source: palm/trunk/SOURCE/lpm_init.f90 @ 2370

Last change on this file since 2370 was 2346, checked in by suehring, 7 years ago

Determination of topography-top index corrected

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 43.9 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 2346 2017-08-09 16:39:17Z raasch $
[2346]27! Bugfix, correct determination of topography top index
28!
29! 2318 2017-07-20 17:27:44Z suehring
[2318]30! Get topography top index via Function call
31!
32! 2317 2017-07-20 17:27:19Z suehring
[2312]33! Extended particle data type. Aerosol initialization improved.
34!
35! 2305 2017-07-06 11:18:47Z hoffmann
[2305]36! Improved calculation of particle IDs.
[2312]37!
[2305]38! 2274 2017-06-09 13:27:48Z Giersch
[2274]39!  Changed error messages
[2312]40!
[2274]41! 2265 2017-06-08 16:58:28Z schwenkel
[2265]42! Unused variables removed.
[2312]43!
[2265]44! 2263 2017-06-08 14:59:01Z schwenkel
[2263]45! Implemented splitting and merging algorithm
[2312]46!
[2263]47! 2233 2017-05-30 18:08:54Z suehring
[1930]48!
[2233]49! 2232 2017-05-30 17:47:52Z suehring
50! Adjustments according to new topography realization
[2312]51!
52!
[2224]53! 2223 2017-05-15 16:38:09Z suehring
54! Add check for particle release at model top
[2312]55!
[2183]56! 2182 2017-03-17 14:27:40Z schwenkel
57! Added parameters for simplified particle initialization.
[2305]58!
[2123]59! 2122 2017-01-18 12:22:54Z hoffmann
[2312]60! Improved initialization of equilibrium aerosol radii
[2123]61! Calculation of particle ID
62!
[2001]63! 2000 2016-08-20 18:09:15Z knoop
64! Forced header and separation lines into 80 columns
[2312]65!
[1930]66! 2016-06-09 16:25:25Z suehring
[2312]67! Bugfix in determining initial particle height and grid index in case of
[1929]68! seed_follows_topography.
[2312]69! Bugfix concerning random positions, ensure that particles do not move more
[1929]70! than one grid length.
71! Bugfix logarithmic interpolation.
72! Initial setting of sgs_wf_part.
[1321]73!
[1891]74! 1890 2016-04-22 08:52:11Z hoffmann
[2312]75! Initialization of aerosol equilibrium radius not possible in supersaturated
[1891]76! environments. Therefore, a maximum supersaturation of -1 % is assumed during
77! initialization.
78!
[1874]79! 1873 2016-04-18 14:50:06Z maronga
[1929]80! Module renamed (removed _mod
[2312]81!
[1872]82! 1871 2016-04-15 11:46:09Z hoffmann
83! Initialization of aerosols added.
84!
[1851]85! 1850 2016-04-08 13:29:27Z maronga
86! Module renamed
87!
[1832]88! 1831 2016-04-07 13:15:51Z hoffmann
89! curvature_solution_effects moved to particle_attributes
90!
[1823]91! 1822 2016-04-07 07:49:42Z hoffmann
92! Unused variables removed.
93!
[1784]94! 1783 2016-03-06 18:36:17Z raasch
95! netcdf module added
96!
[2312]97! 1725 2015-11-17 13:01:51Z hoffmann
98! Bugfix: Processor-dependent seed for random function is generated before it is
[1726]99! used.
100!
[1692]101! 1691 2015-10-26 16:17:44Z maronga
102! Renamed prandtl_layer to constant_flux_layer.
103!
[1686]104! 1685 2015-10-08 07:32:13Z raasch
105! bugfix concerning vertical index offset in case of ocean
106!
[1683]107! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
[2312]108! Code annotations made doxygen readable
[1683]109!
[1576]110! 1575 2015-03-27 09:56:27Z raasch
111! initial vertical particle position is allowed to follow the topography
112!
[1360]113! 1359 2014-04-11 17:15:14Z hoffmann
[2312]114! New particle structure integrated.
[1360]115! Kind definition added to all floating point numbers.
116! lpm_init changed form a subroutine to a module.
[2312]117!
[1329]118! 1327 2014-03-21 11:00:16Z raasch
119! -netcdf_output
120!
[1323]121! 1322 2014-03-20 16:38:49Z raasch
122! REAL functions provided with KIND-attribute
123!
[1321]124! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
[1320]125! ONLY-attribute added to USE-statements,
126! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
127! kinds are defined in new module kinds,
128! revision history before 2012 removed,
129! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
130! all variable declaration statements
131! bugfix: #if defined( __parallel ) added
[850]132!
[1315]133! 1314 2014-03-14 18:25:17Z suehring
[2312]134! Vertical logarithmic interpolation of horizontal particle speed for particles
[1315]135! between roughness height and first vertical grid level.
136!
[1093]137! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
138! unused variables removed
139!
[1037]140! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
141! code put under GPL (PALM 3.9)
142!
[850]143! 849 2012-03-15 10:35:09Z raasch
[849]144! routine renamed: init_particles -> lpm_init
145! de_dx, de_dy, de_dz are allocated here (instead of automatic arrays in
146! advec_particles),
147! sort_particles renamed lpm_sort_arrays, user_init_particles renamed lpm_init
[392]148!
[829]149! 828 2012-02-21 12:00:36Z raasch
150! call of init_kernels, particle feature color renamed class
151!
[826]152! 824 2012-02-17 09:09:57Z raasch
153! particle attributes speed_x|y|z_sgs renamed rvar1|2|3,
154! array particles implemented as pointer
155!
[668]156! 667 2010-12-23 12:06:00Z suehring/gryschka
[2312]157! nxl-1, nxr+1, nys-1, nyn+1 replaced by nxlg, nxrg, nysg, nyng for allocation
[668]158! of arrays.
159!
[1]160! Revision 1.1  1999/11/25 16:22:38  raasch
161! Initial revision
162!
163!
164! Description:
165! ------------
[1682]166!> This routine initializes a set of particles and their attributes (position,
167!> radius, ..) which are used by the Lagrangian particle model (see lpm).
[1]168!------------------------------------------------------------------------------!
[1682]169 MODULE lpm_init_mod
[2312]170
[2305]171    USE, INTRINSIC ::  ISO_C_BINDING
[1]172
[1320]173    USE arrays_3d,                                                             &
[2232]174        ONLY:  de_dx, de_dy, de_dz, zu, zw
[1320]175
176    USE control_parameters,                                                    &
[1691]177        ONLY:  cloud_droplets, constant_flux_layer, current_timestep_number,   &
[2312]178               dt_3d, dz, initializing_actions, message_string, ocean,         &
179               simulated_time
[1320]180
181    USE grid_variables,                                                        &
[1359]182        ONLY:  ddx, dx, ddy, dy
[1320]183
184    USE indices,                                                               &
[1575]185        ONLY:  nx, nxl, nxlg, nxrg, nxr, ny, nyn, nys, nyng, nysg, nz, nzb,    &
[2317]186               nzt, wall_flags_0
[1320]187
188    USE kinds
189
190    USE lpm_collision_kernels_mod,                                             &
191        ONLY:  init_kernels
192
[1783]193    USE netcdf_interface,                                                      &
194        ONLY:  netcdf_data_format
195
[1320]196    USE particle_attributes,                                                   &
[1359]197        ONLY:   alloc_factor, bc_par_b, bc_par_lr, bc_par_ns, bc_par_t,        &
198                block_offset, block_offset_def, collision_kernel,              &
[2265]199                curvature_solution_effects, density_ratio, grid_particles,     &
200                isf,i_splitting_mode, initial_weighting_factor, ibc_par_b,     &
201                ibc_par_lr, ibc_par_ns, ibc_par_t, iran_part, log_z_z0,        &
202                max_number_of_particle_groups, min_nr_particle,                &
[2305]203                number_concentration,                                          &
[2265]204                number_particles_per_gridbox,  number_of_particles,            &
[1320]205                number_of_particle_groups, number_of_sublayers,                &
[1822]206                offset_ocean_nzt, offset_ocean_nzt_m1,                         &
[1359]207                particles, particle_advection_start, particle_groups,          &
208                particle_groups_type, particles_per_point,                     &
[2312]209                particle_type, pdx, pdy, pdz,  prt_count, psb, psl, psn, psr,  &
210                pss, pst, radius, random_start_position,                       &
[2265]211                read_particles_from_restartfile, seed_follows_topography,      &
212                sgs_wf_part, sort_count, splitting_function, splitting_mode,   &
213                total_number_of_particles, use_sgs_for_particles,              &
214                write_particle_statistics, zero_particle, z0_av_global
[1320]215
[1]216    USE pegrid
217
[1320]218    USE random_function_mod,                                                   &
219        ONLY:  random_function
[1]220
[2232]221    USE surface_mod,                                                           &
[2317]222        ONLY:  get_topography_top_index, surf_def_h, surf_lsm_h, surf_usm_h
[2232]223
[1359]224    IMPLICIT NONE
[1320]225
[1359]226    PRIVATE
227
[1682]228    INTEGER(iwp), PARAMETER         :: PHASE_INIT    = 1  !<
229    INTEGER(iwp), PARAMETER, PUBLIC :: PHASE_RELEASE = 2  !<
[1359]230
231    INTERFACE lpm_init
232       MODULE PROCEDURE lpm_init
233    END INTERFACE lpm_init
234
235    INTERFACE lpm_create_particle
236       MODULE PROCEDURE lpm_create_particle
237    END INTERFACE lpm_create_particle
238
239    PUBLIC lpm_init, lpm_create_particle
240
[1929]241 CONTAINS
[1359]242
[1682]243!------------------------------------------------------------------------------!
244! Description:
245! ------------
246!> @todo Missing subroutine description.
247!------------------------------------------------------------------------------!
[1359]248 SUBROUTINE lpm_init
249
250    USE lpm_collision_kernels_mod,                                             &
251        ONLY:  init_kernels
252
[1]253    IMPLICIT NONE
254
[1682]255    INTEGER(iwp) ::  i                           !<
256    INTEGER(iwp) ::  j                           !<
257    INTEGER(iwp) ::  k                           !<
[1320]258
[2312]259    REAL(wp) ::  div                             !<
[1682]260    REAL(wp) ::  height_int                      !<
261    REAL(wp) ::  height_p                        !<
262    REAL(wp) ::  z_p                             !<
263    REAL(wp) ::  z0_av_local                     !<
[1]264
[1359]265
[1]266!
[150]267!-- In case of oceans runs, the vertical index calculations need an offset,
268!-- because otherwise the k indices will become negative
269    IF ( ocean )  THEN
270       offset_ocean_nzt    = nzt
271       offset_ocean_nzt_m1 = nzt - 1
272    ENDIF
273
[1359]274!
275!-- Define block offsets for dividing a gridcell in 8 sub cells
[150]276
[1359]277    block_offset(0) = block_offset_def (-1,-1,-1)
278    block_offset(1) = block_offset_def (-1,-1, 0)
279    block_offset(2) = block_offset_def (-1, 0,-1)
280    block_offset(3) = block_offset_def (-1, 0, 0)
281    block_offset(4) = block_offset_def ( 0,-1,-1)
282    block_offset(5) = block_offset_def ( 0,-1, 0)
283    block_offset(6) = block_offset_def ( 0, 0,-1)
284    block_offset(7) = block_offset_def ( 0, 0, 0)
[150]285!
[1]286!-- Check the number of particle groups.
287    IF ( number_of_particle_groups > max_number_of_particle_groups )  THEN
[274]288       WRITE( message_string, * ) 'max_number_of_particle_groups =',      &
289                                  max_number_of_particle_groups ,         &
[254]290                                  '&number_of_particle_groups reset to ', &
291                                  max_number_of_particle_groups
[849]292       CALL message( 'lpm_init', 'PA0213', 0, 1, 0, 6, 0 )
[1]293       number_of_particle_groups = max_number_of_particle_groups
294    ENDIF
[2232]295!
296!-- Check if downward-facing walls exist. This case, reflection boundary
297!-- conditions (as well as subgrid-scale velocities) may do not work
[2312]298!-- propably (not realized so far).
[2232]299    IF ( surf_def_h(1)%ns >= 1 )  THEN
[2312]300       WRITE( message_string, * ) 'Overhanging topography do not work '// &
301                                  'with particles'
[2232]302       CALL message( 'lpm_init', 'PA0212', 0, 1, 0, 6, 0 )
[1]303
[2312]304    ENDIF
[2232]305
[1]306!
307!-- Set default start positions, if necessary
[1359]308    IF ( psl(1) == 9999999.9_wp )  psl(1) = -0.5_wp * dx
309    IF ( psr(1) == 9999999.9_wp )  psr(1) = ( nx + 0.5_wp ) * dx
310    IF ( pss(1) == 9999999.9_wp )  pss(1) = -0.5_wp * dy
311    IF ( psn(1) == 9999999.9_wp )  psn(1) = ( ny + 0.5_wp ) * dy
312    IF ( psb(1) == 9999999.9_wp )  psb(1) = zu(nz/2)
313    IF ( pst(1) == 9999999.9_wp )  pst(1) = psb(1)
[1]314
[1359]315    IF ( pdx(1) == 9999999.9_wp  .OR.  pdx(1) == 0.0_wp )  pdx(1) = dx
316    IF ( pdy(1) == 9999999.9_wp  .OR.  pdy(1) == 0.0_wp )  pdy(1) = dy
317    IF ( pdz(1) == 9999999.9_wp  .OR.  pdz(1) == 0.0_wp )  pdz(1) = zu(2) - zu(1)
[1]318
[2182]319!
320!-- If number_particles_per_gridbox is set, the parametres pdx, pdy and pdz are
321!-- calculated diagnostically. Therfore an isotropic distribution is prescribed.
[2312]322    IF ( number_particles_per_gridbox /= -1 .AND.   &
[2182]323         number_particles_per_gridbox >= 1 )    THEN
[2312]324       pdx(1) = (( dx * dy * ( zu(2) - zu(1) ) ) /  &
[2182]325             REAL(number_particles_per_gridbox))**0.3333333_wp
326!
[2312]327!--    Ensure a smooth value (two significant digits) of distance between
[2182]328!--    particles (pdx, pdy, pdz).
329       div = 1000.0_wp
330       DO  WHILE ( pdx(1) < div )
331          div = div / 10.0_wp
332       ENDDO
333       pdx(1) = NINT( pdx(1) * 100.0_wp / div ) * div / 100.0_wp
334       pdy(1) = pdx(1)
335       pdz(1) = pdx(1)
336
337    ENDIF
338
[1]339    DO  j = 2, number_of_particle_groups
[1359]340       IF ( psl(j) == 9999999.9_wp )  psl(j) = psl(j-1)
341       IF ( psr(j) == 9999999.9_wp )  psr(j) = psr(j-1)
342       IF ( pss(j) == 9999999.9_wp )  pss(j) = pss(j-1)
343       IF ( psn(j) == 9999999.9_wp )  psn(j) = psn(j-1)
344       IF ( psb(j) == 9999999.9_wp )  psb(j) = psb(j-1)
345       IF ( pst(j) == 9999999.9_wp )  pst(j) = pst(j-1)
346       IF ( pdx(j) == 9999999.9_wp  .OR.  pdx(j) == 0.0_wp )  pdx(j) = pdx(j-1)
347       IF ( pdy(j) == 9999999.9_wp  .OR.  pdy(j) == 0.0_wp )  pdy(j) = pdy(j-1)
348       IF ( pdz(j) == 9999999.9_wp  .OR.  pdz(j) == 0.0_wp )  pdz(j) = pdz(j-1)
[1]349    ENDDO
350
351!
[2312]352!-- Allocate arrays required for calculating particle SGS velocities.
[1929]353!-- Initialize prefactor required for stoachastic Weil equation.
[1822]354    IF ( use_sgs_for_particles  .AND.  .NOT. cloud_droplets )  THEN
[849]355       ALLOCATE( de_dx(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
356                 de_dy(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
357                 de_dz(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
[1929]358
[2312]359       sgs_wf_part = 1.0_wp / 3.0_wp
[849]360    ENDIF
361
362!
[2312]363!-- Allocate array required for logarithmic vertical interpolation of
[1314]364!-- horizontal particle velocities between the surface and the first vertical
[2312]365!-- grid level. In order to avoid repeated CPU cost-intensive CALLS of
366!-- intrinsic FORTRAN procedure LOG(z/z0), LOG(z/z0) is precalculated for
367!-- several heights. Splitting into 20 sublayers turned out to be sufficient.
[1314]368!-- To obtain exact height levels of particles, linear interpolation is applied
369!-- (see lpm_advec.f90).
[1691]370    IF ( constant_flux_layer )  THEN
[2312]371
372       ALLOCATE ( log_z_z0(0:number_of_sublayers) )
[2232]373       z_p = zu(nzb+1) - zw(nzb)
[1314]374
375!
376!--    Calculate horizontal mean value of z0 used for logartihmic
[2312]377!--    interpolation. Note: this is not exact for heterogeneous z0.
378!--    However, sensitivity studies showed that the effect is
379!--    negligible.
[2232]380       z0_av_local  = SUM( surf_def_h(0)%z0 ) + SUM( surf_lsm_h%z0 ) +         &
381                      SUM( surf_usm_h%z0 )
[1359]382       z0_av_global = 0.0_wp
[1314]383
[1320]384#if defined( __parallel )
[1314]385       CALL MPI_ALLREDUCE(z0_av_local, z0_av_global, 1, MPI_REAL, MPI_SUM, &
386                          comm2d, ierr )
[1320]387#else
388       z0_av_global = z0_av_local
389#endif
[1314]390
391       z0_av_global = z0_av_global  / ( ( ny + 1 ) * ( nx + 1 ) )
392!
393!--    Horizontal wind speed is zero below and at z0
[1359]394       log_z_z0(0) = 0.0_wp
[1314]395!
396!--    Calculate vertical depth of the sublayers
[1322]397       height_int  = ( z_p - z0_av_global ) / REAL( number_of_sublayers, KIND=wp )
[1314]398!
399!--    Precalculate LOG(z/z0)
[1929]400       height_p    = z0_av_global
[1314]401       DO  k = 1, number_of_sublayers
402
403          height_p    = height_p + height_int
404          log_z_z0(k) = LOG( height_p / z0_av_global )
405
406       ENDDO
407
408    ENDIF
409
410!
[1359]411!-- Check boundary condition and set internal variables
412    SELECT CASE ( bc_par_b )
[2312]413
[1359]414       CASE ( 'absorb' )
415          ibc_par_b = 1
416
417       CASE ( 'reflect' )
418          ibc_par_b = 2
[2312]419
[1359]420       CASE DEFAULT
421          WRITE( message_string, * )  'unknown boundary condition ',   &
422                                       'bc_par_b = "', TRIM( bc_par_b ), '"'
423          CALL message( 'lpm_init', 'PA0217', 1, 2, 0, 6, 0 )
[2312]424
[1359]425    END SELECT
426    SELECT CASE ( bc_par_t )
[2312]427
[1359]428       CASE ( 'absorb' )
429          ibc_par_t = 1
430
431       CASE ( 'reflect' )
432          ibc_par_t = 2
[2312]433
[1359]434       CASE DEFAULT
435          WRITE( message_string, * ) 'unknown boundary condition ',   &
436                                     'bc_par_t = "', TRIM( bc_par_t ), '"'
437          CALL message( 'lpm_init', 'PA0218', 1, 2, 0, 6, 0 )
[2312]438
[1359]439    END SELECT
440    SELECT CASE ( bc_par_lr )
441
442       CASE ( 'cyclic' )
443          ibc_par_lr = 0
444
445       CASE ( 'absorb' )
446          ibc_par_lr = 1
447
448       CASE ( 'reflect' )
449          ibc_par_lr = 2
[2312]450
[1359]451       CASE DEFAULT
452          WRITE( message_string, * ) 'unknown boundary condition ',   &
453                                     'bc_par_lr = "', TRIM( bc_par_lr ), '"'
454          CALL message( 'lpm_init', 'PA0219', 1, 2, 0, 6, 0 )
[2312]455
[1359]456    END SELECT
457    SELECT CASE ( bc_par_ns )
458
459       CASE ( 'cyclic' )
460          ibc_par_ns = 0
461
462       CASE ( 'absorb' )
463          ibc_par_ns = 1
464
465       CASE ( 'reflect' )
466          ibc_par_ns = 2
[2312]467
[1359]468       CASE DEFAULT
469          WRITE( message_string, * ) 'unknown boundary condition ',   &
470                                     'bc_par_ns = "', TRIM( bc_par_ns ), '"'
471          CALL message( 'lpm_init', 'PA0220', 1, 2, 0, 6, 0 )
[2312]472
[1359]473    END SELECT
[2263]474    SELECT CASE ( splitting_mode )
[2312]475
[2263]476       CASE ( 'const' )
477          i_splitting_mode = 1
[1359]478
[2263]479       CASE ( 'cl_av' )
480          i_splitting_mode = 2
481
482       CASE ( 'gb_av' )
483          i_splitting_mode = 3
[2312]484
[2263]485       CASE DEFAULT
486          WRITE( message_string, * )  'unknown splitting condition ',   &
487                                       'splitting_mode = "', TRIM( splitting_mode ), '"'
488          CALL message( 'lpm_init', 'PA0146', 1, 2, 0, 6, 0 )
[2312]489
[2263]490    END SELECT
491    SELECT CASE ( splitting_function )
[2312]492
[2263]493       CASE ( 'gamma' )
494          isf = 1
495
496       CASE ( 'log' )
497          isf = 2
498
499       CASE ( 'exp' )
500          isf = 3
[2312]501
[2263]502       CASE DEFAULT
503          WRITE( message_string, * )  'unknown splitting function ',   &
504                                       'splitting_function = "', TRIM( splitting_function ), '"'
505          CALL message( 'lpm_init', 'PA0147', 1, 2, 0, 6, 0 )
[2312]506
[2263]507    END SELECT
508
[2312]509
[1359]510!
[828]511!-- Initialize collision kernels
512    IF ( collision_kernel /= 'none' )  CALL init_kernels
513
514!
[1]515!-- For the first model run of a possible job chain initialize the
[849]516!-- particles, otherwise read the particle data from restart file.
[1]517    IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'read_restart_data'  &
518         .AND.  read_particles_from_restartfile )  THEN
519
[849]520       CALL lpm_read_restart_file
[1]521
522    ELSE
523
524!
525!--    Allocate particle arrays and set attributes of the initial set of
526!--    particles, which can be also periodically released at later times.
[1359]527       ALLOCATE( prt_count(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
528                 grid_particles(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) )
[1]529
[1359]530       number_of_particles         = 0
[792]531
532       sort_count = 0
[1359]533       prt_count  = 0
[792]534
[1]535!
[2312]536!--    initialize counter for particle IDs
[2305]537       grid_particles%id_counter = 1
[2122]538
539!
[1]540!--    Initialize all particles with dummy values (otherwise errors may
541!--    occur within restart runs). The reason for this is still not clear
542!--    and may be presumably caused by errors in the respective user-interface.
[1359]543       zero_particle = particle_type( 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp,  &
544                                      0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp,  &
545                                      0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp,  &
[2312]546                                      0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp,  &
[2305]547                                      0, 0, 0_idp, .FALSE., -1 )
[1822]548
[1359]549       particle_groups = particle_groups_type( 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp )
[1]550
551!
552!--    Set values for the density ratio and radius for all particle
553!--    groups, if necessary
[1359]554       IF ( density_ratio(1) == 9999999.9_wp )  density_ratio(1) = 0.0_wp
555       IF ( radius(1)        == 9999999.9_wp )  radius(1) = 0.0_wp
[1]556       DO  i = 2, number_of_particle_groups
[1359]557          IF ( density_ratio(i) == 9999999.9_wp )  THEN
[1]558             density_ratio(i) = density_ratio(i-1)
559          ENDIF
[1359]560          IF ( radius(i) == 9999999.9_wp )  radius(i) = radius(i-1)
[1]561       ENDDO
562
563       DO  i = 1, number_of_particle_groups
[1359]564          IF ( density_ratio(i) /= 0.0_wp  .AND.  radius(i) == 0 )  THEN
[254]565             WRITE( message_string, * ) 'particle group #', i, 'has a', &
566                                        'density ratio /= 0 but radius = 0'
[849]567             CALL message( 'lpm_init', 'PA0215', 1, 2, 0, 6, 0 )
[1]568          ENDIF
569          particle_groups(i)%density_ratio = density_ratio(i)
570          particle_groups(i)%radius        = radius(i)
571       ENDDO
572
573!
[1359]574!--    Set a seed value for the random number generator to be exclusively
575!--    used for the particle code. The generated random numbers should be
576!--    different on the different PEs.
577       iran_part = iran_part + myid
578
[1725]579       CALL lpm_create_particle (PHASE_INIT)
[1359]580!
581!--    User modification of initial particles
582       CALL user_lpm_init
583
584!
585!--    Open file for statistical informations about particle conditions
586       IF ( write_particle_statistics )  THEN
587          CALL check_open( 80 )
588          WRITE ( 80, 8000 )  current_timestep_number, simulated_time,         &
[2312]589                              number_of_particles
[1359]590          CALL close_file( 80 )
591       ENDIF
592
593    ENDIF
594
595!
[2312]596!-- To avoid programm abort, assign particles array to the local version of
[1359]597!-- first grid cell
598    number_of_particles = prt_count(nzb+1,nys,nxl)
599    particles => grid_particles(nzb+1,nys,nxl)%particles(1:number_of_particles)
600!
601!-- Formats
6028000 FORMAT (I6,1X,F7.2,4X,I10,71X,I10)
603
604 END SUBROUTINE lpm_init
605
[1682]606!------------------------------------------------------------------------------!
607! Description:
608! ------------
609!> @todo Missing subroutine description.
610!------------------------------------------------------------------------------!
[1359]611 SUBROUTINE lpm_create_particle (phase)
612
613    USE lpm_exchange_horiz_mod,                                                &
614        ONLY: lpm_exchange_horiz, lpm_move_particle, realloc_particles_array
615
616    USE lpm_pack_arrays_mod,                                                   &
617        ONLY: lpm_pack_all_arrays
618
[1871]619    USE particle_attributes,                                                   &
[2312]620        ONLY: deleted_particles
[1871]621
[1359]622    IMPLICIT  NONE
623
[1929]624    INTEGER(iwp)               ::  alloc_size  !< relative increase of allocated memory for particles
625    INTEGER(iwp)               ::  i           !< loop variable ( particle groups )
626    INTEGER(iwp)               ::  ip          !< index variable along x
627    INTEGER(iwp)               ::  j           !< loop variable ( particles per point )
628    INTEGER(iwp)               ::  jp          !< index variable along y
[2232]629    INTEGER(iwp)               ::  k           !< index variable along z
630    INTEGER(iwp)               ::  k_surf      !< index of surface grid point
[1929]631    INTEGER(iwp)               ::  kp          !< index variable along z
632    INTEGER(iwp)               ::  loop_stride !< loop variable for initialization
633    INTEGER(iwp)               ::  n           !< loop variable ( number of particles )
634    INTEGER(iwp)               ::  new_size    !< new size of allocated memory for particles
[1359]635
[1929]636    INTEGER(iwp), INTENT(IN)   ::  phase       !< mode of inititialization
[1359]637
[1929]638    INTEGER(iwp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) ::  local_count !< start address of new particle
639    INTEGER(iwp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) ::  local_start !< start address of new particle
[1359]640
[1929]641    LOGICAL                    ::  first_stride !< flag for initialization
[1359]642
[2312]643    REAL(wp)                   ::  pos_x      !< increment for particle position in x
644    REAL(wp)                   ::  pos_y      !< increment for particle position in y
645    REAL(wp)                   ::  pos_z      !< increment for particle position in z
[1929]646    REAL(wp)                   ::  rand_contr !< dummy argument for random position
[1359]647
[1929]648    TYPE(particle_type),TARGET ::  tmp_particle !< temporary particle used for initialization
[1359]649
650!
651!-- Calculate particle positions and store particle attributes, if
652!-- particle is situated on this PE
653    DO  loop_stride = 1, 2
654       first_stride = (loop_stride == 1)
655       IF ( first_stride )   THEN
656          local_count = 0           ! count number of particles
657       ELSE
658          local_count = prt_count   ! Start address of new particles
659       ENDIF
660
[2182]661!
662!--    Calculate initial_weighting_factor diagnostically
663       IF ( number_concentration /= -1.0_wp .AND. number_concentration > 0.0_wp ) THEN
[2312]664          initial_weighting_factor =  number_concentration * 1.0E6_wp *             &
665                                      pdx(1) * pdy(1) * pdz(1)
[2182]666       END IF
667
[1]668       n = 0
669       DO  i = 1, number_of_particle_groups
670
671          pos_z = psb(i)
672
673          DO WHILE ( pos_z <= pst(i) )
674
[2223]675             IF ( pos_z >= 0.0_wp  .AND.  pos_z < zw(nzt) )  THEN
[1]676
677
[2223]678                pos_y = pss(i)
[1]679
[2223]680                DO WHILE ( pos_y <= psn(i) )
[1]681
[2223]682                   IF ( pos_y >= ( nys - 0.5_wp ) * dy  .AND.                  &
683                        pos_y <  ( nyn + 0.5_wp ) * dy )  THEN
[1]684
[2223]685                      pos_x = psl(i)
[1]686
[2223]687               xloop: DO WHILE ( pos_x <= psr(i) )
[1]688
[2312]689                         IF ( pos_x >= ( nxl - 0.5_wp ) * dx  .AND.            &
[2223]690                              pos_x <  ( nxr + 0.5_wp ) * dx )  THEN
691
692                            DO  j = 1, particles_per_point
693
[2305]694
[2223]695                               n = n + 1
696                               tmp_particle%x             = pos_x
697                               tmp_particle%y             = pos_y
698                               tmp_particle%z             = pos_z
699                               tmp_particle%age           = 0.0_wp
700                               tmp_particle%age_m         = 0.0_wp
701                               tmp_particle%dt_sum        = 0.0_wp
702                               tmp_particle%e_m           = 0.0_wp
[2312]703                               tmp_particle%rvar1         = 0.0_wp
704                               tmp_particle%rvar2         = 0.0_wp
705                               tmp_particle%rvar3         = 0.0_wp
[2223]706                               tmp_particle%speed_x       = 0.0_wp
707                               tmp_particle%speed_y       = 0.0_wp
708                               tmp_particle%speed_z       = 0.0_wp
709                               tmp_particle%origin_x      = pos_x
710                               tmp_particle%origin_y      = pos_y
711                               tmp_particle%origin_z      = pos_z
[2312]712                               IF ( curvature_solution_effects )  THEN
713                                  tmp_particle%aux1      = 0.0_wp    ! dry aerosol radius
714                                  tmp_particle%aux2      = dt_3d     ! last Rosenbrock timestep
715                               ELSE
716                                  tmp_particle%aux1      = 0.0_wp    ! free to use
717                                  tmp_particle%aux2      = 0.0_wp    ! free to use
718                               ENDIF
[2223]719                               tmp_particle%radius        = particle_groups(i)%radius
720                               tmp_particle%weight_factor = initial_weighting_factor
721                               tmp_particle%class         = 1
722                               tmp_particle%group         = i
[2305]723                               tmp_particle%id            = 0_idp
[2223]724                               tmp_particle%particle_mask = .TRUE.
725                               tmp_particle%block_nr      = -1
[1]726!
[2223]727!--                            Determine the grid indices of the particle position
[2232]728                               ip = ( tmp_particle%x + 0.5_wp * dx ) * ddx
[2223]729                               jp = ( tmp_particle%y + 0.5_wp * dy ) * ddy
730                               kp = tmp_particle%z / dz + 1 + offset_ocean_nzt
[2232]731!
732!--                            Determine surface level. Therefore, check for
[2317]733!--                            upward-facing wall on w-grid.
[2346]734                               k_surf = get_topography_top_index( jp, ip, 'w' )
[1]735
[2223]736                               IF ( seed_follows_topography )  THEN
[1575]737!
[2223]738!--                               Particle height is given relative to topography
[2232]739                                  kp = kp + k_surf
740                                  tmp_particle%z = tmp_particle%z + zw(k_surf)
741!--                               Skip particle release if particle position is
742!--                               above model top, or within topography in case
743!--                               of overhanging structures.
744                                  IF ( kp > nzt  .OR.                          &
745                                 .NOT. BTEST( wall_flags_0(kp,jp,ip), 0 ) )  THEN
[2223]746                                     pos_x = pos_x + pdx(i)
747                                     CYCLE xloop
748                                  ENDIF
[2232]749!
[2312]750!--                            Skip particle release if particle position is
[2232]751!--                            below surface, or within topography in case
752!--                            of overhanging structures.
[2223]753                               ELSEIF ( .NOT. seed_follows_topography .AND.    &
[2232]754                                         tmp_particle%z <= zw(k_surf)  .OR.    &
755                                        .NOT. BTEST( wall_flags_0(kp,jp,ip), 0 ) )&
756                               THEN
[1575]757                                  pos_x = pos_x + pdx(i)
[2312]758                                  CYCLE xloop
[1575]759                               ENDIF
760
[2223]761                               local_count(kp,jp,ip) = local_count(kp,jp,ip) + 1
[2182]762
[2223]763                               IF ( .NOT. first_stride )  THEN
764                                  IF ( ip < nxl  .OR.  jp < nys  .OR.  kp < nzb+1 )  THEN
765                                     write(6,*) 'xl ',ip,jp,kp,nxl,nys,nzb+1
766                                  ENDIF
767                                  IF ( ip > nxr  .OR.  jp > nyn  .OR.  kp > nzt )  THEN
768                                     write(6,*) 'xu ',ip,jp,kp,nxr,nyn,nzt
769                                  ENDIF
770                                  grid_particles(kp,jp,ip)%particles(local_count(kp,jp,ip)) = tmp_particle
771
[1359]772                               ENDIF
[2223]773                            ENDDO
[1929]774
[2223]775                         ENDIF
[1]776
[2223]777                         pos_x = pos_x + pdx(i)
[1]778
[2223]779                      ENDDO xloop
[1]780
[2223]781                   ENDIF
[1]782
[2223]783                   pos_y = pos_y + pdy(i)
[1]784
[2223]785                ENDDO
[1]786
[2223]787             ENDIF
[1]788
789             pos_z = pos_z + pdz(i)
790
791          ENDDO
792
793       ENDDO
794
[1359]795       IF ( first_stride )  THEN
796          DO  ip = nxl, nxr
797             DO  jp = nys, nyn
798                DO  kp = nzb+1, nzt
799                   IF ( phase == PHASE_INIT )  THEN
800                      IF ( local_count(kp,jp,ip) > 0 )  THEN
801                         alloc_size = MAX( INT( local_count(kp,jp,ip) *        &
802                            ( 1.0_wp + alloc_factor / 100.0_wp ) ),            &
803                            min_nr_particle )
804                      ELSE
805                         alloc_size = min_nr_particle
806                      ENDIF
807                      ALLOCATE(grid_particles(kp,jp,ip)%particles(1:alloc_size))
808                      DO  n = 1, alloc_size
809                         grid_particles(kp,jp,ip)%particles(n) = zero_particle
810                      ENDDO
811                   ELSEIF ( phase == PHASE_RELEASE )  THEN
812                      IF ( local_count(kp,jp,ip) > 0 )  THEN
813                         new_size   = local_count(kp,jp,ip) + prt_count(kp,jp,ip)
814                         alloc_size = MAX( INT( new_size * ( 1.0_wp +          &
815                            alloc_factor / 100.0_wp ) ), min_nr_particle )
816                         IF( alloc_size > SIZE( grid_particles(kp,jp,ip)%particles) )  THEN
[2182]817                            CALL realloc_particles_array(ip,jp,kp,alloc_size)
[1359]818                         ENDIF
819                      ENDIF
820                   ENDIF
821                ENDDO
822             ENDDO
823          ENDDO
824       ENDIF
[1929]825
[1359]826    ENDDO
[1]827
[2182]828
829
[1359]830    local_start = prt_count+1
831    prt_count   = local_count
[1871]832
[1]833!
[2122]834!-- Calculate particle IDs
835    DO  ip = nxl, nxr
836       DO  jp = nys, nyn
837          DO  kp = nzb+1, nzt
838             number_of_particles = prt_count(kp,jp,ip)
839             IF ( number_of_particles <= 0 )  CYCLE
840             particles => grid_particles(kp,jp,ip)%particles(1:number_of_particles)
841
[2312]842             DO  n = local_start(kp,jp,ip), number_of_particles  !only new particles
[2122]843
[2305]844                particles(n)%id = 10000_idp**3 * grid_particles(kp,jp,ip)%id_counter + &
845                                  10000_idp**2 * kp + 10000_idp * jp + ip
846!
847!--             Count the number of particles that have been released before
[2122]848                grid_particles(kp,jp,ip)%id_counter =                          &
849                                         grid_particles(kp,jp,ip)%id_counter + 1
850
851             ENDDO
852
853          ENDDO
854       ENDDO
855    ENDDO
856
857!
[1871]858!-- Initialize aerosol background spectrum
[2312]859    IF ( curvature_solution_effects )  THEN
[1871]860       CALL lpm_init_aerosols(local_start)
861    ENDIF
862
863!
[1929]864!-- Add random fluctuation to particle positions.
[1359]865    IF ( random_start_position )  THEN
866       DO  ip = nxl, nxr
867          DO  jp = nys, nyn
868             DO  kp = nzb+1, nzt
869                number_of_particles = prt_count(kp,jp,ip)
870                IF ( number_of_particles <= 0 )  CYCLE
871                particles => grid_particles(kp,jp,ip)%particles(1:number_of_particles)
[1929]872!
[2312]873!--             Move only new particles. Moreover, limit random fluctuation
874!--             in order to prevent that particles move more than one grid box,
875!--             which would lead to problems concerning particle exchange
876!--             between processors in case pdx/pdy are larger than dx/dy,
877!--             respectively.
[1929]878                DO  n = local_start(kp,jp,ip), number_of_particles
[1359]879                   IF ( psl(particles(n)%group) /= psr(particles(n)%group) )  THEN
[1929]880                      rand_contr = ( random_function( iran_part ) - 0.5_wp ) * &
881                                     pdx(particles(n)%group)
[1359]882                      particles(n)%x = particles(n)%x +                        &
[2232]883                              MERGE( rand_contr, SIGN( dx, rand_contr ),       &
[1929]884                                     ABS( rand_contr ) < dx                    &
[2312]885                                   )
[1359]886                   ENDIF
887                   IF ( pss(particles(n)%group) /= psn(particles(n)%group) )  THEN
[1929]888                      rand_contr = ( random_function( iran_part ) - 0.5_wp ) * &
889                                     pdy(particles(n)%group)
[1359]890                      particles(n)%y = particles(n)%y +                        &
[2232]891                              MERGE( rand_contr, SIGN( dy, rand_contr ),       &
[1929]892                                     ABS( rand_contr ) < dy                    &
[2312]893                                   )
[1359]894                   ENDIF
895                   IF ( psb(particles(n)%group) /= pst(particles(n)%group) )  THEN
[1929]896                      rand_contr = ( random_function( iran_part ) - 0.5_wp ) * &
897                                     pdz(particles(n)%group)
[1359]898                      particles(n)%z = particles(n)%z +                        &
[2232]899                              MERGE( rand_contr, SIGN( dz, rand_contr ),       &
[1929]900                                     ABS( rand_contr ) < dz                    &
[2312]901                                   )
[1359]902                   ENDIF
903                ENDDO
[1]904!
[1929]905!--             Identify particles located outside the model domain and reflect
906!--             or absorb them if necessary.
[1359]907                CALL lpm_boundary_conds( 'bottom/top' )
[1929]908!
909!--             Furthermore, remove particles located in topography. Note, as
[2312]910!--             the particle speed is still zero at this point, wall
[1929]911!--             reflection boundary conditions will not work in this case.
912                particles =>                                                   &
913                       grid_particles(kp,jp,ip)%particles(1:number_of_particles)
914                DO  n = local_start(kp,jp,ip), number_of_particles
915                   i = ( particles(n)%x + 0.5_wp * dx ) * ddx
916                   j = ( particles(n)%y + 0.5_wp * dy ) * ddy
[2232]917                   k =   particles(n)%z / dz + 1 + offset_ocean_nzt
918!
919!--                Check if particle is within topography
920                   IF ( .NOT. BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 0 ) )  THEN
[1929]921                      particles(n)%particle_mask = .FALSE.
922                      deleted_particles = deleted_particles + 1
923                   ENDIF
[2232]924
[1929]925                ENDDO
[1359]926             ENDDO
927          ENDDO
928       ENDDO
[1]929!
[1359]930!--    Exchange particles between grid cells and processors
931       CALL lpm_move_particle
932       CALL lpm_exchange_horiz
[1]933
[1359]934    ENDIF
[1]935!
[2312]936!-- In case of random_start_position, delete particles identified by
937!-- lpm_exchange_horiz and lpm_boundary_conds. Then sort particles into blocks,
938!-- which is needed for a fast interpolation of the LES fields on the particle
[1359]939!-- position.
940    CALL lpm_pack_all_arrays
[1]941
942!
[2265]943!-- Determine the current number of particles
[1359]944    DO  ip = nxl, nxr
945       DO  jp = nys, nyn
946          DO  kp = nzb+1, nzt
947             number_of_particles         = number_of_particles                 &
948                                           + prt_count(kp,jp,ip)
[1]949          ENDDO
[1359]950       ENDDO
951    ENDDO
[1]952!
[1822]953!-- Calculate the number of particles of the total domain
[1]954#if defined( __parallel )
[1359]955    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
956    CALL MPI_ALLREDUCE( number_of_particles, total_number_of_particles, 1, &
957    MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
[1]958#else
[1359]959    total_number_of_particles = number_of_particles
[1]960#endif
961
[1359]962    RETURN
[1]963
[1359]964 END SUBROUTINE lpm_create_particle
[336]965
[1871]966 SUBROUTINE lpm_init_aerosols(local_start)
967
968    USE arrays_3d,                                                             &
[2312]969        ONLY: hyp, pt, q
[1871]970
971    USE cloud_parameters,                                                      &
[2122]972        ONLY: l_d_rv, rho_l, r_v
[1871]973
974    USE constants,                                                             &
975        ONLY: pi
976
977    USE kinds
978
979    USE particle_attributes,                                                   &
[2312]980        ONLY: aero_type, aero_weight, log_sigma, molecular_weight_of_solute,   &
981              molecular_weight_of_water, na, rho_s, rm, vanthoff
[1871]982
983    IMPLICIT NONE
984
[2122]985    REAL(wp)  :: afactor            !< curvature effects
[1871]986    REAL(wp)  :: bfactor            !< solute effects
[2312]987    REAL(wp)  :: dlogr              !< logarithmic width of radius bin
[1871]988    REAL(wp)  :: e_a                !< vapor pressure
989    REAL(wp)  :: e_s                !< saturation vapor pressure
[2312]990    REAL(wp)  :: rmin = 0.005e-6_wp !< minimum aerosol radius
991    REAL(wp)  :: rmax = 10.0e-6_wp  !< maximum aerosol radius
992    REAL(wp)  :: r_mid              !< mean radius of bin
993    REAL(wp)  :: r_l                !< left radius of bin
994    REAL(wp)  :: r_r                !< right radius of bin
[2122]995    REAL(wp)  :: sigma              !< surface tension
[1871]996    REAL(wp)  :: t_int              !< temperature
997
[1890]998    INTEGER(iwp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), INTENT(IN) ::  local_start !<
[1871]999
1000    INTEGER(iwp)  :: n              !<
1001    INTEGER(iwp)  :: ip             !<
1002    INTEGER(iwp)  :: jp             !<
1003    INTEGER(iwp)  :: kp             !<
1004
1005!
[2312]1006!-- The following typical aerosol spectra are taken from Jaenicke (1993):
1007!-- Tropospheric aerosols. Published in Aerosol-Cloud-Climate Interactions.
1008    IF ( TRIM(aero_type) .EQ. 'polar' )  THEN
1009       na        = (/ 2.17e1, 1.86e-1, 3.04e-4 /) * 1.0E6
1010       rm        = (/ 0.0689, 0.375, 4.29 /) * 1.0E-6
1011       log_sigma = (/ 0.245, 0.300, 0.291 /)
1012    ELSEIF ( TRIM(aero_type) .EQ. 'background' )  THEN
1013       na        = (/ 1.29e2, 5.97e1, 6.35e1 /) * 1.0E6
1014       rm        = (/ 0.0036, 0.127, 0.259 /) * 1.0E-6
1015       log_sigma = (/ 0.645, 0.253, 0.425 /)
1016    ELSEIF ( TRIM(aero_type) .EQ. 'maritime' )  THEN
1017       na        = (/ 1.33e2, 6.66e1, 3.06e0 /) * 1.0E6
1018       rm        = (/ 0.0039, 0.133, 0.29 /) * 1.0E-6
1019       log_sigma = (/ 0.657, 0.210, 0.396 /)
1020    ELSEIF ( TRIM(aero_type) .EQ. 'continental' )  THEN
1021       na        = (/ 3.20e3, 2.90e3, 3.00e-1 /) * 1.0E6
1022       rm        = (/ 0.01, 0.058, 0.9 /) * 1.0E-6
1023       log_sigma = (/ 0.161, 0.217, 0.380 /)
1024    ELSEIF ( TRIM(aero_type) .EQ. 'desert' )  THEN
1025       na        = (/ 7.26e2, 1.14e3, 1.78e-1 /) * 1.0E6
1026       rm        = (/ 0.001, 0.0188, 10.8 /) * 1.0E-6
1027       log_sigma = (/ 0.247, 0.770, 0.438 /)
1028    ELSEIF ( TRIM(aero_type) .EQ. 'rural' )  THEN
1029       na        = (/ 6.65e3, 1.47e2, 1.99e3 /) * 1.0E6
1030       rm        = (/ 0.00739, 0.0269, 0.0419 /) * 1.0E-6
1031       log_sigma = (/ 0.225, 0.557, 0.266 /)
1032    ELSEIF ( TRIM(aero_type) .EQ. 'urban' )  THEN
1033       na        = (/ 9.93e4, 1.11e3, 3.64e4 /) * 1.0E6
1034       rm        = (/ 0.00651, 0.00714, 0.0248 /) * 1.0E-6
1035       log_sigma = (/ 0.245, 0.666, 0.337 /)
1036    ELSEIF ( TRIM(aero_type) .EQ. 'user' )  THEN
1037       CONTINUE
1038    ELSE
1039       WRITE( message_string, * ) 'unknown aerosol type ',   &
1040                                'aero_type = "', TRIM( aero_type ), '"'
1041       CALL message( 'lpm_init', 'PA0459', 1, 2, 0, 6, 0 )
[1871]1042    ENDIF
1043
1044    DO  ip = nxl, nxr
1045       DO  jp = nys, nyn
1046          DO  kp = nzb+1, nzt
1047
1048             number_of_particles = prt_count(kp,jp,ip)
1049             IF ( number_of_particles <= 0 )  CYCLE
1050             particles => grid_particles(kp,jp,ip)%particles(1:number_of_particles)
[2312]1051
1052             dlogr   = ( LOG10(rmax) - LOG10(rmin) ) / ( number_of_particles - local_start(kp,jp,ip) + 1 )
[1871]1053!
1054!--          Initialize the aerosols with a predefined spectral distribution
[2312]1055!--          of the dry radius (logarithmically increasing bins) and a varying
[1871]1056!--          weighting factor
[2312]1057             DO  n = local_start(kp,jp,ip), number_of_particles  !only new particles
[1871]1058
[2312]1059                r_l   = 10.0**( LOG10( rmin ) + (n-1) * dlogr )
1060                r_r   = 10.0**( LOG10( rmin ) + n * dlogr )
1061                r_mid = SQRT( r_l * r_r )
[1871]1062
[2312]1063                particles(n)%aux1          = r_mid
1064                particles(n)%weight_factor =                                           &
1065                   ( na(1) / ( SQRT( 2.0 * pi ) * log_sigma(1) ) *                     &
1066                     EXP( - LOG10( r_mid / rm(1) )**2 / ( 2.0 * log_sigma(1)**2 ) ) +  &
1067                     na(2) / ( SQRT( 2.0 * pi ) * log_sigma(2) ) *                     &
1068                     EXP( - LOG10( r_mid / rm(2) )**2 / ( 2.0 * log_sigma(2)**2 ) ) +  &
1069                     na(3) / ( SQRT( 2.0 * pi ) * log_sigma(3) ) *                     &
1070                     EXP( - LOG10( r_mid / rm(3) )**2 / ( 2.0 * log_sigma(3)**2 ) )    &
1071                   ) * ( LOG10(r_r) - LOG10(r_l) ) * ( dx * dy * dz )
[1871]1072
[2312]1073!
1074!--             Multiply weight_factor with the namelist parameter aero_weight
1075!--             to increase or decrease the number of simulated aerosols
1076                particles(n)%weight_factor = particles(n)%weight_factor * aero_weight
[1871]1077
[2312]1078                IF ( particles(n)%weight_factor - FLOOR(particles(n)%weight_factor,KIND=wp) &
1079                     .GT. random_function( iran_part ) )  THEN
1080                   particles(n)%weight_factor = FLOOR(particles(n)%weight_factor,KIND=wp) + 1.0
1081                ELSE
1082                   particles(n)%weight_factor = FLOOR(particles(n)%weight_factor,KIND=wp)
[1871]1083                ENDIF
1084!
[2312]1085!--             Unnecessary particles will be deleted
1086                IF ( particles(n)%weight_factor .LE. 0.0 )  particles(n)%particle_mask = .FALSE.
[1871]1087
[2312]1088             ENDDO
[1871]1089!
1090!--          Set particle radius to equilibrium radius based on the environmental
1091!--          supersaturation (Khvorostyanov and Curry, 2007, JGR). This avoids
[2312]1092!--          the sometimes lengthy growth toward their equilibrium radius within
[1871]1093!--          the simulation.
1094             t_int  = pt(kp,jp,ip) * ( hyp(kp) / 100000.0_wp )**0.286_wp
1095
1096             e_s = 611.0_wp * EXP( l_d_rv * ( 3.6609E-3_wp - 1.0_wp / t_int ) )
1097             e_a = q(kp,jp,ip) * hyp(kp) / ( 0.378_wp * q(kp,jp,ip) + 0.622_wp )
1098
[2122]1099             sigma   = 0.0761_wp - 0.000155_wp * ( t_int - 273.15_wp )
1100             afactor = 2.0_wp * sigma / ( rho_l * r_v * t_int )
1101
1102             bfactor = vanthoff * molecular_weight_of_water *    &
1103                       rho_s / ( molecular_weight_of_solute * rho_l )
[1871]1104!
[2312]1105!--          The formula is only valid for subsaturated environments. For
[2122]1106!--          supersaturations higher than -5 %, the supersaturation is set to -5%.
1107             IF ( e_a / e_s >= 0.95_wp )  e_a = 0.95_wp * e_s
[1871]1108
[2312]1109             DO  n = local_start(kp,jp,ip), number_of_particles  !only new particles
[2122]1110!
[2312]1111!--             For details on this equation, see Eq. (14) of Khvorostyanov and
1112!--             Curry (2007, JGR)
[2122]1113                particles(n)%radius = bfactor**0.3333333_wp *                  &
[2312]1114                   particles(n)%aux1 / ( 1.0_wp - e_a / e_s )**0.3333333_wp / &
[2122]1115                   ( 1.0_wp + ( afactor / ( 3.0_wp * bfactor**0.3333333_wp *   &
[2312]1116                     particles(n)%aux1 ) ) /                                  &
[2122]1117                     ( 1.0_wp - e_a / e_s )**0.6666666_wp                      &
1118                   )
[1871]1119
[2122]1120             ENDDO
[1871]1121
1122          ENDDO
1123       ENDDO
1124    ENDDO
1125
1126 END SUBROUTINE lpm_init_aerosols
1127
[1359]1128END MODULE lpm_init_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.