source: palm/trunk/SOURCE/lpm_init.f90 @ 2319

Last change on this file since 2319 was 2318, checked in by suehring, 7 years ago

get topograpyhy top index via function call

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 43.8 KB
RevLine 
[1873]1!> @file lpm_init.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!
[254]20! Current revisions:
[1]21! -----------------
[2318]22!
23!
[1930]24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: lpm_init.f90 2318 2017-07-20 17:27:44Z suehring $
[2318]27! Get topography top index via Function call
28!
29! 2317 2017-07-20 17:27:19Z suehring
[2312]30! Extended particle data type. Aerosol initialization improved.
31!
32! 2305 2017-07-06 11:18:47Z hoffmann
[2305]33! Improved calculation of particle IDs.
[2312]34!
[2305]35! 2274 2017-06-09 13:27:48Z Giersch
[2274]36!  Changed error messages
[2312]37!
[2274]38! 2265 2017-06-08 16:58:28Z schwenkel
[2265]39! Unused variables removed.
[2312]40!
[2265]41! 2263 2017-06-08 14:59:01Z schwenkel
[2263]42! Implemented splitting and merging algorithm
[2312]43!
[2263]44! 2233 2017-05-30 18:08:54Z suehring
[1930]45!
[2233]46! 2232 2017-05-30 17:47:52Z suehring
47! Adjustments according to new topography realization
[2312]48!
49!
[2224]50! 2223 2017-05-15 16:38:09Z suehring
51! Add check for particle release at model top
[2312]52!
[2183]53! 2182 2017-03-17 14:27:40Z schwenkel
54! Added parameters for simplified particle initialization.
[2305]55!
[2123]56! 2122 2017-01-18 12:22:54Z hoffmann
[2312]57! Improved initialization of equilibrium aerosol radii
[2123]58! Calculation of particle ID
59!
[2001]60! 2000 2016-08-20 18:09:15Z knoop
61! Forced header and separation lines into 80 columns
[2312]62!
[1930]63! 2016-06-09 16:25:25Z suehring
[2312]64! Bugfix in determining initial particle height and grid index in case of
[1929]65! seed_follows_topography.
[2312]66! Bugfix concerning random positions, ensure that particles do not move more
[1929]67! than one grid length.
68! Bugfix logarithmic interpolation.
69! Initial setting of sgs_wf_part.
[1321]70!
[1891]71! 1890 2016-04-22 08:52:11Z hoffmann
[2312]72! Initialization of aerosol equilibrium radius not possible in supersaturated
[1891]73! environments. Therefore, a maximum supersaturation of -1 % is assumed during
74! initialization.
75!
[1874]76! 1873 2016-04-18 14:50:06Z maronga
[1929]77! Module renamed (removed _mod
[2312]78!
[1872]79! 1871 2016-04-15 11:46:09Z hoffmann
80! Initialization of aerosols added.
81!
[1851]82! 1850 2016-04-08 13:29:27Z maronga
83! Module renamed
84!
[1832]85! 1831 2016-04-07 13:15:51Z hoffmann
86! curvature_solution_effects moved to particle_attributes
87!
[1823]88! 1822 2016-04-07 07:49:42Z hoffmann
89! Unused variables removed.
90!
[1784]91! 1783 2016-03-06 18:36:17Z raasch
92! netcdf module added
93!
[2312]94! 1725 2015-11-17 13:01:51Z hoffmann
95! Bugfix: Processor-dependent seed for random function is generated before it is
[1726]96! used.
97!
[1692]98! 1691 2015-10-26 16:17:44Z maronga
99! Renamed prandtl_layer to constant_flux_layer.
100!
[1686]101! 1685 2015-10-08 07:32:13Z raasch
102! bugfix concerning vertical index offset in case of ocean
103!
[1683]104! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
[2312]105! Code annotations made doxygen readable
[1683]106!
[1576]107! 1575 2015-03-27 09:56:27Z raasch
108! initial vertical particle position is allowed to follow the topography
109!
[1360]110! 1359 2014-04-11 17:15:14Z hoffmann
[2312]111! New particle structure integrated.
[1360]112! Kind definition added to all floating point numbers.
113! lpm_init changed form a subroutine to a module.
[2312]114!
[1329]115! 1327 2014-03-21 11:00:16Z raasch
116! -netcdf_output
117!
[1323]118! 1322 2014-03-20 16:38:49Z raasch
119! REAL functions provided with KIND-attribute
120!
[1321]121! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
[1320]122! ONLY-attribute added to USE-statements,
123! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
124! kinds are defined in new module kinds,
125! revision history before 2012 removed,
126! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
127! all variable declaration statements
128! bugfix: #if defined( __parallel ) added
[850]129!
[1315]130! 1314 2014-03-14 18:25:17Z suehring
[2312]131! Vertical logarithmic interpolation of horizontal particle speed for particles
[1315]132! between roughness height and first vertical grid level.
133!
[1093]134! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
135! unused variables removed
136!
[1037]137! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
138! code put under GPL (PALM 3.9)
139!
[850]140! 849 2012-03-15 10:35:09Z raasch
[849]141! routine renamed: init_particles -> lpm_init
142! de_dx, de_dy, de_dz are allocated here (instead of automatic arrays in
143! advec_particles),
144! sort_particles renamed lpm_sort_arrays, user_init_particles renamed lpm_init
[392]145!
[829]146! 828 2012-02-21 12:00:36Z raasch
147! call of init_kernels, particle feature color renamed class
148!
[826]149! 824 2012-02-17 09:09:57Z raasch
150! particle attributes speed_x|y|z_sgs renamed rvar1|2|3,
151! array particles implemented as pointer
152!
[668]153! 667 2010-12-23 12:06:00Z suehring/gryschka
[2312]154! nxl-1, nxr+1, nys-1, nyn+1 replaced by nxlg, nxrg, nysg, nyng for allocation
[668]155! of arrays.
156!
[1]157! Revision 1.1  1999/11/25 16:22:38  raasch
158! Initial revision
159!
160!
161! Description:
162! ------------
[1682]163!> This routine initializes a set of particles and their attributes (position,
164!> radius, ..) which are used by the Lagrangian particle model (see lpm).
[1]165!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]166 MODULE lpm_init_mod
[2312]167
[2305]168    USE, INTRINSIC ::  ISO_C_BINDING
[1]169
[1320]170    USE arrays_3d,                                                             &
[2232]171        ONLY:  de_dx, de_dy, de_dz, zu, zw
[1320]172
173    USE control_parameters,                                                    &
[1691]174        ONLY:  cloud_droplets, constant_flux_layer, current_timestep_number,   &
[2312]175               dt_3d, dz, initializing_actions, message_string, ocean,         &
176               simulated_time
[1320]177
178    USE grid_variables,                                                        &
[1359]179        ONLY:  ddx, dx, ddy, dy
[1320]180
181    USE indices,                                                               &
[1575]182        ONLY:  nx, nxl, nxlg, nxrg, nxr, ny, nyn, nys, nyng, nysg, nz, nzb,    &
[2317]183               nzt, wall_flags_0
[1320]184
185    USE kinds
186
187    USE lpm_collision_kernels_mod,                                             &
188        ONLY:  init_kernels
189
[1783]190    USE netcdf_interface,                                                      &
191        ONLY:  netcdf_data_format
192
[1320]193    USE particle_attributes,                                                   &
[1359]194        ONLY:   alloc_factor, bc_par_b, bc_par_lr, bc_par_ns, bc_par_t,        &
195                block_offset, block_offset_def, collision_kernel,              &
[2265]196                curvature_solution_effects, density_ratio, grid_particles,     &
197                isf,i_splitting_mode, initial_weighting_factor, ibc_par_b,     &
198                ibc_par_lr, ibc_par_ns, ibc_par_t, iran_part, log_z_z0,        &
199                max_number_of_particle_groups, min_nr_particle,                &
[2305]200                number_concentration,                                          &
[2265]201                number_particles_per_gridbox,  number_of_particles,            &
[1320]202                number_of_particle_groups, number_of_sublayers,                &
[1822]203                offset_ocean_nzt, offset_ocean_nzt_m1,                         &
[1359]204                particles, particle_advection_start, particle_groups,          &
205                particle_groups_type, particles_per_point,                     &
[2312]206                particle_type, pdx, pdy, pdz,  prt_count, psb, psl, psn, psr,  &
207                pss, pst, radius, random_start_position,                       &
[2265]208                read_particles_from_restartfile, seed_follows_topography,      &
209                sgs_wf_part, sort_count, splitting_function, splitting_mode,   &
210                total_number_of_particles, use_sgs_for_particles,              &
211                write_particle_statistics, zero_particle, z0_av_global
[1320]212
[1]213    USE pegrid
214
[1320]215    USE random_function_mod,                                                   &
216        ONLY:  random_function
[1]217
[2232]218    USE surface_mod,                                                           &
[2317]219        ONLY:  get_topography_top_index, surf_def_h, surf_lsm_h, surf_usm_h
[2232]220
[1359]221    IMPLICIT NONE
[1320]222
[1359]223    PRIVATE
224
[1682]225    INTEGER(iwp), PARAMETER         :: PHASE_INIT    = 1  !<
226    INTEGER(iwp), PARAMETER, PUBLIC :: PHASE_RELEASE = 2  !<
[1359]227
228    INTERFACE lpm_init
229       MODULE PROCEDURE lpm_init
230    END INTERFACE lpm_init
231
232    INTERFACE lpm_create_particle
233       MODULE PROCEDURE lpm_create_particle
234    END INTERFACE lpm_create_particle
235
236    PUBLIC lpm_init, lpm_create_particle
237
[1929]238 CONTAINS
[1359]239
[1682]240!------------------------------------------------------------------------------!
241! Description:
242! ------------
243!> @todo Missing subroutine description.
244!------------------------------------------------------------------------------!
[1359]245 SUBROUTINE lpm_init
246
247    USE lpm_collision_kernels_mod,                                             &
248        ONLY:  init_kernels
249
[1]250    IMPLICIT NONE
251
[1682]252    INTEGER(iwp) ::  i                           !<
253    INTEGER(iwp) ::  j                           !<
254    INTEGER(iwp) ::  k                           !<
[1320]255
[2312]256    REAL(wp) ::  div                             !<
[1682]257    REAL(wp) ::  height_int                      !<
258    REAL(wp) ::  height_p                        !<
259    REAL(wp) ::  z_p                             !<
260    REAL(wp) ::  z0_av_local                     !<
[1]261
[1359]262
[1]263!
[150]264!-- In case of oceans runs, the vertical index calculations need an offset,
265!-- because otherwise the k indices will become negative
266    IF ( ocean )  THEN
267       offset_ocean_nzt    = nzt
268       offset_ocean_nzt_m1 = nzt - 1
269    ENDIF
270
[1359]271!
272!-- Define block offsets for dividing a gridcell in 8 sub cells
[150]273
[1359]274    block_offset(0) = block_offset_def (-1,-1,-1)
275    block_offset(1) = block_offset_def (-1,-1, 0)
276    block_offset(2) = block_offset_def (-1, 0,-1)
277    block_offset(3) = block_offset_def (-1, 0, 0)
278    block_offset(4) = block_offset_def ( 0,-1,-1)
279    block_offset(5) = block_offset_def ( 0,-1, 0)
280    block_offset(6) = block_offset_def ( 0, 0,-1)
281    block_offset(7) = block_offset_def ( 0, 0, 0)
[150]282!
[1]283!-- Check the number of particle groups.
284    IF ( number_of_particle_groups > max_number_of_particle_groups )  THEN
[274]285       WRITE( message_string, * ) 'max_number_of_particle_groups =',      &
286                                  max_number_of_particle_groups ,         &
[254]287                                  '&number_of_particle_groups reset to ', &
288                                  max_number_of_particle_groups
[849]289       CALL message( 'lpm_init', 'PA0213', 0, 1, 0, 6, 0 )
[1]290       number_of_particle_groups = max_number_of_particle_groups
291    ENDIF
[2232]292!
293!-- Check if downward-facing walls exist. This case, reflection boundary
294!-- conditions (as well as subgrid-scale velocities) may do not work
[2312]295!-- propably (not realized so far).
[2232]296    IF ( surf_def_h(1)%ns >= 1 )  THEN
[2312]297       WRITE( message_string, * ) 'Overhanging topography do not work '// &
298                                  'with particles'
[2232]299       CALL message( 'lpm_init', 'PA0212', 0, 1, 0, 6, 0 )
[1]300
[2312]301    ENDIF
[2232]302
[1]303!
304!-- Set default start positions, if necessary
[1359]305    IF ( psl(1) == 9999999.9_wp )  psl(1) = -0.5_wp * dx
306    IF ( psr(1) == 9999999.9_wp )  psr(1) = ( nx + 0.5_wp ) * dx
307    IF ( pss(1) == 9999999.9_wp )  pss(1) = -0.5_wp * dy
308    IF ( psn(1) == 9999999.9_wp )  psn(1) = ( ny + 0.5_wp ) * dy
309    IF ( psb(1) == 9999999.9_wp )  psb(1) = zu(nz/2)
310    IF ( pst(1) == 9999999.9_wp )  pst(1) = psb(1)
[1]311
[1359]312    IF ( pdx(1) == 9999999.9_wp  .OR.  pdx(1) == 0.0_wp )  pdx(1) = dx
313    IF ( pdy(1) == 9999999.9_wp  .OR.  pdy(1) == 0.0_wp )  pdy(1) = dy
314    IF ( pdz(1) == 9999999.9_wp  .OR.  pdz(1) == 0.0_wp )  pdz(1) = zu(2) - zu(1)
[1]315
[2182]316!
317!-- If number_particles_per_gridbox is set, the parametres pdx, pdy and pdz are
318!-- calculated diagnostically. Therfore an isotropic distribution is prescribed.
[2312]319    IF ( number_particles_per_gridbox /= -1 .AND.   &
[2182]320         number_particles_per_gridbox >= 1 )    THEN
[2312]321       pdx(1) = (( dx * dy * ( zu(2) - zu(1) ) ) /  &
[2182]322             REAL(number_particles_per_gridbox))**0.3333333_wp
323!
[2312]324!--    Ensure a smooth value (two significant digits) of distance between
[2182]325!--    particles (pdx, pdy, pdz).
326       div = 1000.0_wp
327       DO  WHILE ( pdx(1) < div )
328          div = div / 10.0_wp
329       ENDDO
330       pdx(1) = NINT( pdx(1) * 100.0_wp / div ) * div / 100.0_wp
331       pdy(1) = pdx(1)
332       pdz(1) = pdx(1)
333
334    ENDIF
335
[1]336    DO  j = 2, number_of_particle_groups
[1359]337       IF ( psl(j) == 9999999.9_wp )  psl(j) = psl(j-1)
338       IF ( psr(j) == 9999999.9_wp )  psr(j) = psr(j-1)
339       IF ( pss(j) == 9999999.9_wp )  pss(j) = pss(j-1)
340       IF ( psn(j) == 9999999.9_wp )  psn(j) = psn(j-1)
341       IF ( psb(j) == 9999999.9_wp )  psb(j) = psb(j-1)
342       IF ( pst(j) == 9999999.9_wp )  pst(j) = pst(j-1)
343       IF ( pdx(j) == 9999999.9_wp  .OR.  pdx(j) == 0.0_wp )  pdx(j) = pdx(j-1)
344       IF ( pdy(j) == 9999999.9_wp  .OR.  pdy(j) == 0.0_wp )  pdy(j) = pdy(j-1)
345       IF ( pdz(j) == 9999999.9_wp  .OR.  pdz(j) == 0.0_wp )  pdz(j) = pdz(j-1)
[1]346    ENDDO
347
348!
[2312]349!-- Allocate arrays required for calculating particle SGS velocities.
[1929]350!-- Initialize prefactor required for stoachastic Weil equation.
[1822]351    IF ( use_sgs_for_particles  .AND.  .NOT. cloud_droplets )  THEN
[849]352       ALLOCATE( de_dx(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
353                 de_dy(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
354                 de_dz(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1929]355
[2312]356       sgs_wf_part = 1.0_wp / 3.0_wp
[849]357    ENDIF
358
359!
[2312]360!-- Allocate array required for logarithmic vertical interpolation of
[1314]361!-- horizontal particle velocities between the surface and the first vertical
[2312]362!-- grid level. In order to avoid repeated CPU cost-intensive CALLS of
363!-- intrinsic FORTRAN procedure LOG(z/z0), LOG(z/z0) is precalculated for
364!-- several heights. Splitting into 20 sublayers turned out to be sufficient.
[1314]365!-- To obtain exact height levels of particles, linear interpolation is applied
366!-- (see lpm_advec.f90).
[1691]367    IF ( constant_flux_layer )  THEN
[2312]368
369       ALLOCATE ( log_z_z0(0:number_of_sublayers) )
[2232]370       z_p = zu(nzb+1) - zw(nzb)
[1314]371
372!
373!--    Calculate horizontal mean value of z0 used for logartihmic
[2312]374!--    interpolation. Note: this is not exact for heterogeneous z0.
375!--    However, sensitivity studies showed that the effect is
376!--    negligible.
[2232]377       z0_av_local  = SUM( surf_def_h(0)%z0 ) + SUM( surf_lsm_h%z0 ) +         &
378                      SUM( surf_usm_h%z0 )
[1359]379       z0_av_global = 0.0_wp
[1314]380
[1320]381#if defined( __parallel )
[1314]382       CALL MPI_ALLREDUCE(z0_av_local, z0_av_global, 1, MPI_REAL, MPI_SUM, &
383                          comm2d, ierr )
[1320]384#else
385       z0_av_global = z0_av_local
386#endif
[1314]387
388       z0_av_global = z0_av_global  / ( ( ny + 1 ) * ( nx + 1 ) )
389!
390!--    Horizontal wind speed is zero below and at z0
[1359]391       log_z_z0(0) = 0.0_wp
[1314]392!
393!--    Calculate vertical depth of the sublayers
[1322]394       height_int  = ( z_p - z0_av_global ) / REAL( number_of_sublayers, KIND=wp )
[1314]395!
396!--    Precalculate LOG(z/z0)
[1929]397       height_p    = z0_av_global
[1314]398       DO  k = 1, number_of_sublayers
399
400          height_p    = height_p + height_int
401          log_z_z0(k) = LOG( height_p / z0_av_global )
402
403       ENDDO
404
405    ENDIF
406
407!
[1359]408!-- Check boundary condition and set internal variables
409    SELECT CASE ( bc_par_b )
[2312]410
[1359]411       CASE ( 'absorb' )
412          ibc_par_b = 1
413
414       CASE ( 'reflect' )
415          ibc_par_b = 2
[2312]416
[1359]417       CASE DEFAULT
418          WRITE( message_string, * )  'unknown boundary condition ',   &
419                                       'bc_par_b = "', TRIM( bc_par_b ), '"'
420          CALL message( 'lpm_init', 'PA0217', 1, 2, 0, 6, 0 )
[2312]421
[1359]422    END SELECT
423    SELECT CASE ( bc_par_t )
[2312]424
[1359]425       CASE ( 'absorb' )
426          ibc_par_t = 1
427
428       CASE ( 'reflect' )
429          ibc_par_t = 2
[2312]430
[1359]431       CASE DEFAULT
432          WRITE( message_string, * ) 'unknown boundary condition ',   &
433                                     'bc_par_t = "', TRIM( bc_par_t ), '"'
434          CALL message( 'lpm_init', 'PA0218', 1, 2, 0, 6, 0 )
[2312]435
[1359]436    END SELECT
437    SELECT CASE ( bc_par_lr )
438
439       CASE ( 'cyclic' )
440          ibc_par_lr = 0
441
442       CASE ( 'absorb' )
443          ibc_par_lr = 1
444
445       CASE ( 'reflect' )
446          ibc_par_lr = 2
[2312]447
[1359]448       CASE DEFAULT
449          WRITE( message_string, * ) 'unknown boundary condition ',   &
450                                     'bc_par_lr = "', TRIM( bc_par_lr ), '"'
451          CALL message( 'lpm_init', 'PA0219', 1, 2, 0, 6, 0 )
[2312]452
[1359]453    END SELECT
454    SELECT CASE ( bc_par_ns )
455
456       CASE ( 'cyclic' )
457          ibc_par_ns = 0
458
459       CASE ( 'absorb' )
460          ibc_par_ns = 1
461
462       CASE ( 'reflect' )
463          ibc_par_ns = 2
[2312]464
[1359]465       CASE DEFAULT
466          WRITE( message_string, * ) 'unknown boundary condition ',   &
467                                     'bc_par_ns = "', TRIM( bc_par_ns ), '"'
468          CALL message( 'lpm_init', 'PA0220', 1, 2, 0, 6, 0 )
[2312]469
[1359]470    END SELECT
[2263]471    SELECT CASE ( splitting_mode )
[2312]472
[2263]473       CASE ( 'const' )
474          i_splitting_mode = 1
[1359]475
[2263]476       CASE ( 'cl_av' )
477          i_splitting_mode = 2
478
479       CASE ( 'gb_av' )
480          i_splitting_mode = 3
[2312]481
[2263]482       CASE DEFAULT
483          WRITE( message_string, * )  'unknown splitting condition ',   &
484                                       'splitting_mode = "', TRIM( splitting_mode ), '"'
485          CALL message( 'lpm_init', 'PA0146', 1, 2, 0, 6, 0 )
[2312]486
[2263]487    END SELECT
488    SELECT CASE ( splitting_function )
[2312]489
[2263]490       CASE ( 'gamma' )
491          isf = 1
492
493       CASE ( 'log' )
494          isf = 2
495
496       CASE ( 'exp' )
497          isf = 3
[2312]498
[2263]499       CASE DEFAULT
500          WRITE( message_string, * )  'unknown splitting function ',   &
501                                       'splitting_function = "', TRIM( splitting_function ), '"'
502          CALL message( 'lpm_init', 'PA0147', 1, 2, 0, 6, 0 )
[2312]503
[2263]504    END SELECT
505
[2312]506
[1359]507!
[828]508!-- Initialize collision kernels
509    IF ( collision_kernel /= 'none' )  CALL init_kernels
510
511!
[1]512!-- For the first model run of a possible job chain initialize the
[849]513!-- particles, otherwise read the particle data from restart file.
[1]514    IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'read_restart_data'  &
515         .AND.  read_particles_from_restartfile )  THEN
516
[849]517       CALL lpm_read_restart_file
[1]518
519    ELSE
520
521!
522!--    Allocate particle arrays and set attributes of the initial set of
523!--    particles, which can be also periodically released at later times.
[1359]524       ALLOCATE( prt_count(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
525                 grid_particles(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) )
[1]526
[1359]527       number_of_particles         = 0
[792]528
529       sort_count = 0
[1359]530       prt_count  = 0
[792]531
[1]532!
[2312]533!--    initialize counter for particle IDs
[2305]534       grid_particles%id_counter = 1
[2122]535
536!
[1]537!--    Initialize all particles with dummy values (otherwise errors may
538!--    occur within restart runs). The reason for this is still not clear
539!--    and may be presumably caused by errors in the respective user-interface.
[1359]540       zero_particle = particle_type( 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp,  &
541                                      0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp,  &
542                                      0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp,  &
[2312]543                                      0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp,  &
[2305]544                                      0, 0, 0_idp, .FALSE., -1 )
[1822]545
[1359]546       particle_groups = particle_groups_type( 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp )
[1]547
548!
549!--    Set values for the density ratio and radius for all particle
550!--    groups, if necessary
[1359]551       IF ( density_ratio(1) == 9999999.9_wp )  density_ratio(1) = 0.0_wp
552       IF ( radius(1)        == 9999999.9_wp )  radius(1) = 0.0_wp
[1]553       DO  i = 2, number_of_particle_groups
[1359]554          IF ( density_ratio(i) == 9999999.9_wp )  THEN
[1]555             density_ratio(i) = density_ratio(i-1)
556          ENDIF
[1359]557          IF ( radius(i) == 9999999.9_wp )  radius(i) = radius(i-1)
[1]558       ENDDO
559
560       DO  i = 1, number_of_particle_groups
[1359]561          IF ( density_ratio(i) /= 0.0_wp  .AND.  radius(i) == 0 )  THEN
[254]562             WRITE( message_string, * ) 'particle group #', i, 'has a', &
563                                        'density ratio /= 0 but radius = 0'
[849]564             CALL message( 'lpm_init', 'PA0215', 1, 2, 0, 6, 0 )
[1]565          ENDIF
566          particle_groups(i)%density_ratio = density_ratio(i)
567          particle_groups(i)%radius        = radius(i)
568       ENDDO
569
570!
[1359]571!--    Set a seed value for the random number generator to be exclusively
572!--    used for the particle code. The generated random numbers should be
573!--    different on the different PEs.
574       iran_part = iran_part + myid
575
[1725]576       CALL lpm_create_particle (PHASE_INIT)
[1359]577!
578!--    User modification of initial particles
579       CALL user_lpm_init
580
581!
582!--    Open file for statistical informations about particle conditions
583       IF ( write_particle_statistics )  THEN
584          CALL check_open( 80 )
585          WRITE ( 80, 8000 )  current_timestep_number, simulated_time,         &
[2312]586                              number_of_particles
[1359]587          CALL close_file( 80 )
588       ENDIF
589
590    ENDIF
591
592!
[2312]593!-- To avoid programm abort, assign particles array to the local version of
[1359]594!-- first grid cell
595    number_of_particles = prt_count(nzb+1,nys,nxl)
596    particles => grid_particles(nzb+1,nys,nxl)%particles(1:number_of_particles)
597!
598!-- Formats
5998000 FORMAT (I6,1X,F7.2,4X,I10,71X,I10)
600
601 END SUBROUTINE lpm_init
602
[1682]603!------------------------------------------------------------------------------!
604! Description:
605! ------------
606!> @todo Missing subroutine description.
607!------------------------------------------------------------------------------!
[1359]608 SUBROUTINE lpm_create_particle (phase)
609
610    USE lpm_exchange_horiz_mod,                                                &
611        ONLY: lpm_exchange_horiz, lpm_move_particle, realloc_particles_array
612
613    USE lpm_pack_arrays_mod,                                                   &
614        ONLY: lpm_pack_all_arrays
615
[1871]616    USE particle_attributes,                                                   &
[2312]617        ONLY: deleted_particles
[1871]618
[1359]619    IMPLICIT  NONE
620
[1929]621    INTEGER(iwp)               ::  alloc_size  !< relative increase of allocated memory for particles
622    INTEGER(iwp)               ::  i           !< loop variable ( particle groups )
623    INTEGER(iwp)               ::  ip          !< index variable along x
624    INTEGER(iwp)               ::  j           !< loop variable ( particles per point )
625    INTEGER(iwp)               ::  jp          !< index variable along y
[2232]626    INTEGER(iwp)               ::  k           !< index variable along z
627    INTEGER(iwp)               ::  k_surf      !< index of surface grid point
[1929]628    INTEGER(iwp)               ::  kp          !< index variable along z
629    INTEGER(iwp)               ::  loop_stride !< loop variable for initialization
630    INTEGER(iwp)               ::  n           !< loop variable ( number of particles )
631    INTEGER(iwp)               ::  new_size    !< new size of allocated memory for particles
[1359]632
[1929]633    INTEGER(iwp), INTENT(IN)   ::  phase       !< mode of inititialization
[1359]634
[1929]635    INTEGER(iwp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) ::  local_count !< start address of new particle
636    INTEGER(iwp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) ::  local_start !< start address of new particle
[1359]637
[1929]638    LOGICAL                    ::  first_stride !< flag for initialization
[1359]639
[2312]640    REAL(wp)                   ::  pos_x      !< increment for particle position in x
641    REAL(wp)                   ::  pos_y      !< increment for particle position in y
642    REAL(wp)                   ::  pos_z      !< increment for particle position in z
[1929]643    REAL(wp)                   ::  rand_contr !< dummy argument for random position
[1359]644
[1929]645    TYPE(particle_type),TARGET ::  tmp_particle !< temporary particle used for initialization
[1359]646
647!
648!-- Calculate particle positions and store particle attributes, if
649!-- particle is situated on this PE
650    DO  loop_stride = 1, 2
651       first_stride = (loop_stride == 1)
652       IF ( first_stride )   THEN
653          local_count = 0           ! count number of particles
654       ELSE
655          local_count = prt_count   ! Start address of new particles
656       ENDIF
657
[2182]658!
659!--    Calculate initial_weighting_factor diagnostically
660       IF ( number_concentration /= -1.0_wp .AND. number_concentration > 0.0_wp ) THEN
[2312]661          initial_weighting_factor =  number_concentration * 1.0E6_wp *             &
662                                      pdx(1) * pdy(1) * pdz(1)
[2182]663       END IF
664
[1]665       n = 0
666       DO  i = 1, number_of_particle_groups
667
668          pos_z = psb(i)
669
670          DO WHILE ( pos_z <= pst(i) )
671
[2223]672             IF ( pos_z >= 0.0_wp  .AND.  pos_z < zw(nzt) )  THEN
[1]673
674
[2223]675                pos_y = pss(i)
[1]676
[2223]677                DO WHILE ( pos_y <= psn(i) )
[1]678
[2223]679                   IF ( pos_y >= ( nys - 0.5_wp ) * dy  .AND.                  &
680                        pos_y <  ( nyn + 0.5_wp ) * dy )  THEN
[1]681
[2223]682                      pos_x = psl(i)
[1]683
[2223]684               xloop: DO WHILE ( pos_x <= psr(i) )
[1]685
[2312]686                         IF ( pos_x >= ( nxl - 0.5_wp ) * dx  .AND.            &
[2223]687                              pos_x <  ( nxr + 0.5_wp ) * dx )  THEN
688
689                            DO  j = 1, particles_per_point
690
[2305]691
[2223]692                               n = n + 1
693                               tmp_particle%x             = pos_x
694                               tmp_particle%y             = pos_y
695                               tmp_particle%z             = pos_z
696                               tmp_particle%age           = 0.0_wp
697                               tmp_particle%age_m         = 0.0_wp
698                               tmp_particle%dt_sum        = 0.0_wp
699                               tmp_particle%e_m           = 0.0_wp
[2312]700                               tmp_particle%rvar1         = 0.0_wp
701                               tmp_particle%rvar2         = 0.0_wp
702                               tmp_particle%rvar3         = 0.0_wp
[2223]703                               tmp_particle%speed_x       = 0.0_wp
704                               tmp_particle%speed_y       = 0.0_wp
705                               tmp_particle%speed_z       = 0.0_wp
706                               tmp_particle%origin_x      = pos_x
707                               tmp_particle%origin_y      = pos_y
708                               tmp_particle%origin_z      = pos_z
[2312]709                               IF ( curvature_solution_effects )  THEN
710                                  tmp_particle%aux1      = 0.0_wp    ! dry aerosol radius
711                                  tmp_particle%aux2      = dt_3d     ! last Rosenbrock timestep
712                               ELSE
713                                  tmp_particle%aux1      = 0.0_wp    ! free to use
714                                  tmp_particle%aux2      = 0.0_wp    ! free to use
715                               ENDIF
[2223]716                               tmp_particle%radius        = particle_groups(i)%radius
717                               tmp_particle%weight_factor = initial_weighting_factor
718                               tmp_particle%class         = 1
719                               tmp_particle%group         = i
[2305]720                               tmp_particle%id            = 0_idp
[2223]721                               tmp_particle%particle_mask = .TRUE.
722                               tmp_particle%block_nr      = -1
[1]723!
[2223]724!--                            Determine the grid indices of the particle position
[2232]725                               ip = ( tmp_particle%x + 0.5_wp * dx ) * ddx
[2223]726                               jp = ( tmp_particle%y + 0.5_wp * dy ) * ddy
727                               kp = tmp_particle%z / dz + 1 + offset_ocean_nzt
[2232]728!
729!--                            Determine surface level. Therefore, check for
[2317]730!--                            upward-facing wall on w-grid.
731                               k_surf = get_topography_top_index( j, i, 'w' )
[1]732
[2223]733                               IF ( seed_follows_topography )  THEN
[1575]734!
[2223]735!--                               Particle height is given relative to topography
[2232]736                                  kp = kp + k_surf
737                                  tmp_particle%z = tmp_particle%z + zw(k_surf)
738!--                               Skip particle release if particle position is
739!--                               above model top, or within topography in case
740!--                               of overhanging structures.
741                                  IF ( kp > nzt  .OR.                          &
742                                 .NOT. BTEST( wall_flags_0(kp,jp,ip), 0 ) )  THEN
[2223]743                                     pos_x = pos_x + pdx(i)
744                                     CYCLE xloop
745                                  ENDIF
[2232]746!
[2312]747!--                            Skip particle release if particle position is
[2232]748!--                            below surface, or within topography in case
749!--                            of overhanging structures.
[2223]750                               ELSEIF ( .NOT. seed_follows_topography .AND.    &
[2232]751                                         tmp_particle%z <= zw(k_surf)  .OR.    &
752                                        .NOT. BTEST( wall_flags_0(kp,jp,ip), 0 ) )&
753                               THEN
[1575]754                                  pos_x = pos_x + pdx(i)
[2312]755                                  CYCLE xloop
[1575]756                               ENDIF
757
[2223]758                               local_count(kp,jp,ip) = local_count(kp,jp,ip) + 1
[2182]759
[2223]760                               IF ( .NOT. first_stride )  THEN
761                                  IF ( ip < nxl  .OR.  jp < nys  .OR.  kp < nzb+1 )  THEN
762                                     write(6,*) 'xl ',ip,jp,kp,nxl,nys,nzb+1
763                                  ENDIF
764                                  IF ( ip > nxr  .OR.  jp > nyn  .OR.  kp > nzt )  THEN
765                                     write(6,*) 'xu ',ip,jp,kp,nxr,nyn,nzt
766                                  ENDIF
767                                  grid_particles(kp,jp,ip)%particles(local_count(kp,jp,ip)) = tmp_particle
768
[1359]769                               ENDIF
[2223]770                            ENDDO
[1929]771
[2223]772                         ENDIF
[1]773
[2223]774                         pos_x = pos_x + pdx(i)
[1]775
[2223]776                      ENDDO xloop
[1]777
[2223]778                   ENDIF
[1]779
[2223]780                   pos_y = pos_y + pdy(i)
[1]781
[2223]782                ENDDO
[1]783
[2223]784             ENDIF
[1]785
786             pos_z = pos_z + pdz(i)
787
788          ENDDO
789
790       ENDDO
791
[1359]792       IF ( first_stride )  THEN
793          DO  ip = nxl, nxr
794             DO  jp = nys, nyn
795                DO  kp = nzb+1, nzt
796                   IF ( phase == PHASE_INIT )  THEN
797                      IF ( local_count(kp,jp,ip) > 0 )  THEN
798                         alloc_size = MAX( INT( local_count(kp,jp,ip) *        &
799                            ( 1.0_wp + alloc_factor / 100.0_wp ) ),            &
800                            min_nr_particle )
801                      ELSE
802                         alloc_size = min_nr_particle
803                      ENDIF
804                      ALLOCATE(grid_particles(kp,jp,ip)%particles(1:alloc_size))
805                      DO  n = 1, alloc_size
806                         grid_particles(kp,jp,ip)%particles(n) = zero_particle
807                      ENDDO
808                   ELSEIF ( phase == PHASE_RELEASE )  THEN
809                      IF ( local_count(kp,jp,ip) > 0 )  THEN
810                         new_size   = local_count(kp,jp,ip) + prt_count(kp,jp,ip)
811                         alloc_size = MAX( INT( new_size * ( 1.0_wp +          &
812                            alloc_factor / 100.0_wp ) ), min_nr_particle )
813                         IF( alloc_size > SIZE( grid_particles(kp,jp,ip)%particles) )  THEN
[2182]814                            CALL realloc_particles_array(ip,jp,kp,alloc_size)
[1359]815                         ENDIF
816                      ENDIF
817                   ENDIF
818                ENDDO
819             ENDDO
820          ENDDO
821       ENDIF
[1929]822
[1359]823    ENDDO
[1]824
[2182]825
826
[1359]827    local_start = prt_count+1
828    prt_count   = local_count
[1871]829
[1]830!
[2122]831!-- Calculate particle IDs
832    DO  ip = nxl, nxr
833       DO  jp = nys, nyn
834          DO  kp = nzb+1, nzt
835             number_of_particles = prt_count(kp,jp,ip)
836             IF ( number_of_particles <= 0 )  CYCLE
837             particles => grid_particles(kp,jp,ip)%particles(1:number_of_particles)
838
[2312]839             DO  n = local_start(kp,jp,ip), number_of_particles  !only new particles
[2122]840
[2305]841                particles(n)%id = 10000_idp**3 * grid_particles(kp,jp,ip)%id_counter + &
842                                  10000_idp**2 * kp + 10000_idp * jp + ip
843!
844!--             Count the number of particles that have been released before
[2122]845                grid_particles(kp,jp,ip)%id_counter =                          &
846                                         grid_particles(kp,jp,ip)%id_counter + 1
847
848             ENDDO
849
850          ENDDO
851       ENDDO
852    ENDDO
853
854!
[1871]855!-- Initialize aerosol background spectrum
[2312]856    IF ( curvature_solution_effects )  THEN
[1871]857       CALL lpm_init_aerosols(local_start)
858    ENDIF
859
860!
[1929]861!-- Add random fluctuation to particle positions.
[1359]862    IF ( random_start_position )  THEN
863       DO  ip = nxl, nxr
864          DO  jp = nys, nyn
865             DO  kp = nzb+1, nzt
866                number_of_particles = prt_count(kp,jp,ip)
867                IF ( number_of_particles <= 0 )  CYCLE
868                particles => grid_particles(kp,jp,ip)%particles(1:number_of_particles)
[1929]869!
[2312]870!--             Move only new particles. Moreover, limit random fluctuation
871!--             in order to prevent that particles move more than one grid box,
872!--             which would lead to problems concerning particle exchange
873!--             between processors in case pdx/pdy are larger than dx/dy,
874!--             respectively.
[1929]875                DO  n = local_start(kp,jp,ip), number_of_particles
[1359]876                   IF ( psl(particles(n)%group) /= psr(particles(n)%group) )  THEN
[1929]877                      rand_contr = ( random_function( iran_part ) - 0.5_wp ) * &
878                                     pdx(particles(n)%group)
[1359]879                      particles(n)%x = particles(n)%x +                        &
[2232]880                              MERGE( rand_contr, SIGN( dx, rand_contr ),       &
[1929]881                                     ABS( rand_contr ) < dx                    &
[2312]882                                   )
[1359]883                   ENDIF
884                   IF ( pss(particles(n)%group) /= psn(particles(n)%group) )  THEN
[1929]885                      rand_contr = ( random_function( iran_part ) - 0.5_wp ) * &
886                                     pdy(particles(n)%group)
[1359]887                      particles(n)%y = particles(n)%y +                        &
[2232]888                              MERGE( rand_contr, SIGN( dy, rand_contr ),       &
[1929]889                                     ABS( rand_contr ) < dy                    &
[2312]890                                   )
[1359]891                   ENDIF
892                   IF ( psb(particles(n)%group) /= pst(particles(n)%group) )  THEN
[1929]893                      rand_contr = ( random_function( iran_part ) - 0.5_wp ) * &
894                                     pdz(particles(n)%group)
[1359]895                      particles(n)%z = particles(n)%z +                        &
[2232]896                              MERGE( rand_contr, SIGN( dz, rand_contr ),       &
[1929]897                                     ABS( rand_contr ) < dz                    &
[2312]898                                   )
[1359]899                   ENDIF
900                ENDDO
[1]901!
[1929]902!--             Identify particles located outside the model domain and reflect
903!--             or absorb them if necessary.
[1359]904                CALL lpm_boundary_conds( 'bottom/top' )
[1929]905!
906!--             Furthermore, remove particles located in topography. Note, as
[2312]907!--             the particle speed is still zero at this point, wall
[1929]908!--             reflection boundary conditions will not work in this case.
909                particles =>                                                   &
910                       grid_particles(kp,jp,ip)%particles(1:number_of_particles)
911                DO  n = local_start(kp,jp,ip), number_of_particles
912                   i = ( particles(n)%x + 0.5_wp * dx ) * ddx
913                   j = ( particles(n)%y + 0.5_wp * dy ) * ddy
[2232]914                   k =   particles(n)%z / dz + 1 + offset_ocean_nzt
915!
916!--                Check if particle is within topography
917                   IF ( .NOT. BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 0 ) )  THEN
[1929]918                      particles(n)%particle_mask = .FALSE.
919                      deleted_particles = deleted_particles + 1
920                   ENDIF
[2232]921
[1929]922                ENDDO
[1359]923             ENDDO
924          ENDDO
925       ENDDO
[1]926!
[1359]927!--    Exchange particles between grid cells and processors
928       CALL lpm_move_particle
929       CALL lpm_exchange_horiz
[1]930
[1359]931    ENDIF
[1]932!
[2312]933!-- In case of random_start_position, delete particles identified by
934!-- lpm_exchange_horiz and lpm_boundary_conds. Then sort particles into blocks,
935!-- which is needed for a fast interpolation of the LES fields on the particle
[1359]936!-- position.
937    CALL lpm_pack_all_arrays
[1]938
939!
[2265]940!-- Determine the current number of particles
[1359]941    DO  ip = nxl, nxr
942       DO  jp = nys, nyn
943          DO  kp = nzb+1, nzt
944             number_of_particles         = number_of_particles                 &
945                                           + prt_count(kp,jp,ip)
[1]946          ENDDO
[1359]947       ENDDO
948    ENDDO
[1]949!
[1822]950!-- Calculate the number of particles of the total domain
[1]951#if defined( __parallel )
[1359]952    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
953    CALL MPI_ALLREDUCE( number_of_particles, total_number_of_particles, 1, &
954    MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
[1]955#else
[1359]956    total_number_of_particles = number_of_particles
[1]957#endif
958
[1359]959    RETURN
[1]960
[1359]961 END SUBROUTINE lpm_create_particle
[336]962
[1871]963 SUBROUTINE lpm_init_aerosols(local_start)
964
965    USE arrays_3d,                                                             &
[2312]966        ONLY: hyp, pt, q
[1871]967
968    USE cloud_parameters,                                                      &
[2122]969        ONLY: l_d_rv, rho_l, r_v
[1871]970
971    USE constants,                                                             &
972        ONLY: pi
973
974    USE kinds
975
976    USE particle_attributes,                                                   &
[2312]977        ONLY: aero_type, aero_weight, log_sigma, molecular_weight_of_solute,   &
978              molecular_weight_of_water, na, rho_s, rm, vanthoff
[1871]979
980    IMPLICIT NONE
981
[2122]982    REAL(wp)  :: afactor            !< curvature effects
[1871]983    REAL(wp)  :: bfactor            !< solute effects
[2312]984    REAL(wp)  :: dlogr              !< logarithmic width of radius bin
[1871]985    REAL(wp)  :: e_a                !< vapor pressure
986    REAL(wp)  :: e_s                !< saturation vapor pressure
[2312]987    REAL(wp)  :: rmin = 0.005e-6_wp !< minimum aerosol radius
988    REAL(wp)  :: rmax = 10.0e-6_wp  !< maximum aerosol radius
989    REAL(wp)  :: r_mid              !< mean radius of bin
990    REAL(wp)  :: r_l                !< left radius of bin
991    REAL(wp)  :: r_r                !< right radius of bin
[2122]992    REAL(wp)  :: sigma              !< surface tension
[1871]993    REAL(wp)  :: t_int              !< temperature
994
[1890]995    INTEGER(iwp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), INTENT(IN) ::  local_start !<
[1871]996
997    INTEGER(iwp)  :: n              !<
998    INTEGER(iwp)  :: ip             !<
999    INTEGER(iwp)  :: jp             !<
1000    INTEGER(iwp)  :: kp             !<
1001
1002!
[2312]1003!-- The following typical aerosol spectra are taken from Jaenicke (1993):
1004!-- Tropospheric aerosols. Published in Aerosol-Cloud-Climate Interactions.
1005    IF ( TRIM(aero_type) .EQ. 'polar' )  THEN
1006       na        = (/ 2.17e1, 1.86e-1, 3.04e-4 /) * 1.0E6
1007       rm        = (/ 0.0689, 0.375, 4.29 /) * 1.0E-6
1008       log_sigma = (/ 0.245, 0.300, 0.291 /)
1009    ELSEIF ( TRIM(aero_type) .EQ. 'background' )  THEN
1010       na        = (/ 1.29e2, 5.97e1, 6.35e1 /) * 1.0E6
1011       rm        = (/ 0.0036, 0.127, 0.259 /) * 1.0E-6
1012       log_sigma = (/ 0.645, 0.253, 0.425 /)
1013    ELSEIF ( TRIM(aero_type) .EQ. 'maritime' )  THEN
1014       na        = (/ 1.33e2, 6.66e1, 3.06e0 /) * 1.0E6
1015       rm        = (/ 0.0039, 0.133, 0.29 /) * 1.0E-6
1016       log_sigma = (/ 0.657, 0.210, 0.396 /)
1017    ELSEIF ( TRIM(aero_type) .EQ. 'continental' )  THEN
1018       na        = (/ 3.20e3, 2.90e3, 3.00e-1 /) * 1.0E6
1019       rm        = (/ 0.01, 0.058, 0.9 /) * 1.0E-6
1020       log_sigma = (/ 0.161, 0.217, 0.380 /)
1021    ELSEIF ( TRIM(aero_type) .EQ. 'desert' )  THEN
1022       na        = (/ 7.26e2, 1.14e3, 1.78e-1 /) * 1.0E6
1023       rm        = (/ 0.001, 0.0188, 10.8 /) * 1.0E-6
1024       log_sigma = (/ 0.247, 0.770, 0.438 /)
1025    ELSEIF ( TRIM(aero_type) .EQ. 'rural' )  THEN
1026       na        = (/ 6.65e3, 1.47e2, 1.99e3 /) * 1.0E6
1027       rm        = (/ 0.00739, 0.0269, 0.0419 /) * 1.0E-6
1028       log_sigma = (/ 0.225, 0.557, 0.266 /)
1029    ELSEIF ( TRIM(aero_type) .EQ. 'urban' )  THEN
1030       na        = (/ 9.93e4, 1.11e3, 3.64e4 /) * 1.0E6
1031       rm        = (/ 0.00651, 0.00714, 0.0248 /) * 1.0E-6
1032       log_sigma = (/ 0.245, 0.666, 0.337 /)
1033    ELSEIF ( TRIM(aero_type) .EQ. 'user' )  THEN
1034       CONTINUE
1035    ELSE
1036       WRITE( message_string, * ) 'unknown aerosol type ',   &
1037                                'aero_type = "', TRIM( aero_type ), '"'
1038       CALL message( 'lpm_init', 'PA0459', 1, 2, 0, 6, 0 )
[1871]1039    ENDIF
1040
1041    DO  ip = nxl, nxr
1042       DO  jp = nys, nyn
1043          DO  kp = nzb+1, nzt
1044
1045             number_of_particles = prt_count(kp,jp,ip)
1046             IF ( number_of_particles <= 0 )  CYCLE
1047             particles => grid_particles(kp,jp,ip)%particles(1:number_of_particles)
[2312]1048
1049             dlogr   = ( LOG10(rmax) - LOG10(rmin) ) / ( number_of_particles - local_start(kp,jp,ip) + 1 )
[1871]1050!
1051!--          Initialize the aerosols with a predefined spectral distribution
[2312]1052!--          of the dry radius (logarithmically increasing bins) and a varying
[1871]1053!--          weighting factor
[2312]1054             DO  n = local_start(kp,jp,ip), number_of_particles  !only new particles
[1871]1055
[2312]1056                r_l   = 10.0**( LOG10( rmin ) + (n-1) * dlogr )
1057                r_r   = 10.0**( LOG10( rmin ) + n * dlogr )
1058                r_mid = SQRT( r_l * r_r )
[1871]1059
[2312]1060                particles(n)%aux1          = r_mid
1061                particles(n)%weight_factor =                                           &
1062                   ( na(1) / ( SQRT( 2.0 * pi ) * log_sigma(1) ) *                     &
1063                     EXP( - LOG10( r_mid / rm(1) )**2 / ( 2.0 * log_sigma(1)**2 ) ) +  &
1064                     na(2) / ( SQRT( 2.0 * pi ) * log_sigma(2) ) *                     &
1065                     EXP( - LOG10( r_mid / rm(2) )**2 / ( 2.0 * log_sigma(2)**2 ) ) +  &
1066                     na(3) / ( SQRT( 2.0 * pi ) * log_sigma(3) ) *                     &
1067                     EXP( - LOG10( r_mid / rm(3) )**2 / ( 2.0 * log_sigma(3)**2 ) )    &
1068                   ) * ( LOG10(r_r) - LOG10(r_l) ) * ( dx * dy * dz )
[1871]1069
[2312]1070!
1071!--             Multiply weight_factor with the namelist parameter aero_weight
1072!--             to increase or decrease the number of simulated aerosols
1073                particles(n)%weight_factor = particles(n)%weight_factor * aero_weight
[1871]1074
[2312]1075                IF ( particles(n)%weight_factor - FLOOR(particles(n)%weight_factor,KIND=wp) &
1076                     .GT. random_function( iran_part ) )  THEN
1077                   particles(n)%weight_factor = FLOOR(particles(n)%weight_factor,KIND=wp) + 1.0
1078                ELSE
1079                   particles(n)%weight_factor = FLOOR(particles(n)%weight_factor,KIND=wp)
[1871]1080                ENDIF
1081!
[2312]1082!--             Unnecessary particles will be deleted
1083                IF ( particles(n)%weight_factor .LE. 0.0 )  particles(n)%particle_mask = .FALSE.
[1871]1084
[2312]1085             ENDDO
[1871]1086!
1087!--          Set particle radius to equilibrium radius based on the environmental
1088!--          supersaturation (Khvorostyanov and Curry, 2007, JGR). This avoids
[2312]1089!--          the sometimes lengthy growth toward their equilibrium radius within
[1871]1090!--          the simulation.
1091             t_int  = pt(kp,jp,ip) * ( hyp(kp) / 100000.0_wp )**0.286_wp
1092
1093             e_s = 611.0_wp * EXP( l_d_rv * ( 3.6609E-3_wp - 1.0_wp / t_int ) )
1094             e_a = q(kp,jp,ip) * hyp(kp) / ( 0.378_wp * q(kp,jp,ip) + 0.622_wp )
1095
[2122]1096             sigma   = 0.0761_wp - 0.000155_wp * ( t_int - 273.15_wp )
1097             afactor = 2.0_wp * sigma / ( rho_l * r_v * t_int )
1098
1099             bfactor = vanthoff * molecular_weight_of_water *    &
1100                       rho_s / ( molecular_weight_of_solute * rho_l )
[1871]1101!
[2312]1102!--          The formula is only valid for subsaturated environments. For
[2122]1103!--          supersaturations higher than -5 %, the supersaturation is set to -5%.
1104             IF ( e_a / e_s >= 0.95_wp )  e_a = 0.95_wp * e_s
[1871]1105
[2312]1106             DO  n = local_start(kp,jp,ip), number_of_particles  !only new particles
[2122]1107!
[2312]1108!--             For details on this equation, see Eq. (14) of Khvorostyanov and
1109!--             Curry (2007, JGR)
[2122]1110                particles(n)%radius = bfactor**0.3333333_wp *                  &
[2312]1111                   particles(n)%aux1 / ( 1.0_wp - e_a / e_s )**0.3333333_wp / &
[2122]1112                   ( 1.0_wp + ( afactor / ( 3.0_wp * bfactor**0.3333333_wp *   &
[2312]1113                     particles(n)%aux1 ) ) /                                  &
[2122]1114                     ( 1.0_wp - e_a / e_s )**0.6666666_wp                      &
1115                   )
[1871]1116
[2122]1117             ENDDO
[1871]1118
1119          ENDDO
1120       ENDDO
1121    ENDDO
1122
1123 END SUBROUTINE lpm_init_aerosols
1124
[1359]1125END MODULE lpm_init_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.