &
968                          r0(ir-1) ) / ( r0(ir) - r0(ir-1) )
[828]969                   qq = ( rq - rat(iq-1) ) / ( rat(iq) - rat(iq-1) )
[1359]970                   y2 = ( 1.0_wp - pp ) * ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_100(ir-1,iq-1) + &
971                                pp * ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_100(ir,iq-1)        + &
972                                qq * ( 1.0_wp - pp ) * ecoll_100(ir-1,iq)        + &
973                                pp * qq              * ecoll_100(ir,iq)
974                   y3 = ( 1.0-pp ) * ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_400(ir-1,iq-1)      + &
975                                pp * ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_400(ir,iq-1)        + &
976                                qq * ( 1.0_wp - pp ) * ecoll_400(ir-1,iq)        + &
977                                pp * qq              * ecoll_400(ir,iq)
[828]978                ELSE
979                   qq = ( rq - rat(iq-1) ) / ( rat(iq) - rat(iq-1) )
[1359]980                   y2 = ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_100(1,iq-1) + qq * ecoll_100(1,iq)
981                   y3 = ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_400(1,iq-1) + qq * ecoll_400(1,iq)
[828]982                ENDIF
983             ELSE
984                qq = ( rq - rat(iq-1) ) / ( rat(iq) - rat(iq-1) )
[1359]985                y2 = ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_100(7,iq-1) + qq * ecoll_100(7,iq)
986                y3 = ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_400(7,iq-1) + qq * ecoll_400(7,iq)
[828]987             ENDIF
988!
[1822]989!--          Linear interpolation of turbulent enhancement factor
[1359]990             IF ( epsilon <= 0.01_wp )  THEN
991                ecf(j,i) = ( epsilon - 0.01_wp ) / ( 0.0_wp  - 0.01_wp ) * y1 &
992                         + ( epsilon - 0.0_wp  ) / ( 0.01_wp - 0.0_wp  ) * y2
993             ELSEIF ( epsilon <= 0.06_wp )  THEN
994                ecf(j,i) = ( epsilon - 0.04_wp ) / ( 0.01_wp - 0.04_wp ) * y2 &
995                         + ( epsilon - 0.01_wp ) / ( 0.04_wp - 0.01_wp ) * y3
[828]996             ELSE
[1359]997                ecf(j,i) = ( 0.06_wp - 0.04_wp ) / ( 0.01_wp - 0.04_wp ) * y2 &
998                         + ( 0.06_wp - 0.01_wp ) / ( 0.04_wp - 0.01_wp ) * y3
[828]999             ENDIF
[790]1000
[1359]1001             IF ( ecf(j,i) < 1.0_wp )  ecf(j,i) = 1.0_wp
[790]1002
[828]1003             ecf(i,j) = ecf(j,i)
[790]1004
[828]1005          ENDDO
1006       ENDDO
[790]1007
[828]1008    END SUBROUTINE turb_enhance_eff
[790]1009
[825]1010 END MODULE lpm_collision_kernels_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.