source: palm/trunk/SOURCE/lpm_init.f90 @ 2701

Last change on this file since 2701 was 2701, checked in by suehring, 4 years ago

changes from last commit documented

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 46.3 KB
Line 
1!> @file lpm_init.f90
2!------------------------------------------------------------------------------!
3! This file is part of the PALM model system.
4!
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.
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!
17! Copyright 1997-2017 Leibniz Universitaet Hannover
18!------------------------------------------------------------------------------!
19!
20! Current revisions:
21! -----------------
22!
23!
24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: lpm_init.f90 2701 2017-12-15 15:40:50Z suehring $
27! Grid indices passed to lpm_boundary_conds. (responsible Philipp Thiele)
28!
29! 2698 2017-12-14 18:46:24Z suehring
30! Enabled particle advection with grid stretching.
31!
32! 2608 2017-11-13 14:04:26Z schwenkel
33! Calculation of magnus equation in external module (diagnostic_quantities_mod).
34!
35! 2606 2017-11-10 10:36:31Z schwenkel
36! Changed particle box locations: center of particle box now coincides
37! with scalar grid point of same index.
38! Renamed module and subroutines: lpm_pack_arrays_mod -> lpm_pack_and_sort_mod
39! lpm_pack_all_arrays -> lpm_sort_in_subboxes, lpm_pack_arrays -> lpm_pack
40! lpm_sort -> lpm_sort_timeloop_done
41!
42! 2375 2017-08-29 14:10:28Z schwenkel
43! Initialization of chemical aerosol composition
44!
45! 2346 2017-08-09 16:39:17Z suehring
46! Bugfix, correct determination of topography top index
47!
48! 2318 2017-07-20 17:27:44Z suehring
49! Get topography top index via Function call
50!
51! 2317 2017-07-20 17:27:19Z suehring
52! Extended particle data type. Aerosol initialization improved.
53!
54! 2305 2017-07-06 11:18:47Z hoffmann
55! Improved calculation of particle IDs.
56!
57! 2274 2017-06-09 13:27:48Z Giersch
58!  Changed error messages
59!
60! 2265 2017-06-08 16:58:28Z schwenkel
61! Unused variables removed.
62!
63! 2263 2017-06-08 14:59:01Z schwenkel
64! Implemented splitting and merging algorithm
65!
66! 2233 2017-05-30 18:08:54Z suehring
67!
68! 2232 2017-05-30 17:47:52Z suehring
69! Adjustments according to new topography realization
70!
71!
72! 2223 2017-05-15 16:38:09Z suehring
73! Add check for particle release at model top
74!
75! 2182 2017-03-17 14:27:40Z schwenkel
76! Added parameters for simplified particle initialization.
77!
78! 2122 2017-01-18 12:22:54Z hoffmann
79! Improved initialization of equilibrium aerosol radii
80! Calculation of particle ID
81!
82! 2000 2016-08-20 18:09:15Z knoop
83! Forced header and separation lines into 80 columns
84!
85! 2016-06-09 16:25:25Z suehring
86! Bugfix in determining initial particle height and grid index in case of
87! seed_follows_topography.
88! Bugfix concerning random positions, ensure that particles do not move more
89! than one grid length.
90! Bugfix logarithmic interpolation.
91! Initial setting of sgs_wf_part.
92!
93! 1890 2016-04-22 08:52:11Z hoffmann
94! Initialization of aerosol equilibrium radius not possible in supersaturated
95! environments. Therefore, a maximum supersaturation of -1 % is assumed during
96! initialization.
97!
98! 1873 2016-04-18 14:50:06Z maronga
99! Module renamed (removed _mod
100!
101! 1871 2016-04-15 11:46:09Z hoffmann
102! Initialization of aerosols added.
103!
104! 1850 2016-04-08 13:29:27Z maronga
105! Module renamed
106!
107! 1831 2016-04-07 13:15:51Z hoffmann
108! curvature_solution_effects moved to particle_attributes
109!
110! 1822 2016-04-07 07:49:42Z hoffmann
111! Unused variables removed.
112!
113! 1783 2016-03-06 18:36:17Z raasch
114! netcdf module added
115!
116! 1725 2015-11-17 13:01:51Z hoffmann
117! Bugfix: Processor-dependent seed for random function is generated before it is
118! used.
119!
120! 1691 2015-10-26 16:17:44Z maronga
121! Renamed prandtl_layer to constant_flux_layer.
122!
123! 1685 2015-10-08 07:32:13Z raasch
124! bugfix concerning vertical index offset in case of ocean
125!
126! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
127! Code annotations made doxygen readable
128!
129! 1575 2015-03-27 09:56:27Z raasch
130! initial vertical particle position is allowed to follow the topography
131!
132! 1359 2014-04-11 17:15:14Z hoffmann
133! New particle structure integrated.
134! Kind definition added to all floating point numbers.
135! lpm_init changed form a subroutine to a module.
136!
137! 1327 2014-03-21 11:00:16Z raasch
138! -netcdf_output
139!
140! 1322 2014-03-20 16:38:49Z raasch
141! REAL functions provided with KIND-attribute
142!
143! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
144! ONLY-attribute added to USE-statements,
145! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
146! kinds are defined in new module kinds,
147! revision history before 2012 removed,
148! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
149! all variable declaration statements
150! bugfix: #if defined( __parallel ) added
151!
152! 1314 2014-03-14 18:25:17Z suehring
153! Vertical logarithmic interpolation of horizontal particle speed for particles
154! between roughness height and first vertical grid level.
155!
156! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
157! unused variables removed
158!
159! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
160! code put under GPL (PALM 3.9)
161!
162! 849 2012-03-15 10:35:09Z raasch
163! routine renamed: init_particles -> lpm_init
164! de_dx, de_dy, de_dz are allocated here (instead of automatic arrays in
165! advec_particles),
166! sort_particles renamed lpm_sort_arrays, user_init_particles renamed lpm_init
167!
168! 828 2012-02-21 12:00:36Z raasch
169! call of init_kernels, particle feature color renamed class
170!
171! 824 2012-02-17 09:09:57Z raasch
172! particle attributes speed_x|y|z_sgs renamed rvar1|2|3,
173! array particles implemented as pointer
174!
175! 667 2010-12-23 12:06:00Z suehring/gryschka
176! nxl-1, nxr+1, nys-1, nyn+1 replaced by nxlg, nxrg, nysg, nyng for allocation
177! of arrays.
178!
179! Revision 1.1  1999/11/25 16:22:38  raasch
180! Initial revision
181!
182!
183! Description:
184! ------------
185!> This routine initializes a set of particles and their attributes (position,
186!> radius, ..) which are used by the Lagrangian particle model (see lpm).
187!------------------------------------------------------------------------------!
188 MODULE lpm_init_mod
189
190    USE, INTRINSIC ::  ISO_C_BINDING
191
192    USE arrays_3d,                                                             &
193        ONLY:  de_dx, de_dy, de_dz, zu, zw
194
195    USE control_parameters,                                                    &
196        ONLY:  cloud_droplets, constant_flux_layer, current_timestep_number,   &
197               dt_3d, dz, initializing_actions, message_string, ocean,         &
198               simulated_time
199
200    USE grid_variables,                                                        &
201        ONLY:  ddx, dx, ddy, dy
202
203    USE indices,                                                               &
204        ONLY:  nx, nxl, nxlg, nxrg, nxr, ny, nyn, nys, nyng, nysg, nz, nzb,    &
205               nzt, wall_flags_0
206
207    USE kinds
208
209    USE lpm_collision_kernels_mod,                                             &
210        ONLY:  init_kernels
211
212    USE netcdf_interface,                                                      &
213        ONLY:  netcdf_data_format
214
215    USE particle_attributes,                                                   &
216        ONLY:   alloc_factor, bc_par_b, bc_par_lr, bc_par_ns, bc_par_t,        &
217                block_offset, block_offset_def, collision_kernel,              &
218                curvature_solution_effects, density_ratio, grid_particles,     &
219                isf,i_splitting_mode, initial_weighting_factor, ibc_par_b,     &
220                ibc_par_lr, ibc_par_ns, ibc_par_t, iran_part, log_z_z0,        &
221                max_number_of_particle_groups, min_nr_particle,                &
222                number_concentration,                                          &
223                number_particles_per_gridbox,  number_of_particles,            &
224                number_of_particle_groups, number_of_sublayers,                &
225                offset_ocean_nzt, offset_ocean_nzt_m1,                         &
226                particles, particle_advection_start, particle_groups,          &
227                particle_groups_type, particles_per_point,                     &
228                particle_type, pdx, pdy, pdz,  prt_count, psb, psl, psn, psr,  &
229                pss, pst, radius, random_start_position,                       &
230                read_particles_from_restartfile, seed_follows_topography,      &
231                sgs_wf_part, sort_count, splitting_function, splitting_mode,   &
232                total_number_of_particles, use_sgs_for_particles,              &
233                write_particle_statistics, zero_particle, z0_av_global
234
235    USE pegrid
236
237    USE random_function_mod,                                                   &
238        ONLY:  random_function
239
240    USE surface_mod,                                                           &
241        ONLY:  get_topography_top_index_ji, surf_def_h, surf_lsm_h, surf_usm_h
242
243    IMPLICIT NONE
244
245    PRIVATE
246
247    INTEGER(iwp), PARAMETER         :: PHASE_INIT    = 1  !<
248    INTEGER(iwp), PARAMETER, PUBLIC :: PHASE_RELEASE = 2  !<
249
250    INTERFACE lpm_init
251       MODULE PROCEDURE lpm_init
252    END INTERFACE lpm_init
253
254    INTERFACE lpm_create_particle
255       MODULE PROCEDURE lpm_create_particle
256    END INTERFACE lpm_create_particle
257
258    PUBLIC lpm_init, lpm_create_particle
259
260 CONTAINS
261
262!------------------------------------------------------------------------------!
263! Description:
264! ------------
265!> @todo Missing subroutine description.
266!------------------------------------------------------------------------------!
267 SUBROUTINE lpm_init
268
269    USE lpm_collision_kernels_mod,                                             &
270        ONLY:  init_kernels
271
272    IMPLICIT NONE
273
274    INTEGER(iwp) ::  i                           !<
275    INTEGER(iwp) ::  j                           !<
276    INTEGER(iwp) ::  k                           !<
277
278    REAL(wp) ::  div                             !<
279    REAL(wp) ::  height_int                      !<
280    REAL(wp) ::  height_p                        !<
281    REAL(wp) ::  z_p                             !<
282    REAL(wp) ::  z0_av_local                     !<
283
284
285!
286!-- In case of oceans runs, the vertical index calculations need an offset,
287!-- because otherwise the k indices will become negative
288    IF ( ocean )  THEN
289       offset_ocean_nzt    = nzt
290       offset_ocean_nzt_m1 = nzt - 1
291    ENDIF
292
293!
294!-- Define block offsets for dividing a gridcell in 8 sub cells
295!-- See documentation for List of subgrid boxes
296!-- See pack_and_sort in lpm_pack_arrays.f90 for assignment of the subgrid boxes
297    block_offset(0) = block_offset_def ( 0, 0, 0)
298    block_offset(1) = block_offset_def ( 0, 0,-1)
299    block_offset(2) = block_offset_def ( 0,-1, 0)
300    block_offset(3) = block_offset_def ( 0,-1,-1)
301    block_offset(4) = block_offset_def (-1, 0, 0)
302    block_offset(5) = block_offset_def (-1, 0,-1)
303    block_offset(6) = block_offset_def (-1,-1, 0)
304    block_offset(7) = block_offset_def (-1,-1,-1)
305!
306!-- Check the number of particle groups.
307    IF ( number_of_particle_groups > max_number_of_particle_groups )  THEN
308       WRITE( message_string, * ) 'max_number_of_particle_groups =',      &
309                                  max_number_of_particle_groups ,         &
310                                  '&number_of_particle_groups reset to ', &
311                                  max_number_of_particle_groups
312       CALL message( 'lpm_init', 'PA0213', 0, 1, 0, 6, 0 )
313       number_of_particle_groups = max_number_of_particle_groups
314    ENDIF
315!
316!-- Check if downward-facing walls exist. This case, reflection boundary
317!-- conditions (as well as subgrid-scale velocities) may do not work
318!-- propably (not realized so far).
319    IF ( surf_def_h(1)%ns >= 1 )  THEN
320       WRITE( message_string, * ) 'Overhanging topography do not work '// &
321                                  'with particles'
322       CALL message( 'lpm_init', 'PA0212', 0, 1, 0, 6, 0 )
323
324    ENDIF
325
326!
327!-- Set default start positions, if necessary
328    IF ( psl(1) == 9999999.9_wp )  psl(1) = 0.0_wp
329    IF ( psr(1) == 9999999.9_wp )  psr(1) = ( nx +1 ) * dx
330    IF ( pss(1) == 9999999.9_wp )  pss(1) = 0.0_wp
331    IF ( psn(1) == 9999999.9_wp )  psn(1) = ( ny +1 ) * dy
332    IF ( psb(1) == 9999999.9_wp )  psb(1) = zu(nz/2)
333    IF ( pst(1) == 9999999.9_wp )  pst(1) = psb(1)
334
335    IF ( pdx(1) == 9999999.9_wp  .OR.  pdx(1) == 0.0_wp )  pdx(1) = dx
336    IF ( pdy(1) == 9999999.9_wp  .OR.  pdy(1) == 0.0_wp )  pdy(1) = dy
337    IF ( pdz(1) == 9999999.9_wp  .OR.  pdz(1) == 0.0_wp )  pdz(1) = zu(2) - zu(1)
338
339!
340!-- If number_particles_per_gridbox is set, the parametres pdx, pdy and pdz are
341!-- calculated diagnostically. Therfore an isotropic distribution is prescribed.
342    IF ( number_particles_per_gridbox /= -1 .AND.   &
343         number_particles_per_gridbox >= 1 )    THEN
344       pdx(1) = (( dx * dy * ( zu(2) - zu(1) ) ) /  &
345             REAL(number_particles_per_gridbox))**0.3333333_wp
346!
347!--    Ensure a smooth value (two significant digits) of distance between
348!--    particles (pdx, pdy, pdz).
349       div = 1000.0_wp
350       DO  WHILE ( pdx(1) < div )
351          div = div / 10.0_wp
352       ENDDO
353       pdx(1) = NINT( pdx(1) * 100.0_wp / div ) * div / 100.0_wp
354       pdy(1) = pdx(1)
355       pdz(1) = pdx(1)
356
357    ENDIF
358
359    DO  j = 2, number_of_particle_groups
360       IF ( psl(j) == 9999999.9_wp )  psl(j) = psl(j-1)
361       IF ( psr(j) == 9999999.9_wp )  psr(j) = psr(j-1)
362       IF ( pss(j) == 9999999.9_wp )  pss(j) = pss(j-1)
363       IF ( psn(j) == 9999999.9_wp )  psn(j) = psn(j-1)
364       IF ( psb(j) == 9999999.9_wp )  psb(j) = psb(j-1)
365       IF ( pst(j) == 9999999.9_wp )  pst(j) = pst(j-1)
366       IF ( pdx(j) == 9999999.9_wp  .OR.  pdx(j) == 0.0_wp )  pdx(j) = pdx(j-1)
367       IF ( pdy(j) == 9999999.9_wp  .OR.  pdy(j) == 0.0_wp )  pdy(j) = pdy(j-1)
368       IF ( pdz(j) == 9999999.9_wp  .OR.  pdz(j) == 0.0_wp )  pdz(j) = pdz(j-1)
369    ENDDO
370
371!
372!-- Allocate arrays required for calculating particle SGS velocities.
373!-- Initialize prefactor required for stoachastic Weil equation.
374    IF ( use_sgs_for_particles  .AND.  .NOT. cloud_droplets )  THEN
375       ALLOCATE( de_dx(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
376                 de_dy(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
377                 de_dz(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
378
379       sgs_wf_part = 1.0_wp / 3.0_wp
380    ENDIF
381
382!
383!-- Allocate array required for logarithmic vertical interpolation of
384!-- horizontal particle velocities between the surface and the first vertical
385!-- grid level. In order to avoid repeated CPU cost-intensive CALLS of
386!-- intrinsic FORTRAN procedure LOG(z/z0), LOG(z/z0) is precalculated for
387!-- several heights. Splitting into 20 sublayers turned out to be sufficient.
388!-- To obtain exact height levels of particles, linear interpolation is applied
389!-- (see lpm_advec.f90).
390    IF ( constant_flux_layer )  THEN
391
392       ALLOCATE ( log_z_z0(0:number_of_sublayers) )
393       z_p = zu(nzb+1) - zw(nzb)
394
395!
396!--    Calculate horizontal mean value of z0 used for logartihmic
397!--    interpolation. Note: this is not exact for heterogeneous z0.
398!--    However, sensitivity studies showed that the effect is
399!--    negligible.
400       z0_av_local  = SUM( surf_def_h(0)%z0 ) + SUM( surf_lsm_h%z0 ) +         &
401                      SUM( surf_usm_h%z0 )
402       z0_av_global = 0.0_wp
403
404#if defined( __parallel )
405       CALL MPI_ALLREDUCE(z0_av_local, z0_av_global, 1, MPI_REAL, MPI_SUM, &
406                          comm2d, ierr )
407#else
408       z0_av_global = z0_av_local
409#endif
410
411       z0_av_global = z0_av_global  / ( ( ny + 1 ) * ( nx + 1 ) )
412!
413!--    Horizontal wind speed is zero below and at z0
414       log_z_z0(0) = 0.0_wp
415!
416!--    Calculate vertical depth of the sublayers
417       height_int  = ( z_p - z0_av_global ) / REAL( number_of_sublayers, KIND=wp )
418!
419!--    Precalculate LOG(z/z0)
420       height_p    = z0_av_global
421       DO  k = 1, number_of_sublayers
422
423          height_p    = height_p + height_int
424          log_z_z0(k) = LOG( height_p / z0_av_global )
425
426       ENDDO
427
428    ENDIF
429
430!
431!-- Check boundary condition and set internal variables
432    SELECT CASE ( bc_par_b )
433
434       CASE ( 'absorb' )
435          ibc_par_b = 1
436
437       CASE ( 'reflect' )
438          ibc_par_b = 2
439
440       CASE DEFAULT
441          WRITE( message_string, * )  'unknown boundary condition ',   &
442                                       'bc_par_b = "', TRIM( bc_par_b ), '"'
443          CALL message( 'lpm_init', 'PA0217', 1, 2, 0, 6, 0 )
444
445    END SELECT
446    SELECT CASE ( bc_par_t )
447
448       CASE ( 'absorb' )
449          ibc_par_t = 1
450
451       CASE ( 'reflect' )
452          ibc_par_t = 2
453
454       CASE DEFAULT
455          WRITE( message_string, * ) 'unknown boundary condition ',   &
456                                     'bc_par_t = "', TRIM( bc_par_t ), '"'
457          CALL message( 'lpm_init', 'PA0218', 1, 2, 0, 6, 0 )
458
459    END SELECT
460    SELECT CASE ( bc_par_lr )
461
462       CASE ( 'cyclic' )
463          ibc_par_lr = 0
464
465       CASE ( 'absorb' )
466          ibc_par_lr = 1
467
468       CASE ( 'reflect' )
469          ibc_par_lr = 2
470
471       CASE DEFAULT
472          WRITE( message_string, * ) 'unknown boundary condition ',   &
473                                     'bc_par_lr = "', TRIM( bc_par_lr ), '"'
474          CALL message( 'lpm_init', 'PA0219', 1, 2, 0, 6, 0 )
475
476    END SELECT
477    SELECT CASE ( bc_par_ns )
478
479       CASE ( 'cyclic' )
480          ibc_par_ns = 0
481
482       CASE ( 'absorb' )
483          ibc_par_ns = 1
484
485       CASE ( 'reflect' )
486          ibc_par_ns = 2
487
488       CASE DEFAULT
489          WRITE( message_string, * ) 'unknown boundary condition ',   &
490                                     'bc_par_ns = "', TRIM( bc_par_ns ), '"'
491          CALL message( 'lpm_init', 'PA0220', 1, 2, 0, 6, 0 )
492
493    END SELECT
494    SELECT CASE ( splitting_mode )
495
496       CASE ( 'const' )
497          i_splitting_mode = 1
498
499       CASE ( 'cl_av' )
500          i_splitting_mode = 2
501
502       CASE ( 'gb_av' )
503          i_splitting_mode = 3
504
505       CASE DEFAULT
506          WRITE( message_string, * )  'unknown splitting condition ',   &
507                                       'splitting_mode = "', TRIM( splitting_mode ), '"'
508          CALL message( 'lpm_init', 'PA0146', 1, 2, 0, 6, 0 )
509
510    END SELECT
511    SELECT CASE ( splitting_function )
512
513       CASE ( 'gamma' )
514          isf = 1
515
516       CASE ( 'log' )
517          isf = 2
518
519       CASE ( 'exp' )
520          isf = 3
521
522       CASE DEFAULT
523          WRITE( message_string, * )  'unknown splitting function ',   &
524                                       'splitting_function = "', TRIM( splitting_function ), '"'
525          CALL message( 'lpm_init', 'PA0147', 1, 2, 0, 6, 0 )
526
527    END SELECT
528
529
530!
531!-- Initialize collision kernels
532    IF ( collision_kernel /= 'none' )  CALL init_kernels
533
534!
535!-- For the first model run of a possible job chain initialize the
536!-- particles, otherwise read the particle data from restart file.
537    IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'read_restart_data'  &
538         .AND.  read_particles_from_restartfile )  THEN
539
540       CALL lpm_read_restart_file
541
542    ELSE
543
544!
545!--    Allocate particle arrays and set attributes of the initial set of
546!--    particles, which can be also periodically released at later times.
547       ALLOCATE( prt_count(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
548                 grid_particles(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) )
549
550       number_of_particles         = 0
551
552       sort_count = 0
553       prt_count  = 0
554
555!
556!--    initialize counter for particle IDs
557       grid_particles%id_counter = 1
558
559!
560!--    Initialize all particles with dummy values (otherwise errors may
561!--    occur within restart runs). The reason for this is still not clear
562!--    and may be presumably caused by errors in the respective user-interface.
563       zero_particle = particle_type( 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp,  &
564                                      0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp,  &
565                                      0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp,  &
566                                      0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp,  &
567                                      0, 0, 0_idp, .FALSE., -1 )
568
569       particle_groups = particle_groups_type( 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp )
570
571!
572!--    Set values for the density ratio and radius for all particle
573!--    groups, if necessary
574       IF ( density_ratio(1) == 9999999.9_wp )  density_ratio(1) = 0.0_wp
575       IF ( radius(1)        == 9999999.9_wp )  radius(1) = 0.0_wp
576       DO  i = 2, number_of_particle_groups
577          IF ( density_ratio(i) == 9999999.9_wp )  THEN
578             density_ratio(i) = density_ratio(i-1)
579          ENDIF
580          IF ( radius(i) == 9999999.9_wp )  radius(i) = radius(i-1)
581       ENDDO
582
583       DO  i = 1, number_of_particle_groups
584          IF ( density_ratio(i) /= 0.0_wp  .AND.  radius(i) == 0 )  THEN
585             WRITE( message_string, * ) 'particle group #', i, 'has a', &
586                                        'density ratio /= 0 but radius = 0'
587             CALL message( 'lpm_init', 'PA0215', 1, 2, 0, 6, 0 )
588          ENDIF
589          particle_groups(i)%density_ratio = density_ratio(i)
590          particle_groups(i)%radius        = radius(i)
591       ENDDO
592
593!
594!--    Set a seed value for the random number generator to be exclusively
595!--    used for the particle code. The generated random numbers should be
596!--    different on the different PEs.
597       iran_part = iran_part + myid
598
599       CALL lpm_create_particle (PHASE_INIT)
600!
601!--    User modification of initial particles
602       CALL user_lpm_init
603
604!
605!--    Open file for statistical informations about particle conditions
606       IF ( write_particle_statistics )  THEN
607          CALL check_open( 80 )
608          WRITE ( 80, 8000 )  current_timestep_number, simulated_time,         &
609                              number_of_particles
610          CALL close_file( 80 )
611       ENDIF
612
613    ENDIF
614
615!
616!-- To avoid programm abort, assign particles array to the local version of
617!-- first grid cell
618    number_of_particles = prt_count(nzb+1,nys,nxl)
619    particles => grid_particles(nzb+1,nys,nxl)%particles(1:number_of_particles)
620!
621!-- Formats
6228000 FORMAT (I6,1X,F7.2,4X,I10,71X,I10)
623
624 END SUBROUTINE lpm_init
625
626!------------------------------------------------------------------------------!
627! Description:
628! ------------
629!> @todo Missing subroutine description.
630!------------------------------------------------------------------------------!
631 SUBROUTINE lpm_create_particle (phase)
632   
633    USE arrays_3d,                                                             &
634       ONLY:  zw
635    USE lpm_exchange_horiz_mod,                                                &
636        ONLY: lpm_exchange_horiz, lpm_move_particle, realloc_particles_array
637
638    USE lpm_pack_and_sort_mod,                                                 &
639        ONLY: lpm_sort_in_subboxes
640
641    USE particle_attributes,                                                   &
642        ONLY: deleted_particles
643
644    IMPLICIT  NONE
645
646    INTEGER(iwp)               ::  alloc_size  !< relative increase of allocated memory for particles
647    INTEGER(iwp)               ::  i           !< loop variable ( particle groups )
648    INTEGER(iwp)               ::  ip          !< index variable along x
649    INTEGER(iwp)               ::  j           !< loop variable ( particles per point )
650    INTEGER(iwp)               ::  jp          !< index variable along y
651    INTEGER(iwp)               ::  k           !< index variable along z
652    INTEGER(iwp)               ::  k_surf      !< index of surface grid point
653    INTEGER(iwp)               ::  kp          !< index variable along z
654    INTEGER(iwp)               ::  loop_stride !< loop variable for initialization
655    INTEGER(iwp)               ::  n           !< loop variable ( number of particles )
656    INTEGER(iwp)               ::  new_size    !< new size of allocated memory for particles
657
658    INTEGER(iwp), INTENT(IN)   ::  phase       !< mode of inititialization
659
660    INTEGER(iwp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) ::  local_count !< start address of new particle
661    INTEGER(iwp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) ::  local_start !< start address of new particle
662
663    LOGICAL                    ::  first_stride !< flag for initialization
664
665    REAL(wp)                   ::  pos_x      !< increment for particle position in x
666    REAL(wp)                   ::  pos_y      !< increment for particle position in y
667    REAL(wp)                   ::  pos_z      !< increment for particle position in z
668    REAL(wp)                   ::  rand_contr !< dummy argument for random position
669
670    TYPE(particle_type),TARGET ::  tmp_particle !< temporary particle used for initialization
671
672!
673!-- Calculate particle positions and store particle attributes, if
674!-- particle is situated on this PE
675    DO  loop_stride = 1, 2
676       first_stride = (loop_stride == 1)
677       IF ( first_stride )   THEN
678          local_count = 0           ! count number of particles
679       ELSE
680          local_count = prt_count   ! Start address of new particles
681       ENDIF
682
683!
684!--    Calculate initial_weighting_factor diagnostically
685       IF ( number_concentration /= -1.0_wp .AND. number_concentration > 0.0_wp ) THEN
686          initial_weighting_factor =  number_concentration * 1.0E6_wp *             &
687                                      pdx(1) * pdy(1) * pdz(1)
688       END IF
689
690       n = 0
691       DO  i = 1, number_of_particle_groups
692
693          pos_z = psb(i)
694
695          DO WHILE ( pos_z <= pst(i) )
696
697             IF ( pos_z >= 0.0_wp  .AND.  pos_z < zw(nzt) )  THEN
698
699
700                pos_y = pss(i)
701
702                DO WHILE ( pos_y <= psn(i) )
703
704                   IF ( pos_y >= nys * dy  .AND.                  &
705                        pos_y <  ( nyn + 1 ) * dy  ) THEN
706
707                      pos_x = psl(i)
708
709               xloop: DO WHILE ( pos_x <= psr(i) )
710
711                         IF ( pos_x >= nxl * dx  .AND.            &
712                              pos_x <  ( nxr + 1) * dx ) THEN
713
714                            DO  j = 1, particles_per_point
715
716
717                               n = n + 1
718                               tmp_particle%x             = pos_x
719                               tmp_particle%y             = pos_y
720                               tmp_particle%z             = pos_z
721                               tmp_particle%age           = 0.0_wp
722                               tmp_particle%age_m         = 0.0_wp
723                               tmp_particle%dt_sum        = 0.0_wp
724                               tmp_particle%e_m           = 0.0_wp
725                               tmp_particle%rvar1         = 0.0_wp
726                               tmp_particle%rvar2         = 0.0_wp
727                               tmp_particle%rvar3         = 0.0_wp
728                               tmp_particle%speed_x       = 0.0_wp
729                               tmp_particle%speed_y       = 0.0_wp
730                               tmp_particle%speed_z       = 0.0_wp
731                               tmp_particle%origin_x      = pos_x
732                               tmp_particle%origin_y      = pos_y
733                               tmp_particle%origin_z      = pos_z
734                               IF ( curvature_solution_effects )  THEN
735                                  tmp_particle%aux1      = 0.0_wp    ! dry aerosol radius
736                                  tmp_particle%aux2      = dt_3d     ! last Rosenbrock timestep
737                               ELSE
738                                  tmp_particle%aux1      = 0.0_wp    ! free to use
739                                  tmp_particle%aux2      = 0.0_wp    ! free to use
740                               ENDIF
741                               tmp_particle%radius        = particle_groups(i)%radius
742                               tmp_particle%weight_factor = initial_weighting_factor
743                               tmp_particle%class         = 1
744                               tmp_particle%group         = i
745                               tmp_particle%id            = 0_idp
746                               tmp_particle%particle_mask = .TRUE.
747                               tmp_particle%block_nr      = -1
748!
749!--                            Determine the grid indices of the particle position
750                               ip = tmp_particle%x * ddx
751                               jp = tmp_particle%y * ddy
752                               kp = tmp_particle%z / dz + 1 + offset_ocean_nzt                               
753                               DO WHILE( zw(kp) < tmp_particle%z ) 
754                                  kp = kp + 1
755                               ENDDO
756                               DO WHILE( zw(kp-1) > tmp_particle%z )
757                                  kp = kp - 1
758                               ENDDO
759!
760!--                            Determine surface level. Therefore, check for
761!--                            upward-facing wall on w-grid.
762                               k_surf = get_topography_top_index_ji( jp, ip, 'w' )
763
764                               IF ( seed_follows_topography )  THEN
765!
766!--                               Particle height is given relative to topography
767                                  kp = kp + k_surf
768                                  tmp_particle%z = tmp_particle%z + zw(k_surf)
769!--                               Skip particle release if particle position is
770!--                               above model top, or within topography in case
771!--                               of overhanging structures.
772                                  IF ( kp > nzt  .OR.                          &
773                                 .NOT. BTEST( wall_flags_0(kp,jp,ip), 0 ) )  THEN
774                                     pos_x = pos_x + pdx(i)
775                                     CYCLE xloop
776                                  ENDIF
777!
778!--                            Skip particle release if particle position is
779!--                            below surface, or within topography in case
780!--                            of overhanging structures.
781                               ELSEIF ( .NOT. seed_follows_topography .AND.    &
782                                         tmp_particle%z <= zw(k_surf)  .OR.    &
783                                        .NOT. BTEST( wall_flags_0(kp,jp,ip), 0 ) )&
784                               THEN
785                                  pos_x = pos_x + pdx(i)
786                                  CYCLE xloop
787                               ENDIF
788
789                               local_count(kp,jp,ip) = local_count(kp,jp,ip) + 1
790
791                               IF ( .NOT. first_stride )  THEN
792                                  IF ( ip < nxl  .OR.  jp < nys  .OR.  kp < nzb+1 )  THEN
793                                     write(6,*) 'xl ',ip,jp,kp,nxl,nys,nzb+1
794                                  ENDIF
795                                  IF ( ip > nxr  .OR.  jp > nyn  .OR.  kp > nzt )  THEN
796                                     write(6,*) 'xu ',ip,jp,kp,nxr,nyn,nzt
797                                  ENDIF
798                                  grid_particles(kp,jp,ip)%particles(local_count(kp,jp,ip)) = tmp_particle
799
800                               ENDIF
801                            ENDDO
802
803                         ENDIF
804
805                         pos_x = pos_x + pdx(i)
806
807                      ENDDO xloop
808
809                   ENDIF
810
811                   pos_y = pos_y + pdy(i)
812
813                ENDDO
814
815             ENDIF
816
817             pos_z = pos_z + pdz(i)
818
819          ENDDO
820
821       ENDDO
822
823       IF ( first_stride )  THEN
824          DO  ip = nxl, nxr
825             DO  jp = nys, nyn
826                DO  kp = nzb+1, nzt
827                   IF ( phase == PHASE_INIT )  THEN
828                      IF ( local_count(kp,jp,ip) > 0 )  THEN
829                         alloc_size = MAX( INT( local_count(kp,jp,ip) *        &
830                            ( 1.0_wp + alloc_factor / 100.0_wp ) ),            &
831                            min_nr_particle )
832                      ELSE
833                         alloc_size = min_nr_particle
834                      ENDIF
835                      ALLOCATE(grid_particles(kp,jp,ip)%particles(1:alloc_size))
836                      DO  n = 1, alloc_size
837                         grid_particles(kp,jp,ip)%particles(n) = zero_particle
838                      ENDDO
839                   ELSEIF ( phase == PHASE_RELEASE )  THEN
840                      IF ( local_count(kp,jp,ip) > 0 )  THEN
841                         new_size   = local_count(kp,jp,ip) + prt_count(kp,jp,ip)
842                         alloc_size = MAX( INT( new_size * ( 1.0_wp +          &
843                            alloc_factor / 100.0_wp ) ), min_nr_particle )
844                         IF( alloc_size > SIZE( grid_particles(kp,jp,ip)%particles) )  THEN
845                            CALL realloc_particles_array(ip,jp,kp,alloc_size)
846                         ENDIF
847                      ENDIF
848                   ENDIF
849                ENDDO
850             ENDDO
851          ENDDO
852       ENDIF
853
854    ENDDO
855
856
857
858    local_start = prt_count+1
859    prt_count   = local_count
860
861!
862!-- Calculate particle IDs
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)
869
870             DO  n = local_start(kp,jp,ip), number_of_particles  !only new particles
871
872                particles(n)%id = 10000_idp**3 * grid_particles(kp,jp,ip)%id_counter + &
873                                  10000_idp**2 * kp + 10000_idp * jp + ip
874!
875!--             Count the number of particles that have been released before
876                grid_particles(kp,jp,ip)%id_counter =                          &
877                                         grid_particles(kp,jp,ip)%id_counter + 1
878
879             ENDDO
880
881          ENDDO
882       ENDDO
883    ENDDO
884
885!
886!-- Initialize aerosol background spectrum
887    IF ( curvature_solution_effects )  THEN
888       CALL lpm_init_aerosols(local_start)
889    ENDIF
890
891!
892!-- Add random fluctuation to particle positions.
893    IF ( random_start_position )  THEN
894       DO  ip = nxl, nxr
895          DO  jp = nys, nyn
896             DO  kp = nzb+1, nzt
897                number_of_particles = prt_count(kp,jp,ip)
898                IF ( number_of_particles <= 0 )  CYCLE
899                particles => grid_particles(kp,jp,ip)%particles(1:number_of_particles)
900!
901!--             Move only new particles. Moreover, limit random fluctuation
902!--             in order to prevent that particles move more than one grid box,
903!--             which would lead to problems concerning particle exchange
904!--             between processors in case pdx/pdy are larger than dx/dy,
905!--             respectively.
906                DO  n = local_start(kp,jp,ip), number_of_particles
907                   IF ( psl(particles(n)%group) /= psr(particles(n)%group) )  THEN
908                      rand_contr = ( random_function( iran_part ) - 0.5_wp ) * &
909                                     pdx(particles(n)%group)
910                      particles(n)%x = particles(n)%x +                        &
911                              MERGE( rand_contr, SIGN( dx, rand_contr ),       &
912                                     ABS( rand_contr ) < dx                    &
913                                   )
914                   ENDIF
915                   IF ( pss(particles(n)%group) /= psn(particles(n)%group) )  THEN
916                      rand_contr = ( random_function( iran_part ) - 0.5_wp ) * &
917                                     pdy(particles(n)%group)
918                      particles(n)%y = particles(n)%y +                        &
919                              MERGE( rand_contr, SIGN( dy, rand_contr ),       &
920                                     ABS( rand_contr ) < dy                    &
921                                   )
922                   ENDIF
923                   IF ( psb(particles(n)%group) /= pst(particles(n)%group) )  THEN
924                      rand_contr = ( random_function( iran_part ) - 0.5_wp ) * &
925                                     pdz(particles(n)%group)
926                      particles(n)%z = particles(n)%z +                        &
927                              MERGE( rand_contr, SIGN( dz, rand_contr ),       &
928                                     ABS( rand_contr ) < dz                    &
929                                   )
930                   ENDIF
931                ENDDO
932!
933!--             Identify particles located outside the model domain and reflect
934!--             or absorb them if necessary.
935                CALL lpm_boundary_conds( 'bottom/top', i, j, k )
936!
937!--             Furthermore, remove particles located in topography. Note, as
938!--             the particle speed is still zero at this point, wall
939!--             reflection boundary conditions will not work in this case.
940                particles =>                                                   &
941                       grid_particles(kp,jp,ip)%particles(1:number_of_particles)
942                DO  n = local_start(kp,jp,ip), number_of_particles
943                   i = particles(n)%x * ddx
944                   j = particles(n)%y * ddy
945                   k = particles(n)%z / dz + 1 + offset_ocean_nzt
946                   DO WHILE( zw(k) < particles(n)%z )
947                      k = k + 1
948                   ENDDO
949                   DO WHILE( zw(k-1) > particles(n)%z )
950                      k = k - 1
951                   ENDDO
952!
953!--                Check if particle is within topography
954                   IF ( .NOT. BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 0 ) )  THEN
955                      particles(n)%particle_mask = .FALSE.
956                      deleted_particles = deleted_particles + 1
957                   ENDIF
958
959                ENDDO
960             ENDDO
961          ENDDO
962       ENDDO
963!
964!--    Exchange particles between grid cells and processors
965       CALL lpm_move_particle
966       CALL lpm_exchange_horiz
967
968    ENDIF
969!
970!-- In case of random_start_position, delete particles identified by
971!-- lpm_exchange_horiz and lpm_boundary_conds. Then sort particles into blocks,
972!-- which is needed for a fast interpolation of the LES fields on the particle
973!-- position.
974    CALL lpm_sort_in_subboxes
975
976!
977!-- Determine the current number of particles
978    DO  ip = nxl, nxr
979       DO  jp = nys, nyn
980          DO  kp = nzb+1, nzt
981             number_of_particles         = number_of_particles                 &
982                                           + prt_count(kp,jp,ip)
983          ENDDO
984       ENDDO
985    ENDDO
986!
987!-- Calculate the number of particles of the total domain
988#if defined( __parallel )
989    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
990    CALL MPI_ALLREDUCE( number_of_particles, total_number_of_particles, 1, &
991    MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
992#else
993    total_number_of_particles = number_of_particles
994#endif
995
996    RETURN
997
998 END SUBROUTINE lpm_create_particle
999
1000 SUBROUTINE lpm_init_aerosols(local_start)
1001
1002    USE arrays_3d,                                                             &
1003        ONLY: hyp, pt, q
1004
1005    USE cloud_parameters,                                                      &
1006        ONLY: l_d_rv, molecular_weight_of_solute,                              &
1007              molecular_weight_of_water, rho_l, r_v, rho_s, vanthoff
1008
1009    USE constants,                                                             &
1010        ONLY: pi
1011
1012    USE diagnostic_quantities_mod,                                             &
1013        ONLY:  magnus
1014
1015
1016    USE kinds
1017
1018    USE particle_attributes,                                                   &
1019        ONLY: aero_species, aero_type, aero_weight, log_sigma, na, rm
1020
1021    IMPLICIT NONE
1022
1023    REAL(wp)  :: afactor            !< curvature effects
1024    REAL(wp)  :: bfactor            !< solute effects
1025    REAL(wp)  :: dlogr              !< logarithmic width of radius bin
1026    REAL(wp)  :: e_a                !< vapor pressure
1027    REAL(wp)  :: e_s                !< saturation vapor pressure
1028    REAL(wp)  :: rmin = 0.005e-6_wp !< minimum aerosol radius
1029    REAL(wp)  :: rmax = 10.0e-6_wp  !< maximum aerosol radius
1030    REAL(wp)  :: r_mid              !< mean radius of bin
1031    REAL(wp)  :: r_l                !< left radius of bin
1032    REAL(wp)  :: r_r                !< right radius of bin
1033    REAL(wp)  :: sigma              !< surface tension
1034    REAL(wp)  :: t_int              !< temperature
1035
1036    INTEGER(iwp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), INTENT(IN) ::  local_start !<
1037
1038    INTEGER(iwp)  :: n              !<
1039    INTEGER(iwp)  :: ip             !<
1040    INTEGER(iwp)  :: jp             !<
1041    INTEGER(iwp)  :: kp             !<
1042
1043!
1044!-- Set constants for different aerosol species
1045    IF ( TRIM(aero_species) .EQ. 'nacl' ) THEN
1046       molecular_weight_of_solute = 0.05844_wp 
1047       rho_s                      = 2165.0_wp
1048       vanthoff                   = 2.0_wp
1049    ELSEIF ( TRIM(aero_species) .EQ. 'c3h4o4' ) THEN
1050       molecular_weight_of_solute = 0.10406_wp 
1051       rho_s                      = 1600.0_wp
1052       vanthoff                   = 1.37_wp
1053    ELSEIF ( TRIM(aero_species) .EQ. 'nh4o3' ) THEN
1054       molecular_weight_of_solute = 0.08004_wp 
1055       rho_s                      = 1720.0_wp
1056       vanthoff                   = 2.31_wp
1057    ELSE
1058       WRITE( message_string, * ) 'unknown aerosol species ',   &
1059                                'aero_species = "', TRIM( aero_species ), '"'
1060       CALL message( 'lpm_init', 'PA0470', 1, 2, 0, 6, 0 )
1061    ENDIF
1062!
1063!-- The following typical aerosol spectra are taken from Jaenicke (1993):
1064!-- Tropospheric aerosols. Published in Aerosol-Cloud-Climate Interactions.
1065    IF ( TRIM(aero_type) .EQ. 'polar' )  THEN
1066       na        = (/ 2.17e1, 1.86e-1, 3.04e-4 /) * 1.0E6
1067       rm        = (/ 0.0689, 0.375, 4.29 /) * 1.0E-6
1068       log_sigma = (/ 0.245, 0.300, 0.291 /)
1069    ELSEIF ( TRIM(aero_type) .EQ. 'background' )  THEN
1070       na        = (/ 1.29e2, 5.97e1, 6.35e1 /) * 1.0E6
1071       rm        = (/ 0.0036, 0.127, 0.259 /) * 1.0E-6
1072       log_sigma = (/ 0.645, 0.253, 0.425 /)
1073    ELSEIF ( TRIM(aero_type) .EQ. 'maritime' )  THEN
1074       na        = (/ 1.33e2, 6.66e1, 3.06e0 /) * 1.0E6
1075       rm        = (/ 0.0039, 0.133, 0.29 /) * 1.0E-6
1076       log_sigma = (/ 0.657, 0.210, 0.396 /)
1077    ELSEIF ( TRIM(aero_type) .EQ. 'continental' )  THEN
1078       na        = (/ 3.20e3, 2.90e3, 3.00e-1 /) * 1.0E6
1079       rm        = (/ 0.01, 0.058, 0.9 /) * 1.0E-6
1080       log_sigma = (/ 0.161, 0.217, 0.380 /)
1081    ELSEIF ( TRIM(aero_type) .EQ. 'desert' )  THEN
1082       na        = (/ 7.26e2, 1.14e3, 1.78e-1 /) * 1.0E6
1083       rm        = (/ 0.001, 0.0188, 10.8 /) * 1.0E-6
1084       log_sigma = (/ 0.247, 0.770, 0.438 /)
1085    ELSEIF ( TRIM(aero_type) .EQ. 'rural' )  THEN
1086       na        = (/ 6.65e3, 1.47e2, 1.99e3 /) * 1.0E6
1087       rm        = (/ 0.00739, 0.0269, 0.0419 /) * 1.0E-6
1088       log_sigma = (/ 0.225, 0.557, 0.266 /)
1089    ELSEIF ( TRIM(aero_type) .EQ. 'urban' )  THEN
1090       na        = (/ 9.93e4, 1.11e3, 3.64e4 /) * 1.0E6
1091       rm        = (/ 0.00651, 0.00714, 0.0248 /) * 1.0E-6
1092       log_sigma = (/ 0.245, 0.666, 0.337 /)
1093    ELSEIF ( TRIM(aero_type) .EQ. 'user' )  THEN
1094       CONTINUE
1095    ELSE
1096       WRITE( message_string, * ) 'unknown aerosol type ',   &
1097                                'aero_type = "', TRIM( aero_type ), '"'
1098       CALL message( 'lpm_init', 'PA0459', 1, 2, 0, 6, 0 )
1099    ENDIF
1100
1101    DO  ip = nxl, nxr
1102       DO  jp = nys, nyn
1103          DO  kp = nzb+1, nzt
1104
1105             number_of_particles = prt_count(kp,jp,ip)
1106             IF ( number_of_particles <= 0 )  CYCLE
1107             particles => grid_particles(kp,jp,ip)%particles(1:number_of_particles)
1108
1109             dlogr   = ( LOG10(rmax) - LOG10(rmin) ) / ( number_of_particles - local_start(kp,jp,ip) + 1 )
1110!
1111!--          Initialize the aerosols with a predefined spectral distribution
1112!--          of the dry radius (logarithmically increasing bins) and a varying
1113!--          weighting factor
1114             DO  n = local_start(kp,jp,ip), number_of_particles  !only new particles
1115
1116                r_l   = 10.0**( LOG10( rmin ) + (n-1) * dlogr )
1117                r_r   = 10.0**( LOG10( rmin ) + n * dlogr )
1118                r_mid = SQRT( r_l * r_r )
1119
1120                particles(n)%aux1          = r_mid
1121                particles(n)%weight_factor =                                           &
1122                   ( na(1) / ( SQRT( 2.0 * pi ) * log_sigma(1) ) *                     &
1123                     EXP( - LOG10( r_mid / rm(1) )**2 / ( 2.0 * log_sigma(1)**2 ) ) +  &
1124                     na(2) / ( SQRT( 2.0 * pi ) * log_sigma(2) ) *                     &
1125                     EXP( - LOG10( r_mid / rm(2) )**2 / ( 2.0 * log_sigma(2)**2 ) ) +  &
1126                     na(3) / ( SQRT( 2.0 * pi ) * log_sigma(3) ) *                     &
1127                     EXP( - LOG10( r_mid / rm(3) )**2 / ( 2.0 * log_sigma(3)**2 ) )    &
1128                   ) * ( LOG10(r_r) - LOG10(r_l) ) * ( dx * dy * dz )
1129
1130!
1131!--             Multiply weight_factor with the namelist parameter aero_weight
1132!--             to increase or decrease the number of simulated aerosols
1133                particles(n)%weight_factor = particles(n)%weight_factor * aero_weight
1134
1135                IF ( particles(n)%weight_factor - FLOOR(particles(n)%weight_factor,KIND=wp) &
1136                     .GT. random_function( iran_part ) )  THEN
1137                   particles(n)%weight_factor = FLOOR(particles(n)%weight_factor,KIND=wp) + 1.0
1138                ELSE
1139                   particles(n)%weight_factor = FLOOR(particles(n)%weight_factor,KIND=wp)
1140                ENDIF
1141!
1142!--             Unnecessary particles will be deleted
1143                IF ( particles(n)%weight_factor .LE. 0.0 )  particles(n)%particle_mask = .FALSE.
1144
1145             ENDDO
1146!
1147!--          Set particle radius to equilibrium radius based on the environmental
1148!--          supersaturation (Khvorostyanov and Curry, 2007, JGR). This avoids
1149!--          the sometimes lengthy growth toward their equilibrium radius within
1150!--          the simulation.
1151             t_int  = pt(kp,jp,ip) * ( hyp(kp) / 100000.0_wp )**0.286_wp
1152
1153             e_s = magnus( t_int )
1154             e_a = q(kp,jp,ip) * hyp(kp) / ( q(kp,jp,ip) + 0.622_wp )
1155
1156             sigma   = 0.0761_wp - 0.000155_wp * ( t_int - 273.15_wp )
1157             afactor = 2.0_wp * sigma / ( rho_l * r_v * t_int )
1158
1159             bfactor = vanthoff * molecular_weight_of_water *    &
1160                       rho_s / ( molecular_weight_of_solute * rho_l )
1161!
1162!--          The formula is only valid for subsaturated environments. For
1163!--          supersaturations higher than -5 %, the supersaturation is set to -5%.
1164             IF ( e_a / e_s >= 0.95_wp )  e_a = 0.95_wp * e_s
1165
1166             DO  n = local_start(kp,jp,ip), number_of_particles  !only new particles
1167!
1168!--             For details on this equation, see Eq. (14) of Khvorostyanov and
1169!--             Curry (2007, JGR)
1170                particles(n)%radius = bfactor**0.3333333_wp *                  &
1171                   particles(n)%aux1 / ( 1.0_wp - e_a / e_s )**0.3333333_wp / &
1172                   ( 1.0_wp + ( afactor / ( 3.0_wp * bfactor**0.3333333_wp *   &
1173                     particles(n)%aux1 ) ) /                                  &
1174                     ( 1.0_wp - e_a / e_s )**0.6666666_wp                      &
1175                   )
1176
1177             ENDDO
1178
1179          ENDDO
1180       ENDDO
1181    ENDDO
1182
1183 END SUBROUTINE lpm_init_aerosols
1184
1185END MODULE lpm_init_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.