source: palm/trunk/SOURCE/lpm_collision_kernels_mod.f90 @ 1854

Last change on this file since 1854 was 1851, checked in by maronga, 8 years ago

last commit documented

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 38.6 KB
RevLine 
[1850]1!> @file lpm_collision_kernels_mod.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! -----------------
[1347]21!
[1851]22!
[1321]23! Former revisions:
24! -----------------
25! $Id: lpm_collision_kernels_mod.f90 1851 2016-04-08 13:32:50Z maronga $
26!
[1851]27! 1850 2016-04-08 13:29:27Z maronga
28! Module renamed
29!
30!
[1823]31! 1822 2016-04-07 07:49:42Z hoffmann
32! PALM kernel has been deleted.
33! Bugfix in the calculation of the turbulent enhancement factor of the
34! collection efficiency.
35!
36! Unused variables removed.
37!
[1777]38! 1776 2016-03-02 17:54:58Z hoffmann
39! Bugfix: Collection efficiencies must be calculated for the larger droplet.
40!
[1683]41! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
42! Code annotations made doxygen readable
43!
[1520]44! 1519 2015-01-08 10:20:42Z hoffmann
45! Bugfix: Using the new particle structure, particles are not sorted by size.
46! Hence, computation of collision efficiencies must ensure that the ratio of
47! two colliding droplets is < 1.
48!
[1360]49! 1359 2014-04-11 17:15:14Z hoffmann
50! New particle structure integrated.
51! Kind definition added to all floating point numbers.
52!
[1347]53! 1346 2014-03-27 13:18:20Z heinze
54! Bugfix: REAL constants provided with KIND-attribute especially in call of
55! intrinsic function like MAX, MIN, SIGN
56!
[1323]57! 1322 2014-03-20 16:38:49Z raasch
58! REAL constants defined as wp_kind
59!
[1321]60! 1320 2014-03-20 08:40:49Z
[1320]61! ONLY-attribute added to USE-statements,
62! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
63! kinds are defined in new module kinds,
64! revision history before 2012 removed,
65! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
66! all variable declaration statements
[1008]67!
[1093]68! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
69! unused variables removed
70!
[1072]71! 1071 2012-11-29 16:54:55Z franke
72! Bugfix: collision efficiencies for Hall kernel should not be < 1.0E-20
73!
[1037]74! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
75! code put under GPL (PALM 3.9)
76!
[1008]77! 1007 2012-09-19 14:30:36Z franke
[1007]78! converted all units to SI units and replaced some parameters by corresponding
79! PALM parameters
80! Bugfix: factor in calculation of enhancement factor for collision efficencies
81! changed from 10. to 1.0
[829]82!
[850]83! 849 2012-03-15 10:35:09Z raasch
84! routine collision_efficiency_rogers added (moved from former advec_particles
85! to here)
86!
[836]87! 835 2012-02-22 11:21:19Z raasch $
88! Bugfix: array diss can be used only in case of Wang kernel
89!
[829]90! 828 2012-02-21 12:00:36Z raasch
[828]91! code has been completely reformatted, routine colker renamed
92! recalculate_kernel,
93! routine init_kernels added, radius is now communicated to the collision
94! routines by array radclass
[790]95!
[828]96! Bugfix: transformation factor for dissipation changed from 1E5 to 1E4
97!
[826]98! 825 2012-02-19 03:03:44Z raasch
99! routine renamed from wang_kernel to lpm_collision_kernels,
100! turbulence_effects on collision replaced by wang_kernel
101!
[791]102! 790 2011-11-29 03:11:20Z raasch
103! initial revision
[790]104!
105! Description:
106! ------------
[1682]107!> This module calculates collision efficiencies either due to pure gravitational
108!> effects (Hall kernel, see Hall, 1980: J. Atmos. Sci., 2486-2507) or
[1822]109!> including the effects of turbulence (Wang kernel, see Wang and
110!> Grabowski, 2009: Atmos. Sci. Lett., 10, 1-8, and Ayala et al., 2008:
111!> New J. Phys., 10, 075016). The original code has been
[1682]112!> provided by L.-P. Wang but is substantially reformatted and speed optimized
113!> here.
[790]114!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]115 MODULE lpm_collision_kernels_mod
116 
[790]117
[1320]118    USE constants,                                                             &
119        ONLY:  pi
120       
121    USE kinds
122
123    USE particle_attributes,                                                   &
[1822]124        ONLY:  collision_kernel, dissipation_classes, particles,               &
125               radius_classes
[1320]126
[828]127    USE pegrid
[790]128
[828]129
[790]130    IMPLICIT NONE
131
132    PRIVATE
133
[1822]134    PUBLIC  ckernel, init_kernels, rclass_lbound, rclass_ubound,               &
135            recalculate_kernel
[790]136
[1682]137    REAL(wp) ::  epsilon       !<
138    REAL(wp) ::  rclass_lbound !<
139    REAL(wp) ::  rclass_ubound !<
140    REAL(wp) ::  urms          !<
[790]141
[1822]142    REAL(wp), DIMENSION(:),   ALLOCATABLE ::  epsclass  !< dissipation rate class
143    REAL(wp), DIMENSION(:),   ALLOCATABLE ::  radclass  !< radius class
144    REAL(wp), DIMENSION(:),   ALLOCATABLE ::  winf      !<
[1320]145   
[1822]146    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ec        !<
147    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ecf       !<
148    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  gck       !<
149    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  hkernel   !<
150    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  hwratio   !<
[1320]151   
[1822]152    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  ckernel !<
[792]153
[828]154    SAVE
[792]155
[790]156!
157!-- Public interfaces
[828]158    INTERFACE init_kernels
159       MODULE PROCEDURE init_kernels
160    END INTERFACE init_kernels
[790]161
[828]162    INTERFACE recalculate_kernel
163       MODULE PROCEDURE recalculate_kernel
164    END INTERFACE recalculate_kernel
[790]165
166
[828]167    CONTAINS
[790]168
[792]169
[828]170!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]171! Description:
172! ------------
173!> Initialization of the collision efficiency matrix with fixed radius and
174!> dissipation classes, calculated at simulation start only.
[828]175!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]176 
177    SUBROUTINE init_kernels
[792]178
[828]179       IMPLICIT NONE
[792]180
[1682]181       INTEGER(iwp) ::  i !<
182       INTEGER(iwp) ::  j !<
183       INTEGER(iwp) ::  k !<
[790]184
[828]185
186!
187!--    Calculate collision efficiencies for fixed radius- and dissipation
188!--    classes
189       IF ( collision_kernel(6:9) == 'fast' )  THEN
190
[1822]191          ALLOCATE( ckernel(1:radius_classes,1:radius_classes,                 &
192                    0:dissipation_classes), epsclass(1:dissipation_classes),   &
[828]193                    radclass(1:radius_classes) )
194
195!
196!--       Calculate the radius class bounds with logarithmic distances
197!--       in the interval [1.0E-6, 2.0E-4] m
[1322]198          rclass_lbound = LOG( 1.0E-6_wp )
199          rclass_ubound = LOG( 2.0E-4_wp )
[1822]200          radclass(1)   = EXP( rclass_lbound )
[828]201          DO  i = 2, radius_classes
202             radclass(i) = EXP( rclass_lbound +                                &
[1359]203                                ( rclass_ubound - rclass_lbound ) *            &
204                                ( i - 1.0_wp ) / ( radius_classes - 1.0_wp ) )
[828]205          ENDDO
206
207!
[1007]208!--       Set the class bounds for dissipation in interval [0.0, 0.1] m**2/s**3
[828]209          DO  i = 1, dissipation_classes
[1359]210             epsclass(i) = 0.1_wp * REAL( i, KIND=wp ) / dissipation_classes
[828]211          ENDDO
212!
213!--       Calculate collision efficiencies of the Wang/ayala kernel
214          ALLOCATE( ec(1:radius_classes,1:radius_classes),  &
215                    ecf(1:radius_classes,1:radius_classes), &
216                    gck(1:radius_classes,1:radius_classes), &
217                    winf(1:radius_classes) )
218
219          DO  k = 1, dissipation_classes
220
221             epsilon = epsclass(k)
[1359]222             urms    = 2.02_wp * ( epsilon / 0.04_wp )**( 1.0_wp / 3.0_wp )
[828]223
224             CALL turbsd
225             CALL turb_enhance_eff
226             CALL effic
227
228             DO  j = 1, radius_classes
229                DO  i = 1, radius_classes
230                   ckernel(i,j,k) = ec(i,j) * gck(i,j) * ecf(i,j)
231                ENDDO
232             ENDDO
233
234          ENDDO
235
236!
237!--       Calculate collision efficiencies of the Hall kernel
238          ALLOCATE( hkernel(1:radius_classes,1:radius_classes), &
239                    hwratio(1:radius_classes,1:radius_classes) )
240
241          CALL fallg
242          CALL effic
243
244          DO  j = 1, radius_classes
245             DO  i =  1, radius_classes
246                hkernel(i,j) = pi * ( radclass(j) + radclass(i) )**2 &
247                                  * ec(i,j) * ABS( winf(j) - winf(i) )
248                ckernel(i,j,0) = hkernel(i,j)  ! hall kernel stored on index 0
249              ENDDO
250          ENDDO
251
252!
253!--       Test output of efficiencies
254          IF ( j == -1 )  THEN
255
256             PRINT*, '*** Hall kernel'
[1359]257             WRITE ( *,'(5X,20(F4.0,1X))' ) ( radclass(i)*1.0E6_wp, &
[1007]258                                              i = 1,radius_classes )
[828]259             DO  j = 1, radius_classes
[1007]260                WRITE ( *,'(F4.0,1X,20(F8.4,1X))' ) radclass(j),  &
261                                          ( hkernel(i,j), i = 1,radius_classes )
[828]262             ENDDO
263
264             DO  k = 1, dissipation_classes
265                DO  i = 1, radius_classes
266                   DO  j = 1, radius_classes
[1359]267                      IF ( hkernel(i,j) == 0.0_wp )  THEN
268                         hwratio(i,j) = 9999999.9_wp
[828]269                      ELSE
270                         hwratio(i,j) = ckernel(i,j,k) / hkernel(i,j)
271                      ENDIF
272                   ENDDO
273                ENDDO
274
275                PRINT*, '*** epsilon = ', epsclass(k)
[1359]276                WRITE ( *,'(5X,20(F4.0,1X))' ) ( radclass(i) * 1.0E6_wp, &
[1007]277                                                 i = 1,radius_classes )
[828]278                DO  j = 1, radius_classes
[1359]279                   WRITE ( *,'(F4.0,1X,20(F8.4,1X))' ) radclass(j) * 1.0E6_wp, &
[1007]280                                          ( hwratio(i,j), i = 1,radius_classes )
[828]281                ENDDO
282             ENDDO
283
284          ENDIF
285
286          DEALLOCATE( ec, ecf, epsclass, gck, hkernel, winf )
287
288       ELSEIF( collision_kernel == 'hall'  .OR.  collision_kernel == 'wang' ) &
289       THEN
290!
291!--       Initial settings for Hall- and Wang-Kernel
292!--       To be done: move here parts from turbsd, fallg, ecoll, etc.
293       ENDIF
294
295    END SUBROUTINE init_kernels
296
297
[790]298!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]299! Description:
300! ------------
301!> Calculation of collision kernels during each timestep and for each grid box
[790]302!------------------------------------------------------------------------------!
[828]303    SUBROUTINE recalculate_kernel( i1, j1, k1 )
[790]304
[1320]305       USE arrays_3d,                                                          &
306           ONLY:  diss
[790]307
[1320]308       USE particle_attributes,                                                &
[1359]309           ONLY:  prt_count, radius_classes, wang_kernel
[1320]310
[790]311       IMPLICIT NONE
312
[1682]313       INTEGER(iwp) ::  i      !<
314       INTEGER(iwp) ::  i1     !<
315       INTEGER(iwp) ::  j      !<
316       INTEGER(iwp) ::  j1     !<
317       INTEGER(iwp) ::  k1     !<
318       INTEGER(iwp) ::  pend   !<
319       INTEGER(iwp) ::  pstart !<
[790]320
321
[1359]322       pstart = 1
323       pend   = prt_count(k1,j1,i1)
[828]324       radius_classes = prt_count(k1,j1,i1)
[792]325
[828]326       ALLOCATE( ec(1:radius_classes,1:radius_classes), &
327                 radclass(1:radius_classes), winf(1:radius_classes) )
[790]328
[828]329!
[1007]330!--    Store particle radii on the radclass array
331       radclass(1:radius_classes) = particles(pstart:pend)%radius
[790]332
[835]333       IF ( wang_kernel )  THEN
[1007]334          epsilon = diss(k1,j1,i1)   ! dissipation rate in m**2/s**3
[835]335       ELSE
[1359]336          epsilon = 0.0_wp
[835]337       ENDIF
[1359]338       urms    = 2.02_wp * ( epsilon / 0.04_wp )**( 0.33333333333_wp )
[790]339
[1359]340       IF ( wang_kernel  .AND.  epsilon > 1.0E-7_wp )  THEN
[828]341!
342!--       Call routines to calculate efficiencies for the Wang kernel
343          ALLOCATE( gck(1:radius_classes,1:radius_classes), &
344                    ecf(1:radius_classes,1:radius_classes) )
[790]345
[828]346          CALL turbsd
347          CALL turb_enhance_eff
348          CALL effic
[790]349
[828]350          DO  j = 1, radius_classes
351             DO  i =  1, radius_classes
352                ckernel(pstart+i-1,pstart+j-1,1) = ec(i,j) * gck(i,j) * ecf(i,j)
[790]353             ENDDO
[828]354          ENDDO
[790]355
[828]356          DEALLOCATE( gck, ecf )
[790]357
358       ELSE
[828]359!
360!--       Call routines to calculate efficiencies for the Hall kernel
[790]361          CALL fallg
362          CALL effic
363
[828]364          DO  j = 1, radius_classes
365             DO  i =  1, radius_classes
366                ckernel(pstart+i-1,pstart+j-1,1) = pi *                       &
367                                          ( radclass(j) + radclass(i) )**2    &
368                                          * ec(i,j) * ABS( winf(j) - winf(i) )
[790]369             ENDDO
370          ENDDO
371
372       ENDIF
373
[828]374       DEALLOCATE( ec, radclass, winf )
[790]375
[828]376    END SUBROUTINE recalculate_kernel
[790]377
[828]378
[790]379!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]380! Description:
381! ------------
[1822]382!> Calculation of effects of turbulence on the geometric collision kernel
383!> (by including the droplets' average radial relative velocities and their
384!> radial distribution function) following the analytic model by Aayala et al.
385!> (2008, New J. Phys.). For details check the second part 2 of the publication,
386!> page 37ff.
387!>
388!> Input parameters, which need to be replaced by PALM parameters:
389!>    water density, air density
[790]390!------------------------------------------------------------------------------!
[792]391    SUBROUTINE turbsd
[799]392
[1320]393       USE control_parameters,                                                 &
394           ONLY:  g, molecular_viscosity
395   
396       USE particle_attributes,                                                &
397           ONLY:  radius_classes
[790]398
399       IMPLICIT NONE
400
[1682]401       INTEGER(iwp) ::  i     !<
402       INTEGER(iwp) ::  j     !<
[790]403
[1682]404       REAL(wp) ::  ao        !<
405       REAL(wp) ::  ao_gr     !<
406       REAL(wp) ::  bbb       !<
407       REAL(wp) ::  be        !<
408       REAL(wp) ::  b1        !<
409       REAL(wp) ::  b2        !<
410       REAL(wp) ::  ccc       !<
411       REAL(wp) ::  c1        !<
412       REAL(wp) ::  c1_gr     !<
413       REAL(wp) ::  c2        !<
414       REAL(wp) ::  d1        !<
415       REAL(wp) ::  d2        !<
416       REAL(wp) ::  eta       !<
417       REAL(wp) ::  e1        !<
418       REAL(wp) ::  e2        !<
419       REAL(wp) ::  fao_gr    !<
420       REAL(wp) ::  fr        !<
421       REAL(wp) ::  grfin     !<
422       REAL(wp) ::  lambda    !<
423       REAL(wp) ::  lambda_re !<
424       REAL(wp) ::  lf        !<
425       REAL(wp) ::  rc        !<
426       REAL(wp) ::  rrp       !<
427       REAL(wp) ::  sst       !<
428       REAL(wp) ::  tauk      !<
429       REAL(wp) ::  tl        !<
430       REAL(wp) ::  t2        !<
431       REAL(wp) ::  tt        !<
432       REAL(wp) ::  t1        !<
433       REAL(wp) ::  vk        !<
434       REAL(wp) ::  vrms1xy   !<
435       REAL(wp) ::  vrms2xy   !<
436       REAL(wp) ::  v1        !<
437       REAL(wp) ::  v1v2xy    !<
438       REAL(wp) ::  v1xysq    !<
439       REAL(wp) ::  v2        !<
440       REAL(wp) ::  v2xysq    !<
441       REAL(wp) ::  wrfin     !<
442       REAL(wp) ::  wrgrav2   !<
443       REAL(wp) ::  wrtur2xy  !<
444       REAL(wp) ::  xx        !<
445       REAL(wp) ::  yy        !<
446       REAL(wp) ::  z         !<
[790]447
[1822]448       REAL(wp), DIMENSION(1:radius_classes) ::  st  !< Stokes number
449       REAL(wp), DIMENSION(1:radius_classes) ::  tau !< inertial time scale
[790]450
[1822]451       lambda    = urms * SQRT( 15.0_wp * molecular_viscosity / epsilon )
[1322]452       lambda_re = urms**2 * SQRT( 15.0_wp / epsilon / molecular_viscosity )
[1822]453       tl        = urms**2 / epsilon
454       lf        = 0.5_wp * urms**3 / epsilon
455       tauk      = SQRT( molecular_viscosity / epsilon )
456       eta       = ( molecular_viscosity**3 / epsilon )**0.25_wp
[1007]457       vk        = eta / tauk
[790]458
[1359]459       ao = ( 11.0_wp + 7.0_wp * lambda_re ) / ( 205.0_wp + lambda_re )
[1822]460       tt = SQRT( 2.0_wp * lambda_re / ( SQRT( 15.0_wp ) * ao ) ) * tauk
[799]461
[1822]462!
463!--    Get terminal velocity of droplets
464       CALL fallg
[790]465
[828]466       DO  i = 1, radius_classes
[1822]467          tau(i) = winf(i) / g    ! inertial time scale
468          st(i)  = tau(i) / tauk  ! Stokes number
[790]469       ENDDO
470
[828]471!
[1822]472!--    Calculate average radial relative velocity at contact (wrfin)
[828]473       z   = tt / tl
[1322]474       be  = SQRT( 2.0_wp ) * lambda / lf
[1359]475       bbb = SQRT( 1.0_wp - 2.0_wp * be**2 )
476       d1  = ( 1.0_wp + bbb ) / ( 2.0_wp * bbb )
[1822]477       e1  = lf * ( 1.0_wp + bbb ) * 0.5_wp
[1359]478       d2  = ( 1.0_wp - bbb ) * 0.5_wp / bbb
[1822]479       e2  = lf * ( 1.0_wp - bbb ) * 0.5_wp
[1359]480       ccc = SQRT( 1.0_wp - 2.0_wp * z**2 )
481       b1  = ( 1.0_wp + ccc ) * 0.5_wp / ccc
[1822]482       c1  = tl * ( 1.0_wp + ccc ) * 0.5_wp
[1359]483       b2  = ( 1.0_wp - ccc ) * 0.5_wp / ccc
[1822]484       c2  = tl * ( 1.0_wp - ccc ) * 0.5_wp
[790]485
[828]486       DO  i = 1, radius_classes
[790]487
[1822]488          v1 = winf(i)
489          t1 = tau(i)
[790]490
[828]491          DO  j = 1, i
[1007]492             rrp = radclass(i) + radclass(j)
[1822]493             v2  = winf(j)
494             t2  = tau(j)
[790]495
[1007]496             v1xysq  = b1 * d1 * phi_w(c1,e1,v1,t1) - b1 * d2 * phi_w(c1,e2,v1,t1) &
497                     - b2 * d1 * phi_w(c2,e1,v1,t1) + b2 * d2 * phi_w(c2,e2,v1,t1)
[1822]498             v1xysq  = v1xysq * urms**2 / t1
499             vrms1xy = SQRT( v1xysq )
[790]500
[1007]501             v2xysq  = b1 * d1 * phi_w(c1,e1,v2,t2) - b1 * d2 * phi_w(c1,e2,v2,t2) &
502                     - b2 * d1 * phi_w(c2,e1,v2,t2) + b2 * d2 * phi_w(c2,e2,v2,t2)
[1822]503             v2xysq  = v2xysq * urms**2 / t2
504             vrms2xy = SQRT( v2xysq )
[790]505
[828]506             IF ( winf(i) >= winf(j) )  THEN
[799]507                v1 = winf(i)
[790]508                t1 = tau(i)
[799]509                v2 = winf(j)
[790]510                t2 = tau(j)
511             ELSE
[799]512                v1 = winf(j)
[790]513                t1 = tau(j)
[799]514                v2 = winf(i)
[790]515                t2 = tau(i)
516             ENDIF
517
[828]518             v1v2xy   =  b1 * d1 * zhi(c1,e1,v1,t1,v2,t2) - &
519                         b1 * d2 * zhi(c1,e2,v1,t1,v2,t2) - &
520                         b2 * d1 * zhi(c2,e1,v1,t1,v2,t2) + &
521                         b2 * d2* zhi(c2,e2,v1,t1,v2,t2)
522             fr       = d1 * EXP( -rrp / e1 ) - d2 * EXP( -rrp / e2 )
[1822]523             v1v2xy   = v1v2xy * fr * urms**2 / tau(i) / tau(j)
524             wrtur2xy = vrms1xy**2 + vrms2xy**2 - 2.0_wp * v1v2xy
[1359]525             IF ( wrtur2xy < 0.0_wp )  wrtur2xy = 0.0_wp
[1322]526             wrgrav2  = pi / 8.0_wp * ( winf(j) - winf(i) )**2
[1822]527             wrfin    = SQRT( ( 2.0_wp / pi ) * ( wrtur2xy + wrgrav2) )
[790]528
[828]529!
[1822]530!--          Calculate radial distribution function (grfin)
[828]531             IF ( st(j) > st(i) )  THEN
532                sst = st(j)
[790]533             ELSE
[828]534                sst = st(i)
[790]535             ENDIF
536
[1359]537             xx = -0.1988_wp * sst**4 + 1.5275_wp * sst**3 - 4.2942_wp *       &
538                   sst**2 + 5.3406_wp * sst
539             IF ( xx < 0.0_wp )  xx = 0.0_wp
540             yy = 0.1886_wp * EXP( 20.306_wp / lambda_re )
[790]541
[1007]542             c1_gr  =  xx / ( g / vk * tauk )**yy
[790]543
[1322]544             ao_gr  = ao + ( pi / 8.0_wp) * ( g / vk * tauk )**2
[1359]545             fao_gr = 20.115_wp * SQRT( ao_gr / lambda_re )
[1822]546             rc     = SQRT( fao_gr * ABS( st(j) - st(i) ) ) * eta
[790]547
[1359]548             grfin  = ( ( eta**2 + rc**2 ) / ( rrp**2 + rc**2) )**( c1_gr*0.5_wp )
549             IF ( grfin < 1.0_wp )  grfin = 1.0_wp
[790]550
[1822]551!
552!--          Calculate general collection kernel (without the consideration of
553!--          collection efficiencies)
554             gck(i,j) = 2.0_wp * pi * rrp**2 * wrfin * grfin
[790]555             gck(j,i) = gck(i,j)
556
557          ENDDO
558       ENDDO
559
[828]560    END SUBROUTINE turbsd
[790]561
[1320]562    REAL(wp) FUNCTION phi_w( a, b, vsett, tau0 )
[1822]563!
564!--    Function used in the Ayala et al. (2008) analytical model for turbulent
565!--    effects on the collision kernel
[790]566       IMPLICIT NONE
567
[1682]568       REAL(wp) ::  a     !<
569       REAL(wp) ::  aa1   !<
570       REAL(wp) ::  b     !<
571       REAL(wp) ::  tau0  !<
572       REAL(wp) ::  vsett !<
[790]573
[1359]574       aa1 = 1.0_wp / tau0 + 1.0_wp / a + vsett / b
[1822]575       phi_w = 1.0_wp / aa1  - 0.5_wp * vsett / b / aa1**2
[790]576
[1007]577    END FUNCTION phi_w
[792]578
[1320]579    REAL(wp) FUNCTION zhi( a, b, vsett1, tau1, vsett2, tau2 )
[1822]580!
581!--    Function used in the Ayala et al. (2008) analytical model for turbulent
582!--    effects on the collision kernel
[790]583       IMPLICIT NONE
584
[1682]585       REAL(wp) ::  a      !<
586       REAL(wp) ::  aa1    !<
587       REAL(wp) ::  aa2    !<
588       REAL(wp) ::  aa3    !<
589       REAL(wp) ::  aa4    !<
590       REAL(wp) ::  aa5    !<
591       REAL(wp) ::  aa6    !<
592       REAL(wp) ::  b      !<
593       REAL(wp) ::  tau1   !<
594       REAL(wp) ::  tau2   !<
595       REAL(wp) ::  vsett1 !<
596       REAL(wp) ::  vsett2 !<
[790]597
[1359]598       aa1 = vsett2 / b - 1.0_wp / tau2 - 1.0_wp / a
599       aa2 = vsett1 / b + 1.0_wp / tau1 + 1.0_wp / a
600       aa3 = ( vsett1 - vsett2 ) / b + 1.0_wp / tau1 + 1.0_wp / tau2
601       aa4 = ( vsett2 / b )**2 - ( 1.0_wp / tau2 + 1.0_wp / a )**2
602       aa5 = vsett2 / b + 1.0_wp / tau2 + 1.0_wp / a
603       aa6 = 1.0_wp / tau1 - 1.0_wp / a + ( 1.0_wp / tau2 + 1.0_wp / a) *      &
604             vsett1 / vsett2
605       zhi = (1.0_wp / aa1 - 1.0_wp / aa2 ) * ( vsett1 - vsett2 ) * 0.5_wp /   &
606             b / aa3**2 + ( 4.0_wp / aa4 - 1.0_wp / aa5**2 - 1.0_wp / aa1**2 ) &
607             * vsett2 * 0.5_wp / b /aa6 + ( 2.0_wp * ( b / aa2 - b / aa1 ) -   &
[1822]608             vsett1 / aa2**2 + vsett2 / aa1**2 ) * 0.5_wp / b / aa3
[799]609
[828]610    END FUNCTION zhi
[790]611
[828]612
[790]613!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]614! Description:
615! ------------
[1822]616!> Parameterization of terminal velocity following Rogers et al. (1993, J. Appl.
617!> Meteorol.)
[790]618!------------------------------------------------------------------------------!
[828]619    SUBROUTINE fallg
[790]620
[1320]621       USE particle_attributes,                                                &
622           ONLY:  radius_classes
[790]623
[828]624       IMPLICIT NONE
[790]625
[1822]626       INTEGER(iwp) ::  j                            !<
[790]627
[1822]628       REAL(wp), PARAMETER ::  k_cap_rog = 4.0_wp    !< parameter
629       REAL(wp), PARAMETER ::  k_low_rog = 12.0_wp   !< parameter
630       REAL(wp), PARAMETER ::  a_rog     = 9.65_wp   !< parameter
631       REAL(wp), PARAMETER ::  b_rog     = 10.43_wp  !< parameter
632       REAL(wp), PARAMETER ::  c_rog     = 0.6_wp    !< parameter
633       REAL(wp), PARAMETER ::  d0_rog    = 0.745_wp  !< seperation diameter
[790]634
[1822]635       REAL(wp)            ::  diameter              !< droplet diameter in mm
[790]636
[799]637
[828]638       DO  j = 1, radius_classes
[790]639
[1822]640          diameter = radclass(j) * 2000.0_wp
[799]641
[1822]642          IF ( diameter <= d0_rog )  THEN
643             winf(j) = k_cap_rog * diameter * ( 1.0_wp -                       &
644                                                EXP( -k_low_rog * diameter ) )
645          ELSE
646             winf(j) = a_rog - b_rog * EXP( -c_rog * diameter )
[828]647          ENDIF
[790]648
[828]649       ENDDO
[790]650
[828]651    END SUBROUTINE fallg
[790]652
[828]653
[790]654!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]655! Description:
656! ------------
[1822]657!> Interpolation of collision efficiencies (Hall, 1980, J. Atmos. Sci.)
[790]658!------------------------------------------------------------------------------!
[828]659    SUBROUTINE effic
[1320]660 
661       USE particle_attributes,                                                &
662           ONLY:  radius_classes
[790]663
[828]664       IMPLICIT NONE
[790]665
[1682]666       INTEGER(iwp) ::  i  !<
667       INTEGER(iwp) ::  iq !<
668       INTEGER(iwp) ::  ir !<
669       INTEGER(iwp) ::  j  !<
670       INTEGER(iwp) ::  k  !<
[790]671
[1682]672       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ira !<
[790]673
[1682]674       LOGICAL, SAVE ::  first = .TRUE. !<
[790]675
[1682]676       REAL(wp) ::  ek              !<
677       REAL(wp) ::  particle_radius !<
678       REAL(wp) ::  pp              !<
679       REAL(wp) ::  qq              !<
680       REAL(wp) ::  rq              !<
[790]681
[1682]682       REAL(wp), DIMENSION(1:21), SAVE ::  rat        !<
[1320]683       
[1682]684       REAL(wp), DIMENSION(1:15), SAVE ::  r0         !<
[1320]685       
[1682]686       REAL(wp), DIMENSION(1:15,1:21), SAVE ::  ecoll !<
[790]687
[792]688!
[828]689!--    Initial assignment of constants
690       IF ( first )  THEN
[790]691
[792]692         first = .FALSE.
[1822]693         r0  = (/   6.0_wp,   8.0_wp,  10.0_wp, 15.0_wp,  20.0_wp,  25.0_wp,   &
694                   30.0_wp,  40.0_wp,  50.0_wp, 60.0_wp,  70.0_wp, 100.0_wp,   &
[1359]695                  150.0_wp, 200.0_wp, 300.0_wp /)
[790]696
[1822]697         rat = (/ 0.00_wp, 0.05_wp, 0.10_wp, 0.15_wp, 0.20_wp, 0.25_wp,        &
698                  0.30_wp, 0.35_wp, 0.40_wp, 0.45_wp, 0.50_wp, 0.55_wp,        &
699                  0.60_wp, 0.65_wp, 0.70_wp, 0.75_wp, 0.80_wp, 0.85_wp,        &
[1359]700                  0.90_wp, 0.95_wp, 1.00_wp /)
701
[1822]702         ecoll(:,1)  = (/ 0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp,    &
703                          0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp,    &
[1359]704                          0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp, 0.001_wp /)
[1822]705         ecoll(:,2)  = (/ 0.003_wp, 0.003_wp, 0.003_wp, 0.004_wp, 0.005_wp,    &
706                          0.005_wp, 0.005_wp, 0.010_wp, 0.100_wp, 0.050_wp,    &
[1359]707                          0.200_wp, 0.500_wp, 0.770_wp, 0.870_wp, 0.970_wp /)
[1822]708         ecoll(:,3)  = (/ 0.007_wp, 0.007_wp, 0.007_wp, 0.008_wp, 0.009_wp,    &
709                          0.010_wp, 0.010_wp, 0.070_wp, 0.400_wp, 0.430_wp,    &
[1359]710                          0.580_wp, 0.790_wp, 0.930_wp, 0.960_wp, 1.000_wp /)
[1822]711         ecoll(:,4)  = (/ 0.009_wp, 0.009_wp, 0.009_wp, 0.012_wp, 0.015_wp,    &
712                          0.010_wp, 0.020_wp, 0.280_wp, 0.600_wp, 0.640_wp,    &
[1359]713                          0.750_wp, 0.910_wp, 0.970_wp, 0.980_wp, 1.000_wp /)
[1822]714         ecoll(:,5)  = (/ 0.014_wp, 0.014_wp, 0.014_wp, 0.015_wp, 0.016_wp,    &
715                          0.030_wp, 0.060_wp, 0.500_wp, 0.700_wp, 0.770_wp,    &
[1359]716                          0.840_wp, 0.950_wp, 0.970_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]717         ecoll(:,6)  = (/ 0.017_wp, 0.017_wp, 0.017_wp, 0.020_wp, 0.022_wp,    &
718                          0.060_wp, 0.100_wp, 0.620_wp, 0.780_wp, 0.840_wp,    &
[1359]719                          0.880_wp, 0.950_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]720         ecoll(:,7)  = (/ 0.030_wp, 0.030_wp, 0.024_wp, 0.022_wp, 0.032_wp,    &
721                          0.062_wp, 0.200_wp, 0.680_wp, 0.830_wp, 0.870_wp,    &
[1359]722                          0.900_wp, 0.950_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]723         ecoll(:,8)  = (/ 0.025_wp, 0.025_wp, 0.025_wp, 0.036_wp, 0.043_wp,    &
724                          0.130_wp, 0.270_wp, 0.740_wp, 0.860_wp, 0.890_wp,    &
[1359]725                          0.920_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]726         ecoll(:,9)  = (/ 0.027_wp, 0.027_wp, 0.027_wp, 0.040_wp, 0.052_wp,    &
727                          0.200_wp, 0.400_wp, 0.780_wp, 0.880_wp, 0.900_wp,    &
[1359]728                          0.940_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]729         ecoll(:,10) = (/ 0.030_wp, 0.030_wp, 0.030_wp, 0.047_wp, 0.064_wp,    &
730                          0.250_wp, 0.500_wp, 0.800_wp, 0.900_wp, 0.910_wp,    &
[1359]731                          0.950_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]732         ecoll(:,11) = (/ 0.040_wp, 0.040_wp, 0.033_wp, 0.037_wp, 0.068_wp,    &
733                          0.240_wp, 0.550_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(:,12) = (/ 0.035_wp, 0.035_wp, 0.035_wp, 0.055_wp, 0.079_wp,    &
736                          0.290_wp, 0.580_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(:,13) = (/ 0.037_wp, 0.037_wp, 0.037_wp, 0.062_wp, 0.082_wp,    &
739                          0.290_wp, 0.590_wp, 0.780_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(:,14) = (/ 0.037_wp, 0.037_wp, 0.037_wp, 0.060_wp, 0.080_wp,    &
742                          0.290_wp, 0.580_wp, 0.770_wp, 0.890_wp, 0.910_wp,    &
[1359]743                          0.950_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]744         ecoll(:,15) = (/ 0.037_wp, 0.037_wp, 0.037_wp, 0.041_wp, 0.075_wp,    &
745                          0.250_wp, 0.540_wp, 0.760_wp, 0.880_wp, 0.920_wp,    &
[1359]746                          0.950_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]747         ecoll(:,16) = (/ 0.037_wp, 0.037_wp, 0.037_wp, 0.052_wp, 0.067_wp,    &
748                          0.250_wp, 0.510_wp, 0.770_wp, 0.880_wp, 0.930_wp,    &
[1359]749                          0.970_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]750         ecoll(:,17) = (/ 0.037_wp, 0.037_wp, 0.037_wp, 0.047_wp, 0.057_wp,    &
751                          0.250_wp, 0.490_wp, 0.770_wp, 0.890_wp, 0.950_wp,    &
[1359]752                          1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp, 1.000_wp /)
[1822]753         ecoll(:,18) = (/ 0.036_wp, 0.036_wp, 0.036_wp, 0.042_wp, 0.048_wp,    &
754                          0.230_wp, 0.470_wp, 0.780_wp, 0.920_wp, 1.000_wp,    &
[1359]755                          1.020_wp, 1.020_wp, 1.020_wp, 1.020_wp, 1.020_wp /)
[1822]756         ecoll(:,19) = (/ 0.040_wp, 0.040_wp, 0.035_wp, 0.033_wp, 0.040_wp,    &
757                          0.112_wp, 0.450_wp, 0.790_wp, 1.010_wp, 1.030_wp,    &
[1359]758                          1.040_wp, 1.040_wp, 1.040_wp, 1.040_wp, 1.040_wp /)
[1822]759         ecoll(:,20) = (/ 0.033_wp, 0.033_wp, 0.033_wp, 0.033_wp, 0.033_wp,    &
760                          0.119_wp, 0.470_wp, 0.950_wp, 1.300_wp, 1.700_wp,    &
[1359]761                          2.300_wp, 2.300_wp, 2.300_wp, 2.300_wp, 2.300_wp /)
[1822]762         ecoll(:,21) = (/ 0.027_wp, 0.027_wp, 0.027_wp, 0.027_wp, 0.027_wp,    &
763                          0.125_wp, 0.520_wp, 1.400_wp, 2.300_wp, 3.000_wp,    &
[1359]764                          4.000_wp, 4.000_wp, 4.000_wp, 4.000_wp, 4.000_wp /)
[828]765       ENDIF
[790]766
[792]767!
[828]768!--    Calculate the radius class index of particles with respect to array r
[1822]769!--    Radius has to be in microns
[828]770       ALLOCATE( ira(1:radius_classes) )
771       DO  j = 1, radius_classes
[1322]772          particle_radius = radclass(j) * 1.0E6_wp
[828]773          DO  k = 1, 15
774             IF ( particle_radius < r0(k) )  THEN
775                ira(j) = k
776                EXIT
777             ENDIF
778          ENDDO
779          IF ( particle_radius >= r0(15) )  ira(j) = 16
780       ENDDO
[790]781
[792]782!
[828]783!--    Two-dimensional linear interpolation of the collision efficiency.
[1822]784!--    Radius has to be in microns
[828]785       DO  j = 1, radius_classes
786          DO  i = 1, j
[792]787
[828]788             ir = ira(j)
[1519]789             rq = MIN( radclass(i) / radclass(j), radclass(j) / radclass(i) )
[828]790             iq = INT( rq * 20 ) + 1
791             iq = MAX( iq , 2)
[792]792
[828]793             IF ( ir < 16 )  THEN
794                IF ( ir >= 2 )  THEN
[1822]795                   pp = ( ( MAX( radclass(j), radclass(i) ) * 1.0E6_wp ) -     &
796                          r0(ir-1) ) / ( r0(ir) - r0(ir-1) )
[1359]797                   qq = ( rq - rat(iq-1) ) / ( rat(iq) - rat(iq-1) )
798                   ec(j,i) = ( 1.0_wp - pp ) * ( 1.0_wp - qq )                 &
799                             * ecoll(ir-1,iq-1)                                &
800                             + pp * ( 1.0_wp - qq ) * ecoll(ir,iq-1)           &
801                             + qq * ( 1.0_wp - pp ) * ecoll(ir-1,iq)           &
[828]802                             + pp * qq * ecoll(ir,iq)
803                ELSE
804                   qq = ( rq - rat(iq-1) ) / ( rat(iq) - rat(iq-1) )
[1359]805                   ec(j,i) = ( 1.0_wp - qq ) * ecoll(1,iq-1) + qq * ecoll(1,iq)
[828]806                ENDIF
807             ELSE
808                qq = ( rq - rat(iq-1) ) / ( rat(iq) - rat(iq-1) )
[1359]809                ek = ( 1.0_wp - qq ) * ecoll(15,iq-1) + qq * ecoll(15,iq)
[1346]810                ec(j,i) = MIN( ek, 1.0_wp )
[1071]811             ENDIF
[792]812
[1359]813             IF ( ec(j,i) < 1.0E-20_wp )  ec(j,i) = 0.0_wp
[1071]814
[828]815             ec(i,j) = ec(j,i)
[792]816
[828]817          ENDDO
818       ENDDO
[792]819
[828]820       DEALLOCATE( ira )
[792]821
[828]822    END SUBROUTINE effic
[792]823
824
[790]825!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]826! Description:
827! ------------
[1822]828!> Interpolation of turbulent enhancement factor for collision efficencies
829!> following Wang and Grabowski (2009, Atmos. Sci. Let.)
[790]830!------------------------------------------------------------------------------!
[828]831    SUBROUTINE turb_enhance_eff
[790]832
[1320]833       USE particle_attributes,                                                &
834           ONLY:  radius_classes
[790]835
[828]836       IMPLICIT NONE
[790]837
[1682]838       INTEGER(iwp) :: i  !<
839       INTEGER(iwp) :: iq !<
840       INTEGER(iwp) :: ir !<
841       INTEGER(iwp) :: j  !<
842       INTEGER(iwp) :: k  !<
843       INTEGER(iwp) :: kk !<
[790]844
[1682]845       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ira !<
[1320]846       
[1682]847       LOGICAL, SAVE ::  first = .TRUE. !<
[790]848
[1682]849       REAL(wp) ::  particle_radius !<
850       REAL(wp) ::  pp              !<
851       REAL(wp) ::  qq              !<
852       REAL(wp) ::  rq              !<
853       REAL(wp) ::  y1              !<
854       REAL(wp) ::  y2              !<
855       REAL(wp) ::  y3              !<
[790]856
[1682]857       REAL(wp), DIMENSION(1:11), SAVE ::  rat           !<
858       REAL(wp), DIMENSION(1:7), SAVE  ::  r0            !<
[1320]859       
[1682]860       REAL(wp), DIMENSION(1:7,1:11), SAVE ::  ecoll_100 !<
861       REAL(wp), DIMENSION(1:7,1:11), SAVE ::  ecoll_400 !<
[799]862
863!
[828]864!--    Initial assignment of constants
865       IF ( first )  THEN
[799]866
[828]867          first = .FALSE.
[799]868
[1359]869          r0  = (/  10.0_wp, 20.0_wp, 30.0_wp, 40.0_wp, 50.0_wp, 60.0_wp,  &
870                   100.0_wp /)
871
872          rat = (/ 0.0_wp, 0.1_wp, 0.2_wp, 0.3_wp, 0.4_wp, 0.5_wp, 0.6_wp, &
873                   0.7_wp, 0.8_wp, 0.9_wp, 1.0_wp /)
[828]874!
[1822]875!--       Tabulated turbulent enhancement factor at 100 cm**2/s**3
[1359]876          ecoll_100(:,1)  = (/  1.74_wp,   1.74_wp,   1.773_wp, 1.49_wp,  &
877                                1.207_wp,  1.207_wp,  1.0_wp /)
878          ecoll_100(:,2)  = (/  1.46_wp,   1.46_wp,   1.421_wp, 1.245_wp, &
879                                1.069_wp,  1.069_wp,  1.0_wp /)
880          ecoll_100(:,3)  = (/  1.32_wp,   1.32_wp,   1.245_wp, 1.123_wp, &
881                                1.000_wp,  1.000_wp,  1.0_wp /)
882          ecoll_100(:,4)  = (/  1.250_wp,  1.250_wp,  1.148_wp, 1.087_wp, &
883                                1.025_wp,  1.025_wp,  1.0_wp /)
884          ecoll_100(:,5)  = (/  1.186_wp,  1.186_wp,  1.066_wp, 1.060_wp, &
885                                1.056_wp,  1.056_wp,  1.0_wp /)
886          ecoll_100(:,6)  = (/  1.045_wp,  1.045_wp,  1.000_wp, 1.014_wp, &
887                                1.028_wp,  1.028_wp,  1.0_wp /)
888          ecoll_100(:,7)  = (/  1.070_wp,  1.070_wp,  1.030_wp, 1.038_wp, &
889                                1.046_wp,  1.046_wp,  1.0_wp /)
890          ecoll_100(:,8)  = (/  1.000_wp,  1.000_wp,  1.054_wp, 1.042_wp, &
891                                1.029_wp,  1.029_wp,  1.0_wp /)
892          ecoll_100(:,9)  = (/  1.223_wp,  1.223_wp,  1.117_wp, 1.069_wp, &
893                                1.021_wp,  1.021_wp,  1.0_wp /)
894          ecoll_100(:,10) = (/  1.570_wp,  1.570_wp,  1.244_wp, 1.166_wp, &
895                                1.088_wp,  1.088_wp,  1.0_wp /)
[1822]896          ecoll_100(:,11) = (/ 20.3_wp,   20.3_wp,   14.6_wp,   8.61_wp,  &
[1359]897                                2.60_wp,   2.60_wp,   1.0_wp /)
[828]898!
[1822]899!--       Tabulated turbulent enhancement factor at 400 cm**2/s**3
[1359]900          ecoll_400(:,1)  = (/  4.976_wp,  4.976_wp,  3.593_wp,  2.519_wp, &
901                                1.445_wp,  1.445_wp,  1.0_wp /)
902          ecoll_400(:,2)  = (/  2.984_wp,  2.984_wp,  2.181_wp,  1.691_wp, &
903                                1.201_wp,  1.201_wp,  1.0_wp /)
904          ecoll_400(:,3)  = (/  1.988_wp,  1.988_wp,  1.475_wp,  1.313_wp, &
905                                1.150_wp,  1.150_wp,  1.0_wp /)
906          ecoll_400(:,4)  = (/  1.490_wp,  1.490_wp,  1.187_wp,  1.156_wp, &
907                                1.126_wp,  1.126_wp,  1.0_wp /)
908          ecoll_400(:,5)  = (/  1.249_wp,  1.249_wp,  1.088_wp,  1.090_wp, &
909                                1.092_wp,  1.092_wp,  1.0_wp /)
910          ecoll_400(:,6)  = (/  1.139_wp,  1.139_wp,  1.130_wp,  1.091_wp, &
911                                1.051_wp,  1.051_wp,  1.0_wp /)
912          ecoll_400(:,7)  = (/  1.220_wp,  1.220_wp,  1.190_wp,  1.138_wp, &
913                                1.086_wp,  1.086_wp,  1.0_wp /)
914          ecoll_400(:,8)  = (/  1.325_wp,  1.325_wp,  1.267_wp,  1.165_wp, &
915                                1.063_wp,  1.063_wp,  1.0_wp /)
916          ecoll_400(:,9)  = (/  1.716_wp,  1.716_wp,  1.345_wp,  1.223_wp, &
917                                1.100_wp,  1.100_wp,  1.0_wp /)
918          ecoll_400(:,10) = (/  3.788_wp,  3.788_wp,  1.501_wp,  1.311_wp, &
919                                1.120_wp,  1.120_wp,  1.0_wp /)
920          ecoll_400(:,11) = (/ 36.52_wp,  36.52_wp,  19.16_wp,  22.80_wp,  &
921                               26.0_wp,   26.0_wp,    1.0_wp /)
[799]922
[828]923       ENDIF
[790]924
[828]925!
926!--    Calculate the radius class index of particles with respect to array r0
[1822]927!--    The droplet radius has to be given in microns.
[828]928       ALLOCATE( ira(1:radius_classes) )
[790]929
[828]930       DO  j = 1, radius_classes
[1322]931          particle_radius = radclass(j) * 1.0E6_wp
[828]932          DO  k = 1, 7
933             IF ( particle_radius < r0(k) )  THEN
934                ira(j) = k
935                EXIT
936             ENDIF
937          ENDDO
938          IF ( particle_radius >= r0(7) )  ira(j) = 8
939       ENDDO
[799]940
941!
[1822]942!--    Two-dimensional linear interpolation of the turbulent enhancement factor.
943!--    The droplet radius has to be given in microns.
[828]944       DO  j =  1, radius_classes
945          DO  i = 1, j
[799]946
[828]947             ir = ira(j)
[1519]948             rq = MIN( radclass(i) / radclass(j), radclass(j) / radclass(i) )
[799]949
[828]950             DO  kk = 2, 11
951                IF ( rq <= rat(kk) )  THEN
952                   iq = kk
953                   EXIT
954                ENDIF
955             ENDDO
[790]956
[1822]957             y1 = 1.0_wp  ! turbulent enhancement factor at 0 m**2/s**3
[1007]958
[828]959             IF ( ir < 8 )  THEN
960                IF ( ir >= 2 )  THEN
[1822]961                   pp = ( MAX( radclass(j), radclass(i) ) * 1.0E6_wp -  &
962                          r0(ir-1) ) / ( r0(ir) - r0(ir-1) )
[828]963                   qq = ( rq - rat(iq-1) ) / ( rat(iq) - rat(iq-1) )
[1359]964                   y2 = ( 1.0_wp - pp ) * ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_100(ir-1,iq-1) + &
965                                pp * ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_100(ir,iq-1)        + &
966                                qq * ( 1.0_wp - pp ) * ecoll_100(ir-1,iq)        + &
967                                pp * qq              * ecoll_100(ir,iq)
968                   y3 = ( 1.0-pp ) * ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_400(ir-1,iq-1)      + &
969                                pp * ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_400(ir,iq-1)        + &
970                                qq * ( 1.0_wp - pp ) * ecoll_400(ir-1,iq)        + &
971                                pp * qq              * ecoll_400(ir,iq)
[828]972                ELSE
973                   qq = ( rq - rat(iq-1) ) / ( rat(iq) - rat(iq-1) )
[1359]974                   y2 = ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_100(1,iq-1) + qq * ecoll_100(1,iq)
975                   y3 = ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_400(1,iq-1) + qq * ecoll_400(1,iq)
[828]976                ENDIF
977             ELSE
978                qq = ( rq - rat(iq-1) ) / ( rat(iq) - rat(iq-1) )
[1359]979                y2 = ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_100(7,iq-1) + qq * ecoll_100(7,iq)
980                y3 = ( 1.0_wp - qq ) * ecoll_400(7,iq-1) + qq * ecoll_400(7,iq)
[828]981             ENDIF
982!
[1822]983!--          Linear interpolation of turbulent enhancement factor
[1359]984             IF ( epsilon <= 0.01_wp )  THEN
985                ecf(j,i) = ( epsilon - 0.01_wp ) / ( 0.0_wp  - 0.01_wp ) * y1 &
986                         + ( epsilon - 0.0_wp  ) / ( 0.01_wp - 0.0_wp  ) * y2
987             ELSEIF ( epsilon <= 0.06_wp )  THEN
988                ecf(j,i) = ( epsilon - 0.04_wp ) / ( 0.01_wp - 0.04_wp ) * y2 &
989                         + ( epsilon - 0.01_wp ) / ( 0.04_wp - 0.01_wp ) * y3
[828]990             ELSE
[1359]991                ecf(j,i) = ( 0.06_wp - 0.04_wp ) / ( 0.01_wp - 0.04_wp ) * y2 &
992                         + ( 0.06_wp - 0.01_wp ) / ( 0.04_wp - 0.01_wp ) * y3
[828]993             ENDIF
[790]994
[1359]995             IF ( ecf(j,i) < 1.0_wp )  ecf(j,i) = 1.0_wp
[790]996
[828]997             ecf(i,j) = ecf(j,i)
[790]998
[828]999          ENDDO
1000       ENDDO
[790]1001
[828]1002    END SUBROUTINE turb_enhance_eff
[790]1003
[825]1004 END MODULE lpm_collision_kernels_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.