source: palm/trunk/SOURCE/lpm_init.f90 @ 2716

Last change on this file since 2716 was 2716, checked in by kanani, 4 years ago

Correction of "Former revisions" section

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 46.5 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 2716 2017-12-29 16:35:59Z kanani $
27! Corrected "Former revisions" section
28!
29! 2701 2017-12-15 15:40:50Z suehring
30! Changes from last commit documented
31!
32! 2698 2017-12-14 18:46:24Z suehring
33! Grid indices passed to lpm_boundary_conds. (responsible Philipp Thiele)
34!
35! 2696 2017-12-14 17:12:51Z kanani
36! Change in file header (GPL part)
37!
38! 2628 2017-11-20 12:40:38Z schwenkel
39! Enabled particle advection with grid stretching.
40!
41! 2608 2017-11-13 14:04:26Z schwenkel
42! Calculation of magnus equation in external module (diagnostic_quantities_mod).
43!
44! 2606 2017-11-10 10:36:31Z schwenkel
45! Changed particle box locations: center of particle box now coincides
46! with scalar grid point of same index.
47! Renamed module and subroutines: lpm_pack_arrays_mod -> lpm_pack_and_sort_mod
48! lpm_pack_all_arrays -> lpm_sort_in_subboxes, lpm_pack_arrays -> lpm_pack
49! lpm_sort -> lpm_sort_timeloop_done
50!
51! 2375 2017-08-29 14:10:28Z schwenkel
52! Initialization of chemical aerosol composition
53!
54! 2346 2017-08-09 16:39:17Z suehring
55! Bugfix, correct determination of topography top index
56!
57! 2318 2017-07-20 17:27:44Z suehring
58! Get topography top index via Function call
59!
60! 2317 2017-07-20 17:27:19Z suehring
61! Extended particle data type. Aerosol initialization improved.
62!
63! 2305 2017-07-06 11:18:47Z hoffmann
64! Improved calculation of particle IDs.
65!
66! 2274 2017-06-09 13:27:48Z Giersch
67!  Changed error messages
68!
69! 2265 2017-06-08 16:58:28Z schwenkel
70! Unused variables removed.
71!
72! 2263 2017-06-08 14:59:01Z schwenkel
73! Implemented splitting and merging algorithm
74!
75! 2233 2017-05-30 18:08:54Z suehring
76!
77! 2232 2017-05-30 17:47:52Z suehring
78! Adjustments according to new topography realization
79!
80!
81! 2223 2017-05-15 16:38:09Z suehring
82! Add check for particle release at model top
83!
84! 2182 2017-03-17 14:27:40Z schwenkel
85! Added parameters for simplified particle initialization.
86!
87! 2122 2017-01-18 12:22:54Z hoffmann
88! Improved initialization of equilibrium aerosol radii
89! Calculation of particle ID
90!
91! 2000 2016-08-20 18:09:15Z knoop
92! Forced header and separation lines into 80 columns
93!
94! 2016-06-09 16:25:25Z suehring
95! Bugfix in determining initial particle height and grid index in case of
96! seed_follows_topography.
97! Bugfix concerning random positions, ensure that particles do not move more
98! than one grid length.
99! Bugfix logarithmic interpolation.
100! Initial setting of sgs_wf_part.
101!
102! 1890 2016-04-22 08:52:11Z hoffmann
103! Initialization of aerosol equilibrium radius not possible in supersaturated
104! environments. Therefore, a maximum supersaturation of -1 % is assumed during
105! initialization.
106!
107! 1873 2016-04-18 14:50:06Z maronga
108! Module renamed (removed _mod
109!
110! 1871 2016-04-15 11:46:09Z hoffmann
111! Initialization of aerosols added.
112!
113! 1850 2016-04-08 13:29:27Z maronga
114! Module renamed
115!
116! 1831 2016-04-07 13:15:51Z hoffmann
117! curvature_solution_effects moved to particle_attributes
118!
119! 1822 2016-04-07 07:49:42Z hoffmann
120! Unused variables removed.
121!
122! 1783 2016-03-06 18:36:17Z raasch
123! netcdf module added
124!
125! 1725 2015-11-17 13:01:51Z hoffmann
126! Bugfix: Processor-dependent seed for random function is generated before it is
127! used.
128!
129! 1691 2015-10-26 16:17:44Z maronga
130! Renamed prandtl_layer to constant_flux_layer.
131!
132! 1685 2015-10-08 07:32:13Z raasch
133! bugfix concerning vertical index offset in case of ocean
134!
135! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
136! Code annotations made doxygen readable
137!
138! 1575 2015-03-27 09:56:27Z raasch
139! initial vertical particle position is allowed to follow the topography
140!
141! 1359 2014-04-11 17:15:14Z hoffmann
142! New particle structure integrated.
143! Kind definition added to all floating point numbers.
144! lpm_init changed form a subroutine to a module.
145!
146! 1327 2014-03-21 11:00:16Z raasch
147! -netcdf_output
148!
149! 1322 2014-03-20 16:38:49Z raasch
150! REAL functions provided with KIND-attribute
151!
152! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
153! ONLY-attribute added to USE-statements,
154! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
155! kinds are defined in new module kinds,
156! revision history before 2012 removed,
157! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
158! all variable declaration statements
159! bugfix: #if defined( __parallel ) added
160!
161! 1314 2014-03-14 18:25:17Z suehring
162! Vertical logarithmic interpolation of horizontal particle speed for particles
163! between roughness height and first vertical grid level.
164!
165! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
166! unused variables removed
167!
168! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
169! code put under GPL (PALM 3.9)
170!
171! 849 2012-03-15 10:35:09Z raasch
172! routine renamed: init_particles -> lpm_init
173! de_dx, de_dy, de_dz are allocated here (instead of automatic arrays in
174! advec_particles),
175! sort_particles renamed lpm_sort_arrays, user_init_particles renamed lpm_init
176!
177! 828 2012-02-21 12:00:36Z raasch
178! call of init_kernels, particle feature color renamed class
179!
180! 824 2012-02-17 09:09:57Z raasch
181! particle attributes speed_x|y|z_sgs renamed rvar1|2|3,
182! array particles implemented as pointer
183!
184! 667 2010-12-23 12:06:00Z suehring/gryschka
185! nxl-1, nxr+1, nys-1, nyn+1 replaced by nxlg, nxrg, nysg, nyng for allocation
186! of arrays.
187!
188! Revision 1.1  1999/11/25 16:22:38  raasch
189! Initial revision
190!
191!
192! Description:
193! ------------
194!> This routine initializes a set of particles and their attributes (position,
195!> radius, ..) which are used by the Lagrangian particle model (see lpm).
196!------------------------------------------------------------------------------!
197 MODULE lpm_init_mod
198
199    USE, INTRINSIC ::  ISO_C_BINDING
200
201    USE arrays_3d,                                                             &
202        ONLY:  de_dx, de_dy, de_dz, zu, zw
203
204    USE control_parameters,                                                    &
205        ONLY:  cloud_droplets, constant_flux_layer, current_timestep_number,   &
206               dt_3d, dz, initializing_actions, message_string, ocean,         &
207               simulated_time
208
209    USE grid_variables,                                                        &
210        ONLY:  ddx, dx, ddy, dy
211
212    USE indices,                                                               &
213        ONLY:  nx, nxl, nxlg, nxrg, nxr, ny, nyn, nys, nyng, nysg, nz, nzb,    &
214               nzt, wall_flags_0
215
216    USE kinds
217
218    USE lpm_collision_kernels_mod,                                             &
219        ONLY:  init_kernels
220
221    USE netcdf_interface,                                                      &
222        ONLY:  netcdf_data_format
223
224    USE particle_attributes,                                                   &
225        ONLY:   alloc_factor, bc_par_b, bc_par_lr, bc_par_ns, bc_par_t,        &
226                block_offset, block_offset_def, collision_kernel,              &
227                curvature_solution_effects, density_ratio, grid_particles,     &
228                isf,i_splitting_mode, initial_weighting_factor, ibc_par_b,     &
229                ibc_par_lr, ibc_par_ns, ibc_par_t, iran_part, log_z_z0,        &
230                max_number_of_particle_groups, min_nr_particle,                &
231                number_concentration,                                          &
232                number_particles_per_gridbox,  number_of_particles,            &
233                number_of_particle_groups, number_of_sublayers,                &
234                offset_ocean_nzt, offset_ocean_nzt_m1,                         &
235                particles, particle_advection_start, particle_groups,          &
236                particle_groups_type, particles_per_point,                     &
237                particle_type, pdx, pdy, pdz,  prt_count, psb, psl, psn, psr,  &
238                pss, pst, radius, random_start_position,                       &
239                read_particles_from_restartfile, seed_follows_topography,      &
240                sgs_wf_part, sort_count, splitting_function, splitting_mode,   &
241                total_number_of_particles, use_sgs_for_particles,              &
242                write_particle_statistics, zero_particle, z0_av_global
243
244    USE pegrid
245
246    USE random_function_mod,                                                   &
247        ONLY:  random_function
248
249    USE surface_mod,                                                           &
250        ONLY:  get_topography_top_index_ji, surf_def_h, surf_lsm_h, surf_usm_h
251
252    IMPLICIT NONE
253
254    PRIVATE
255
256    INTEGER(iwp), PARAMETER         :: PHASE_INIT    = 1  !<
257    INTEGER(iwp), PARAMETER, PUBLIC :: PHASE_RELEASE = 2  !<
258
259    INTERFACE lpm_init
260       MODULE PROCEDURE lpm_init
261    END INTERFACE lpm_init
262
263    INTERFACE lpm_create_particle
264       MODULE PROCEDURE lpm_create_particle
265    END INTERFACE lpm_create_particle
266
267    PUBLIC lpm_init, lpm_create_particle
268
269 CONTAINS
270
271!------------------------------------------------------------------------------!
272! Description:
273! ------------
274!> @todo Missing subroutine description.
275!------------------------------------------------------------------------------!
276 SUBROUTINE lpm_init
277
278    USE lpm_collision_kernels_mod,                                             &
279        ONLY:  init_kernels
280
281    IMPLICIT NONE
282
283    INTEGER(iwp) ::  i                           !<
284    INTEGER(iwp) ::  j                           !<
285    INTEGER(iwp) ::  k                           !<
286
287    REAL(wp) ::  div                             !<
288    REAL(wp) ::  height_int                      !<
289    REAL(wp) ::  height_p                        !<
290    REAL(wp) ::  z_p                             !<
291    REAL(wp) ::  z0_av_local                     !<
292
293
294!
295!-- In case of oceans runs, the vertical index calculations need an offset,
296!-- because otherwise the k indices will become negative
297    IF ( ocean )  THEN
298       offset_ocean_nzt    = nzt
299       offset_ocean_nzt_m1 = nzt - 1
300    ENDIF
301
302!
303!-- Define block offsets for dividing a gridcell in 8 sub cells
304!-- See documentation for List of subgrid boxes
305!-- See pack_and_sort in lpm_pack_arrays.f90 for assignment of the subgrid boxes
306    block_offset(0) = block_offset_def ( 0, 0, 0)
307    block_offset(1) = block_offset_def ( 0, 0,-1)
308    block_offset(2) = block_offset_def ( 0,-1, 0)
309    block_offset(3) = block_offset_def ( 0,-1,-1)
310    block_offset(4) = block_offset_def (-1, 0, 0)
311    block_offset(5) = block_offset_def (-1, 0,-1)
312    block_offset(6) = block_offset_def (-1,-1, 0)
313    block_offset(7) = block_offset_def (-1,-1,-1)
314!
315!-- Check the number of particle groups.
316    IF ( number_of_particle_groups > max_number_of_particle_groups )  THEN
317       WRITE( message_string, * ) 'max_number_of_particle_groups =',      &
318                                  max_number_of_particle_groups ,         &
319                                  '&number_of_particle_groups reset to ', &
320                                  max_number_of_particle_groups
321       CALL message( 'lpm_init', 'PA0213', 0, 1, 0, 6, 0 )
322       number_of_particle_groups = max_number_of_particle_groups
323    ENDIF
324!
325!-- Check if downward-facing walls exist. This case, reflection boundary
326!-- conditions (as well as subgrid-scale velocities) may do not work
327!-- propably (not realized so far).
328    IF ( surf_def_h(1)%ns >= 1 )  THEN
329       WRITE( message_string, * ) 'Overhanging topography do not work '// &
330                                  'with particles'
331       CALL message( 'lpm_init', 'PA0212', 0, 1, 0, 6, 0 )
332
333    ENDIF
334
335!
336!-- Set default start positions, if necessary
337    IF ( psl(1) == 9999999.9_wp )  psl(1) = 0.0_wp
338    IF ( psr(1) == 9999999.9_wp )  psr(1) = ( nx +1 ) * dx
339    IF ( pss(1) == 9999999.9_wp )  pss(1) = 0.0_wp
340    IF ( psn(1) == 9999999.9_wp )  psn(1) = ( ny +1 ) * dy
341    IF ( psb(1) == 9999999.9_wp )  psb(1) = zu(nz/2)
342    IF ( pst(1) == 9999999.9_wp )  pst(1) = psb(1)
343
344    IF ( pdx(1) == 9999999.9_wp  .OR.  pdx(1) == 0.0_wp )  pdx(1) = dx
345    IF ( pdy(1) == 9999999.9_wp  .OR.  pdy(1) == 0.0_wp )  pdy(1) = dy
346    IF ( pdz(1) == 9999999.9_wp  .OR.  pdz(1) == 0.0_wp )  pdz(1) = zu(2) - zu(1)
347
348!
349!-- If number_particles_per_gridbox is set, the parametres pdx, pdy and pdz are
350!-- calculated diagnostically. Therfore an isotropic distribution is prescribed.
351    IF ( number_particles_per_gridbox /= -1 .AND.   &
352         number_particles_per_gridbox >= 1 )    THEN
353       pdx(1) = (( dx * dy * ( zu(2) - zu(1) ) ) /  &
354             REAL(number_particles_per_gridbox))**0.3333333_wp
355!
356!--    Ensure a smooth value (two significant digits) of distance between
357!--    particles (pdx, pdy, pdz).
358       div = 1000.0_wp
359       DO  WHILE ( pdx(1) < div )
360          div = div / 10.0_wp
361       ENDDO
362       pdx(1) = NINT( pdx(1) * 100.0_wp / div ) * div / 100.0_wp
363       pdy(1) = pdx(1)
364       pdz(1) = pdx(1)
365
366    ENDIF
367
368    DO  j = 2, number_of_particle_groups
369       IF ( psl(j) == 9999999.9_wp )  psl(j) = psl(j-1)
370       IF ( psr(j) == 9999999.9_wp )  psr(j) = psr(j-1)
371       IF ( pss(j) == 9999999.9_wp )  pss(j) = pss(j-1)
372       IF ( psn(j) == 9999999.9_wp )  psn(j) = psn(j-1)
373       IF ( psb(j) == 9999999.9_wp )  psb(j) = psb(j-1)
374       IF ( pst(j) == 9999999.9_wp )  pst(j) = pst(j-1)
375       IF ( pdx(j) == 9999999.9_wp  .OR.  pdx(j) == 0.0_wp )  pdx(j) = pdx(j-1)
376       IF ( pdy(j) == 9999999.9_wp  .OR.  pdy(j) == 0.0_wp )  pdy(j) = pdy(j-1)
377       IF ( pdz(j) == 9999999.9_wp  .OR.  pdz(j) == 0.0_wp )  pdz(j) = pdz(j-1)
378    ENDDO
379
380!
381!-- Allocate arrays required for calculating particle SGS velocities.
382!-- Initialize prefactor required for stoachastic Weil equation.
383    IF ( use_sgs_for_particles  .AND.  .NOT. cloud_droplets )  THEN
384       ALLOCATE( de_dx(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
385                 de_dy(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
386                 de_dz(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
387
388       sgs_wf_part = 1.0_wp / 3.0_wp
389    ENDIF
390
391!
392!-- Allocate array required for logarithmic vertical interpolation of
393!-- horizontal particle velocities between the surface and the first vertical
394!-- grid level. In order to avoid repeated CPU cost-intensive CALLS of
395!-- intrinsic FORTRAN procedure LOG(z/z0), LOG(z/z0) is precalculated for
396!-- several heights. Splitting into 20 sublayers turned out to be sufficient.
397!-- To obtain exact height levels of particles, linear interpolation is applied
398!-- (see lpm_advec.f90).
399    IF ( constant_flux_layer )  THEN
400
401       ALLOCATE ( log_z_z0(0:number_of_sublayers) )
402       z_p = zu(nzb+1) - zw(nzb)
403
404!
405!--    Calculate horizontal mean value of z0 used for logartihmic
406!--    interpolation. Note: this is not exact for heterogeneous z0.
407!--    However, sensitivity studies showed that the effect is
408!--    negligible.
409       z0_av_local  = SUM( surf_def_h(0)%z0 ) + SUM( surf_lsm_h%z0 ) +         &
410                      SUM( surf_usm_h%z0 )
411       z0_av_global = 0.0_wp
412
413#if defined( __parallel )
414       CALL MPI_ALLREDUCE(z0_av_local, z0_av_global, 1, MPI_REAL, MPI_SUM, &
415                          comm2d, ierr )
416#else
417       z0_av_global = z0_av_local
418#endif
419
420       z0_av_global = z0_av_global  / ( ( ny + 1 ) * ( nx + 1 ) )
421!
422!--    Horizontal wind speed is zero below and at z0
423       log_z_z0(0) = 0.0_wp
424!
425!--    Calculate vertical depth of the sublayers
426       height_int  = ( z_p - z0_av_global ) / REAL( number_of_sublayers, KIND=wp )
427!
428!--    Precalculate LOG(z/z0)
429       height_p    = z0_av_global
430       DO  k = 1, number_of_sublayers
431
432          height_p    = height_p + height_int
433          log_z_z0(k) = LOG( height_p / z0_av_global )
434
435       ENDDO
436
437    ENDIF
438
439!
440!-- Check boundary condition and set internal variables
441    SELECT CASE ( bc_par_b )
442
443       CASE ( 'absorb' )
444          ibc_par_b = 1
445
446       CASE ( 'reflect' )
447          ibc_par_b = 2
448
449       CASE DEFAULT
450          WRITE( message_string, * )  'unknown boundary condition ',   &
451                                       'bc_par_b = "', TRIM( bc_par_b ), '"'
452          CALL message( 'lpm_init', 'PA0217', 1, 2, 0, 6, 0 )
453
454    END SELECT
455    SELECT CASE ( bc_par_t )
456
457       CASE ( 'absorb' )
458          ibc_par_t = 1
459
460       CASE ( 'reflect' )
461          ibc_par_t = 2
462
463       CASE DEFAULT
464          WRITE( message_string, * ) 'unknown boundary condition ',   &
465                                     'bc_par_t = "', TRIM( bc_par_t ), '"'
466          CALL message( 'lpm_init', 'PA0218', 1, 2, 0, 6, 0 )
467
468    END SELECT
469    SELECT CASE ( bc_par_lr )
470
471       CASE ( 'cyclic' )
472          ibc_par_lr = 0
473
474       CASE ( 'absorb' )
475          ibc_par_lr = 1
476
477       CASE ( 'reflect' )
478          ibc_par_lr = 2
479
480       CASE DEFAULT
481          WRITE( message_string, * ) 'unknown boundary condition ',   &
482                                     'bc_par_lr = "', TRIM( bc_par_lr ), '"'
483          CALL message( 'lpm_init', 'PA0219', 1, 2, 0, 6, 0 )
484
485    END SELECT
486    SELECT CASE ( bc_par_ns )
487
488       CASE ( 'cyclic' )
489          ibc_par_ns = 0
490
491       CASE ( 'absorb' )
492          ibc_par_ns = 1
493
494       CASE ( 'reflect' )
495          ibc_par_ns = 2
496
497       CASE DEFAULT
498          WRITE( message_string, * ) 'unknown boundary condition ',   &
499                                     'bc_par_ns = "', TRIM( bc_par_ns ), '"'
500          CALL message( 'lpm_init', 'PA0220', 1, 2, 0, 6, 0 )
501
502    END SELECT
503    SELECT CASE ( splitting_mode )
504
505       CASE ( 'const' )
506          i_splitting_mode = 1
507
508       CASE ( 'cl_av' )
509          i_splitting_mode = 2
510
511       CASE ( 'gb_av' )
512          i_splitting_mode = 3
513
514       CASE DEFAULT
515          WRITE( message_string, * )  'unknown splitting condition ',   &
516                                       'splitting_mode = "', TRIM( splitting_mode ), '"'
517          CALL message( 'lpm_init', 'PA0146', 1, 2, 0, 6, 0 )
518
519    END SELECT
520    SELECT CASE ( splitting_function )
521
522       CASE ( 'gamma' )
523          isf = 1
524
525       CASE ( 'log' )
526          isf = 2
527
528       CASE ( 'exp' )
529          isf = 3
530
531       CASE DEFAULT
532          WRITE( message_string, * )  'unknown splitting function ',   &
533                                       'splitting_function = "', TRIM( splitting_function ), '"'
534          CALL message( 'lpm_init', 'PA0147', 1, 2, 0, 6, 0 )
535
536    END SELECT
537
538
539!
540!-- Initialize collision kernels
541    IF ( collision_kernel /= 'none' )  CALL init_kernels
542
543!
544!-- For the first model run of a possible job chain initialize the
545!-- particles, otherwise read the particle data from restart file.
546    IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'read_restart_data'  &
547         .AND.  read_particles_from_restartfile )  THEN
548
549       CALL lpm_read_restart_file
550
551    ELSE
552
553!
554!--    Allocate particle arrays and set attributes of the initial set of
555!--    particles, which can be also periodically released at later times.
556       ALLOCATE( prt_count(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
557                 grid_particles(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) )
558
559       number_of_particles         = 0
560
561       sort_count = 0
562       prt_count  = 0
563
564!
565!--    initialize counter for particle IDs
566       grid_particles%id_counter = 1
567
568!
569!--    Initialize all particles with dummy values (otherwise errors may
570!--    occur within restart runs). The reason for this is still not clear
571!--    and may be presumably caused by errors in the respective user-interface.
572       zero_particle = particle_type( 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp,  &
573                                      0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp,  &
574                                      0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp,  &
575                                      0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp,  &
576                                      0, 0, 0_idp, .FALSE., -1 )
577
578       particle_groups = particle_groups_type( 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp )
579
580!
581!--    Set values for the density ratio and radius for all particle
582!--    groups, if necessary
583       IF ( density_ratio(1) == 9999999.9_wp )  density_ratio(1) = 0.0_wp
584       IF ( radius(1)        == 9999999.9_wp )  radius(1) = 0.0_wp
585       DO  i = 2, number_of_particle_groups
586          IF ( density_ratio(i) == 9999999.9_wp )  THEN
587             density_ratio(i) = density_ratio(i-1)
588          ENDIF
589          IF ( radius(i) == 9999999.9_wp )  radius(i) = radius(i-1)
590       ENDDO
591
592       DO  i = 1, number_of_particle_groups
593          IF ( density_ratio(i) /= 0.0_wp  .AND.  radius(i) == 0 )  THEN
594             WRITE( message_string, * ) 'particle group #', i, 'has a', &
595                                        'density ratio /= 0 but radius = 0'
596             CALL message( 'lpm_init', 'PA0215', 1, 2, 0, 6, 0 )
597          ENDIF
598          particle_groups(i)%density_ratio = density_ratio(i)
599          particle_groups(i)%radius        = radius(i)
600       ENDDO
601
602!
603!--    Set a seed value for the random number generator to be exclusively
604!--    used for the particle code. The generated random numbers should be
605!--    different on the different PEs.
606       iran_part = iran_part + myid
607
608       CALL lpm_create_particle (PHASE_INIT)
609!
610!--    User modification of initial particles
611       CALL user_lpm_init
612
613!
614!--    Open file for statistical informations about particle conditions
615       IF ( write_particle_statistics )  THEN
616          CALL check_open( 80 )
617          WRITE ( 80, 8000 )  current_timestep_number, simulated_time,         &
618                              number_of_particles
619          CALL close_file( 80 )
620       ENDIF
621
622    ENDIF
623
624!
625!-- To avoid programm abort, assign particles array to the local version of
626!-- first grid cell
627    number_of_particles = prt_count(nzb+1,nys,nxl)
628    particles => grid_particles(nzb+1,nys,nxl)%particles(1:number_of_particles)
629!
630!-- Formats
6318000 FORMAT (I6,1X,F7.2,4X,I10,71X,I10)
632
633 END SUBROUTINE lpm_init
634
635!------------------------------------------------------------------------------!
636! Description:
637! ------------
638!> @todo Missing subroutine description.
639!------------------------------------------------------------------------------!
640 SUBROUTINE lpm_create_particle (phase)
641   
642    USE arrays_3d,                                                             &
643       ONLY:  zw
644    USE lpm_exchange_horiz_mod,                                                &
645        ONLY: lpm_exchange_horiz, lpm_move_particle, realloc_particles_array
646
647    USE lpm_pack_and_sort_mod,                                                 &
648        ONLY: lpm_sort_in_subboxes
649
650    USE particle_attributes,                                                   &
651        ONLY: deleted_particles
652
653    IMPLICIT  NONE
654
655    INTEGER(iwp)               ::  alloc_size  !< relative increase of allocated memory for particles
656    INTEGER(iwp)               ::  i           !< loop variable ( particle groups )
657    INTEGER(iwp)               ::  ip          !< index variable along x
658    INTEGER(iwp)               ::  j           !< loop variable ( particles per point )
659    INTEGER(iwp)               ::  jp          !< index variable along y
660    INTEGER(iwp)               ::  k           !< index variable along z
661    INTEGER(iwp)               ::  k_surf      !< index of surface grid point
662    INTEGER(iwp)               ::  kp          !< index variable along z
663    INTEGER(iwp)               ::  loop_stride !< loop variable for initialization
664    INTEGER(iwp)               ::  n           !< loop variable ( number of particles )
665    INTEGER(iwp)               ::  new_size    !< new size of allocated memory for particles
666
667    INTEGER(iwp), INTENT(IN)   ::  phase       !< mode of inititialization
668
669    INTEGER(iwp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) ::  local_count !< start address of new particle
670    INTEGER(iwp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) ::  local_start !< start address of new particle
671
672    LOGICAL                    ::  first_stride !< flag for initialization
673
674    REAL(wp)                   ::  pos_x      !< increment for particle position in x
675    REAL(wp)                   ::  pos_y      !< increment for particle position in y
676    REAL(wp)                   ::  pos_z      !< increment for particle position in z
677    REAL(wp)                   ::  rand_contr !< dummy argument for random position
678
679    TYPE(particle_type),TARGET ::  tmp_particle !< temporary particle used for initialization
680
681!
682!-- Calculate particle positions and store particle attributes, if
683!-- particle is situated on this PE
684    DO  loop_stride = 1, 2
685       first_stride = (loop_stride == 1)
686       IF ( first_stride )   THEN
687          local_count = 0           ! count number of particles
688       ELSE
689          local_count = prt_count   ! Start address of new particles
690       ENDIF
691
692!
693!--    Calculate initial_weighting_factor diagnostically
694       IF ( number_concentration /= -1.0_wp .AND. number_concentration > 0.0_wp ) THEN
695          initial_weighting_factor =  number_concentration * 1.0E6_wp *             &
696                                      pdx(1) * pdy(1) * pdz(1)
697       END IF
698
699       n = 0
700       DO  i = 1, number_of_particle_groups
701
702          pos_z = psb(i)
703
704          DO WHILE ( pos_z <= pst(i) )
705
706             IF ( pos_z >= 0.0_wp  .AND.  pos_z < zw(nzt) )  THEN
707
708
709                pos_y = pss(i)
710
711                DO WHILE ( pos_y <= psn(i) )
712
713                   IF ( pos_y >= nys * dy  .AND.                  &
714                        pos_y <  ( nyn + 1 ) * dy  ) THEN
715
716                      pos_x = psl(i)
717
718               xloop: DO WHILE ( pos_x <= psr(i) )
719
720                         IF ( pos_x >= nxl * dx  .AND.            &
721                              pos_x <  ( nxr + 1) * dx ) THEN
722
723                            DO  j = 1, particles_per_point
724
725
726                               n = n + 1
727                               tmp_particle%x             = pos_x
728                               tmp_particle%y             = pos_y
729                               tmp_particle%z             = pos_z
730                               tmp_particle%age           = 0.0_wp
731                               tmp_particle%age_m         = 0.0_wp
732                               tmp_particle%dt_sum        = 0.0_wp
733                               tmp_particle%e_m           = 0.0_wp
734                               tmp_particle%rvar1         = 0.0_wp
735                               tmp_particle%rvar2         = 0.0_wp
736                               tmp_particle%rvar3         = 0.0_wp
737                               tmp_particle%speed_x       = 0.0_wp
738                               tmp_particle%speed_y       = 0.0_wp
739                               tmp_particle%speed_z       = 0.0_wp
740                               tmp_particle%origin_x      = pos_x
741                               tmp_particle%origin_y      = pos_y
742                               tmp_particle%origin_z      = pos_z
743                               IF ( curvature_solution_effects )  THEN
744                                  tmp_particle%aux1      = 0.0_wp    ! dry aerosol radius
745                                  tmp_particle%aux2      = dt_3d     ! last Rosenbrock timestep
746                               ELSE
747                                  tmp_particle%aux1      = 0.0_wp    ! free to use
748                                  tmp_particle%aux2      = 0.0_wp    ! free to use
749                               ENDIF
750                               tmp_particle%radius        = particle_groups(i)%radius
751                               tmp_particle%weight_factor = initial_weighting_factor
752                               tmp_particle%class         = 1
753                               tmp_particle%group         = i
754                               tmp_particle%id            = 0_idp
755                               tmp_particle%particle_mask = .TRUE.
756                               tmp_particle%block_nr      = -1
757!
758!--                            Determine the grid indices of the particle position
759                               ip = tmp_particle%x * ddx
760                               jp = tmp_particle%y * ddy
761                               kp = tmp_particle%z / dz + 1 + offset_ocean_nzt                               
762                               DO WHILE( zw(kp) < tmp_particle%z ) 
763                                  kp = kp + 1
764                               ENDDO
765                               DO WHILE( zw(kp-1) > tmp_particle%z )
766                                  kp = kp - 1
767                               ENDDO
768!
769!--                            Determine surface level. Therefore, check for
770!--                            upward-facing wall on w-grid.
771                               k_surf = get_topography_top_index_ji( jp, ip, 'w' )
772
773                               IF ( seed_follows_topography )  THEN
774!
775!--                               Particle height is given relative to topography
776                                  kp = kp + k_surf
777                                  tmp_particle%z = tmp_particle%z + zw(k_surf)
778!--                               Skip particle release if particle position is
779!--                               above model top, or within topography in case
780!--                               of overhanging structures.
781                                  IF ( kp > nzt  .OR.                          &
782                                 .NOT. BTEST( wall_flags_0(kp,jp,ip), 0 ) )  THEN
783                                     pos_x = pos_x + pdx(i)
784                                     CYCLE xloop
785                                  ENDIF
786!
787!--                            Skip particle release if particle position is
788!--                            below surface, or within topography in case
789!--                            of overhanging structures.
790                               ELSEIF ( .NOT. seed_follows_topography .AND.    &
791                                         tmp_particle%z <= zw(k_surf)  .OR.    &
792                                        .NOT. BTEST( wall_flags_0(kp,jp,ip), 0 ) )&
793                               THEN
794                                  pos_x = pos_x + pdx(i)
795                                  CYCLE xloop
796                               ENDIF
797
798                               local_count(kp,jp,ip) = local_count(kp,jp,ip) + 1
799
800                               IF ( .NOT. first_stride )  THEN
801                                  IF ( ip < nxl  .OR.  jp < nys  .OR.  kp < nzb+1 )  THEN
802                                     write(6,*) 'xl ',ip,jp,kp,nxl,nys,nzb+1
803                                  ENDIF
804                                  IF ( ip > nxr  .OR.  jp > nyn  .OR.  kp > nzt )  THEN
805                                     write(6,*) 'xu ',ip,jp,kp,nxr,nyn,nzt
806                                  ENDIF
807                                  grid_particles(kp,jp,ip)%particles(local_count(kp,jp,ip)) = tmp_particle
808
809                               ENDIF
810                            ENDDO
811
812                         ENDIF
813
814                         pos_x = pos_x + pdx(i)
815
816                      ENDDO xloop
817
818                   ENDIF
819
820                   pos_y = pos_y + pdy(i)
821
822                ENDDO
823
824             ENDIF
825
826             pos_z = pos_z + pdz(i)
827
828          ENDDO
829
830       ENDDO
831
832       IF ( first_stride )  THEN
833          DO  ip = nxl, nxr
834             DO  jp = nys, nyn
835                DO  kp = nzb+1, nzt
836                   IF ( phase == PHASE_INIT )  THEN
837                      IF ( local_count(kp,jp,ip) > 0 )  THEN
838                         alloc_size = MAX( INT( local_count(kp,jp,ip) *        &
839                            ( 1.0_wp + alloc_factor / 100.0_wp ) ),            &
840                            min_nr_particle )
841                      ELSE
842                         alloc_size = min_nr_particle
843                      ENDIF
844                      ALLOCATE(grid_particles(kp,jp,ip)%particles(1:alloc_size))
845                      DO  n = 1, alloc_size
846                         grid_particles(kp,jp,ip)%particles(n) = zero_particle
847                      ENDDO
848                   ELSEIF ( phase == PHASE_RELEASE )  THEN
849                      IF ( local_count(kp,jp,ip) > 0 )  THEN
850                         new_size   = local_count(kp,jp,ip) + prt_count(kp,jp,ip)
851                         alloc_size = MAX( INT( new_size * ( 1.0_wp +          &
852                            alloc_factor / 100.0_wp ) ), min_nr_particle )
853                         IF( alloc_size > SIZE( grid_particles(kp,jp,ip)%particles) )  THEN
854                            CALL realloc_particles_array(ip,jp,kp,alloc_size)
855                         ENDIF
856                      ENDIF
857                   ENDIF
858                ENDDO
859             ENDDO
860          ENDDO
861       ENDIF
862
863    ENDDO
864
865
866
867    local_start = prt_count+1
868    prt_count   = local_count
869
870!
871!-- Calculate particle IDs
872    DO  ip = nxl, nxr
873       DO  jp = nys, nyn
874          DO  kp = nzb+1, nzt
875             number_of_particles = prt_count(kp,jp,ip)
876             IF ( number_of_particles <= 0 )  CYCLE
877             particles => grid_particles(kp,jp,ip)%particles(1:number_of_particles)
878
879             DO  n = local_start(kp,jp,ip), number_of_particles  !only new particles
880
881                particles(n)%id = 10000_idp**3 * grid_particles(kp,jp,ip)%id_counter + &
882                                  10000_idp**2 * kp + 10000_idp * jp + ip
883!
884!--             Count the number of particles that have been released before
885                grid_particles(kp,jp,ip)%id_counter =                          &
886                                         grid_particles(kp,jp,ip)%id_counter + 1
887
888             ENDDO
889
890          ENDDO
891       ENDDO
892    ENDDO
893
894!
895!-- Initialize aerosol background spectrum
896    IF ( curvature_solution_effects )  THEN
897       CALL lpm_init_aerosols(local_start)
898    ENDIF
899
900!
901!-- Add random fluctuation to particle positions.
902    IF ( random_start_position )  THEN
903       DO  ip = nxl, nxr
904          DO  jp = nys, nyn
905             DO  kp = nzb+1, nzt
906                number_of_particles = prt_count(kp,jp,ip)
907                IF ( number_of_particles <= 0 )  CYCLE
908                particles => grid_particles(kp,jp,ip)%particles(1:number_of_particles)
909!
910!--             Move only new particles. Moreover, limit random fluctuation
911!--             in order to prevent that particles move more than one grid box,
912!--             which would lead to problems concerning particle exchange
913!--             between processors in case pdx/pdy are larger than dx/dy,
914!--             respectively.
915                DO  n = local_start(kp,jp,ip), number_of_particles
916                   IF ( psl(particles(n)%group) /= psr(particles(n)%group) )  THEN
917                      rand_contr = ( random_function( iran_part ) - 0.5_wp ) * &
918                                     pdx(particles(n)%group)
919                      particles(n)%x = particles(n)%x +                        &
920                              MERGE( rand_contr, SIGN( dx, rand_contr ),       &
921                                     ABS( rand_contr ) < dx                    &
922                                   )
923                   ENDIF
924                   IF ( pss(particles(n)%group) /= psn(particles(n)%group) )  THEN
925                      rand_contr = ( random_function( iran_part ) - 0.5_wp ) * &
926                                     pdy(particles(n)%group)
927                      particles(n)%y = particles(n)%y +                        &
928                              MERGE( rand_contr, SIGN( dy, rand_contr ),       &
929                                     ABS( rand_contr ) < dy                    &
930                                   )
931                   ENDIF
932                   IF ( psb(particles(n)%group) /= pst(particles(n)%group) )  THEN
933                      rand_contr = ( random_function( iran_part ) - 0.5_wp ) * &
934                                     pdz(particles(n)%group)
935                      particles(n)%z = particles(n)%z +                        &
936                              MERGE( rand_contr, SIGN( dz, rand_contr ),       &
937                                     ABS( rand_contr ) < dz                    &
938                                   )
939                   ENDIF
940                ENDDO
941!
942!--             Identify particles located outside the model domain and reflect
943!--             or absorb them if necessary.
944                CALL lpm_boundary_conds( 'bottom/top', i, j, k )
945!
946!--             Furthermore, remove particles located in topography. Note, as
947!--             the particle speed is still zero at this point, wall
948!--             reflection boundary conditions will not work in this case.
949                particles =>                                                   &
950                       grid_particles(kp,jp,ip)%particles(1:number_of_particles)
951                DO  n = local_start(kp,jp,ip), number_of_particles
952                   i = particles(n)%x * ddx
953                   j = particles(n)%y * ddy
954                   k = particles(n)%z / dz + 1 + offset_ocean_nzt
955                   DO WHILE( zw(k) < particles(n)%z )
956                      k = k + 1
957                   ENDDO
958                   DO WHILE( zw(k-1) > particles(n)%z )
959                      k = k - 1
960                   ENDDO
961!
962!--                Check if particle is within topography
963                   IF ( .NOT. BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 0 ) )  THEN
964                      particles(n)%particle_mask = .FALSE.
965                      deleted_particles = deleted_particles + 1
966                   ENDIF
967
968                ENDDO
969             ENDDO
970          ENDDO
971       ENDDO
972!
973!--    Exchange particles between grid cells and processors
974       CALL lpm_move_particle
975       CALL lpm_exchange_horiz
976
977    ENDIF
978!
979!-- In case of random_start_position, delete particles identified by
980!-- lpm_exchange_horiz and lpm_boundary_conds. Then sort particles into blocks,
981!-- which is needed for a fast interpolation of the LES fields on the particle
982!-- position.
983    CALL lpm_sort_in_subboxes
984
985!
986!-- Determine the current number of particles
987    DO  ip = nxl, nxr
988       DO  jp = nys, nyn
989          DO  kp = nzb+1, nzt
990             number_of_particles         = number_of_particles                 &
991                                           + prt_count(kp,jp,ip)
992          ENDDO
993       ENDDO
994    ENDDO
995!
996!-- Calculate the number of particles of the total domain
997#if defined( __parallel )
998    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
999    CALL MPI_ALLREDUCE( number_of_particles, total_number_of_particles, 1, &
1000    MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1001#else
1002    total_number_of_particles = number_of_particles
1003#endif
1004
1005    RETURN
1006
1007 END SUBROUTINE lpm_create_particle
1008
1009 SUBROUTINE lpm_init_aerosols(local_start)
1010
1011    USE arrays_3d,                                                             &
1012        ONLY: hyp, pt, q
1013
1014    USE cloud_parameters,                                                      &
1015        ONLY: l_d_rv, molecular_weight_of_solute,                              &
1016              molecular_weight_of_water, rho_l, r_v, rho_s, vanthoff
1017
1018    USE constants,                                                             &
1019        ONLY: pi
1020
1021    USE diagnostic_quantities_mod,                                             &
1022        ONLY:  magnus
1023
1024
1025    USE kinds
1026
1027    USE particle_attributes,                                                   &
1028        ONLY: aero_species, aero_type, aero_weight, log_sigma, na, rm
1029
1030    IMPLICIT NONE
1031
1032    REAL(wp)  :: afactor            !< curvature effects
1033    REAL(wp)  :: bfactor            !< solute effects
1034    REAL(wp)  :: dlogr              !< logarithmic width of radius bin
1035    REAL(wp)  :: e_a                !< vapor pressure
1036    REAL(wp)  :: e_s                !< saturation vapor pressure
1037    REAL(wp)  :: rmin = 0.005e-6_wp !< minimum aerosol radius
1038    REAL(wp)  :: rmax = 10.0e-6_wp  !< maximum aerosol radius
1039    REAL(wp)  :: r_mid              !< mean radius of bin
1040    REAL(wp)  :: r_l                !< left radius of bin
1041    REAL(wp)  :: r_r                !< right radius of bin
1042    REAL(wp)  :: sigma              !< surface tension
1043    REAL(wp)  :: t_int              !< temperature
1044
1045    INTEGER(iwp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), INTENT(IN) ::  local_start !<
1046
1047    INTEGER(iwp)  :: n              !<
1048    INTEGER(iwp)  :: ip             !<
1049    INTEGER(iwp)  :: jp             !<
1050    INTEGER(iwp)  :: kp             !<
1051
1052!
1053!-- Set constants for different aerosol species
1054    IF ( TRIM(aero_species) .EQ. 'nacl' ) THEN
1055       molecular_weight_of_solute = 0.05844_wp 
1056       rho_s                      = 2165.0_wp
1057       vanthoff                   = 2.0_wp
1058    ELSEIF ( TRIM(aero_species) .EQ. 'c3h4o4' ) THEN
1059       molecular_weight_of_solute = 0.10406_wp 
1060       rho_s                      = 1600.0_wp
1061       vanthoff                   = 1.37_wp
1062    ELSEIF ( TRIM(aero_species) .EQ. 'nh4o3' ) THEN
1063       molecular_weight_of_solute = 0.08004_wp 
1064       rho_s                      = 1720.0_wp
1065       vanthoff                   = 2.31_wp
1066    ELSE
1067       WRITE( message_string, * ) 'unknown aerosol species ',   &
1068                                'aero_species = "', TRIM( aero_species ), '"'
1069       CALL message( 'lpm_init', 'PA0470', 1, 2, 0, 6, 0 )
1070    ENDIF
1071!
1072!-- The following typical aerosol spectra are taken from Jaenicke (1993):
1073!-- Tropospheric aerosols. Published in Aerosol-Cloud-Climate Interactions.
1074    IF ( TRIM(aero_type) .EQ. 'polar' )  THEN
1075       na        = (/ 2.17e1, 1.86e-1, 3.04e-4 /) * 1.0E6
1076       rm        = (/ 0.0689, 0.375, 4.29 /) * 1.0E-6
1077       log_sigma = (/ 0.245, 0.300, 0.291 /)
1078    ELSEIF ( TRIM(aero_type) .EQ. 'background' )  THEN
1079       na        = (/ 1.29e2, 5.97e1, 6.35e1 /) * 1.0E6
1080       rm        = (/ 0.0036, 0.127, 0.259 /) * 1.0E-6
1081       log_sigma = (/ 0.645, 0.253, 0.425 /)
1082    ELSEIF ( TRIM(aero_type) .EQ. 'maritime' )  THEN
1083       na        = (/ 1.33e2, 6.66e1, 3.06e0 /) * 1.0E6
1084       rm        = (/ 0.0039, 0.133, 0.29 /) * 1.0E-6
1085       log_sigma = (/ 0.657, 0.210, 0.396 /)
1086    ELSEIF ( TRIM(aero_type) .EQ. 'continental' )  THEN
1087       na        = (/ 3.20e3, 2.90e3, 3.00e-1 /) * 1.0E6
1088       rm        = (/ 0.01, 0.058, 0.9 /) * 1.0E-6
1089       log_sigma = (/ 0.161, 0.217, 0.380 /)
1090    ELSEIF ( TRIM(aero_type) .EQ. 'desert' )  THEN
1091       na        = (/ 7.26e2, 1.14e3, 1.78e-1 /) * 1.0E6
1092       rm        = (/ 0.001, 0.0188, 10.8 /) * 1.0E-6
1093       log_sigma = (/ 0.247, 0.770, 0.438 /)
1094    ELSEIF ( TRIM(aero_type) .EQ. 'rural' )  THEN
1095       na        = (/ 6.65e3, 1.47e2, 1.99e3 /) * 1.0E6
1096       rm        = (/ 0.00739, 0.0269, 0.0419 /) * 1.0E-6
1097       log_sigma = (/ 0.225, 0.557, 0.266 /)
1098    ELSEIF ( TRIM(aero_type) .EQ. 'urban' )  THEN
1099       na        = (/ 9.93e4, 1.11e3, 3.64e4 /) * 1.0E6
1100       rm        = (/ 0.00651, 0.00714, 0.0248 /) * 1.0E-6
1101       log_sigma = (/ 0.245, 0.666, 0.337 /)
1102    ELSEIF ( TRIM(aero_type) .EQ. 'user' )  THEN
1103       CONTINUE
1104    ELSE
1105       WRITE( message_string, * ) 'unknown aerosol type ',   &
1106                                'aero_type = "', TRIM( aero_type ), '"'
1107       CALL message( 'lpm_init', 'PA0459', 1, 2, 0, 6, 0 )
1108    ENDIF
1109
1110    DO  ip = nxl, nxr
1111       DO  jp = nys, nyn
1112          DO  kp = nzb+1, nzt
1113
1114             number_of_particles = prt_count(kp,jp,ip)
1115             IF ( number_of_particles <= 0 )  CYCLE
1116             particles => grid_particles(kp,jp,ip)%particles(1:number_of_particles)
1117
1118             dlogr   = ( LOG10(rmax) - LOG10(rmin) ) / ( number_of_particles - local_start(kp,jp,ip) + 1 )
1119!
1120!--          Initialize the aerosols with a predefined spectral distribution
1121!--          of the dry radius (logarithmically increasing bins) and a varying
1122!--          weighting factor
1123             DO  n = local_start(kp,jp,ip), number_of_particles  !only new particles
1124
1125                r_l   = 10.0**( LOG10( rmin ) + (n-1) * dlogr )
1126                r_r   = 10.0**( LOG10( rmin ) + n * dlogr )
1127                r_mid = SQRT( r_l * r_r )
1128
1129                particles(n)%aux1          = r_mid
1130                particles(n)%weight_factor =                                           &
1131                   ( na(1) / ( SQRT( 2.0 * pi ) * log_sigma(1) ) *                     &
1132                     EXP( - LOG10( r_mid / rm(1) )**2 / ( 2.0 * log_sigma(1)**2 ) ) +  &
1133                     na(2) / ( SQRT( 2.0 * pi ) * log_sigma(2) ) *                     &
1134                     EXP( - LOG10( r_mid / rm(2) )**2 / ( 2.0 * log_sigma(2)**2 ) ) +  &
1135                     na(3) / ( SQRT( 2.0 * pi ) * log_sigma(3) ) *                     &
1136                     EXP( - LOG10( r_mid / rm(3) )**2 / ( 2.0 * log_sigma(3)**2 ) )    &
1137                   ) * ( LOG10(r_r) - LOG10(r_l) ) * ( dx * dy * dz )
1138
1139!
1140!--             Multiply weight_factor with the namelist parameter aero_weight
1141!--             to increase or decrease the number of simulated aerosols
1142                particles(n)%weight_factor = particles(n)%weight_factor * aero_weight
1143
1144                IF ( particles(n)%weight_factor - FLOOR(particles(n)%weight_factor,KIND=wp) &
1145                     .GT. random_function( iran_part ) )  THEN
1146                   particles(n)%weight_factor = FLOOR(particles(n)%weight_factor,KIND=wp) + 1.0
1147                ELSE
1148                   particles(n)%weight_factor = FLOOR(particles(n)%weight_factor,KIND=wp)
1149                ENDIF
1150!
1151!--             Unnecessary particles will be deleted
1152                IF ( particles(n)%weight_factor .LE. 0.0 )  particles(n)%particle_mask = .FALSE.
1153
1154             ENDDO
1155!
1156!--          Set particle radius to equilibrium radius based on the environmental
1157!--          supersaturation (Khvorostyanov and Curry, 2007, JGR). This avoids
1158!--          the sometimes lengthy growth toward their equilibrium radius within
1159!--          the simulation.
1160             t_int  = pt(kp,jp,ip) * ( hyp(kp) / 100000.0_wp )**0.286_wp
1161
1162             e_s = magnus( t_int )
1163             e_a = q(kp,jp,ip) * hyp(kp) / ( q(kp,jp,ip) + 0.622_wp )
1164
1165             sigma   = 0.0761_wp - 0.000155_wp * ( t_int - 273.15_wp )
1166             afactor = 2.0_wp * sigma / ( rho_l * r_v * t_int )
1167
1168             bfactor = vanthoff * molecular_weight_of_water *    &
1169                       rho_s / ( molecular_weight_of_solute * rho_l )
1170!
1171!--          The formula is only valid for subsaturated environments. For
1172!--          supersaturations higher than -5 %, the supersaturation is set to -5%.
1173             IF ( e_a / e_s >= 0.95_wp )  e_a = 0.95_wp * e_s
1174
1175             DO  n = local_start(kp,jp,ip), number_of_particles  !only new particles
1176!
1177!--             For details on this equation, see Eq. (14) of Khvorostyanov and
1178!--             Curry (2007, JGR)
1179                particles(n)%radius = bfactor**0.3333333_wp *                  &
1180                   particles(n)%aux1 / ( 1.0_wp - e_a / e_s )**0.3333333_wp / &
1181                   ( 1.0_wp + ( afactor / ( 3.0_wp * bfactor**0.3333333_wp *   &
1182                     particles(n)%aux1 ) ) /                                  &
1183                     ( 1.0_wp - e_a / e_s )**0.6666666_wp                      &
1184                   )
1185
1186             ENDDO
1187
1188          ENDDO
1189       ENDDO
1190    ENDDO
1191
1192 END SUBROUTINE lpm_init_aerosols
1193
1194END MODULE lpm_init_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.