source: palm/trunk/SOURCE/lpm_init.f90 @ 2954

Last change on this file since 2954 was 2954, checked in by schwenkel, 3 years ago

Bugfix for particle initialization in case of ocean

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 47.0 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 1997-2018 Leibniz Universitaet Hannover
18!------------------------------------------------------------------------------!
19!
20! Current revisions:
21! -----------------
22!
23!
24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: lpm_init.f90 2954 2018-04-09 14:35:46Z schwenkel $
27! Bugfix for particle initialization in case of ocean
28!
29! 2801 2018-02-14 16:01:55Z thiele
30! Introduce particle transfer in nested models.
31!
32! 2718 2018-01-02 08:49:38Z maronga
33! Corrected "Former revisions" section
34!
35! 2701 2017-12-15 15:40:50Z suehring
36! Changes from last commit documented
37!
38! 2698 2017-12-14 18:46:24Z suehring
39! Grid indices passed to lpm_boundary_conds. (responsible Philipp Thiele)
40!
41! 2696 2017-12-14 17:12:51Z kanani
42! Change in file header (GPL part)
43!
44! 2628 2017-11-20 12:40:38Z schwenkel
45! Enabled particle advection with grid stretching.
46!
47! 2608 2017-11-13 14:04:26Z schwenkel
48! Calculation of magnus equation in external module (diagnostic_quantities_mod).
49!
50! 2606 2017-11-10 10:36:31Z schwenkel
51! Changed particle box locations: center of particle box now coincides
52! with scalar grid point of same index.
53! Renamed module and subroutines: lpm_pack_arrays_mod -> lpm_pack_and_sort_mod
54! lpm_pack_all_arrays -> lpm_sort_in_subboxes, lpm_pack_arrays -> lpm_pack
55! lpm_sort -> lpm_sort_timeloop_done
56!
57! 2375 2017-08-29 14:10:28Z schwenkel
58! Initialization of chemical aerosol composition
59!
60! 2346 2017-08-09 16:39:17Z suehring
61! Bugfix, correct determination of topography top index
62!
63! 2318 2017-07-20 17:27:44Z suehring
64! Get topography top index via Function call
65!
66! 2317 2017-07-20 17:27:19Z suehring
67! Extended particle data type. Aerosol initialization improved.
68!
69! 2305 2017-07-06 11:18:47Z hoffmann
70! Improved calculation of particle IDs.
71!
72! 2274 2017-06-09 13:27:48Z Giersch
73!  Changed error messages
74!
75! 2265 2017-06-08 16:58:28Z schwenkel
76! Unused variables removed.
77!
78! 2263 2017-06-08 14:59:01Z schwenkel
79! Implemented splitting and merging algorithm
80!
81! 2233 2017-05-30 18:08:54Z suehring
82!
83! 2232 2017-05-30 17:47:52Z suehring
84! Adjustments according to new topography realization
85!
86!
87! 2223 2017-05-15 16:38:09Z suehring
88! Add check for particle release at model top
89!
90! 2182 2017-03-17 14:27:40Z schwenkel
91! Added parameters for simplified particle initialization.
92!
93! 2122 2017-01-18 12:22:54Z hoffmann
94! Improved initialization of equilibrium aerosol radii
95! Calculation of particle ID
96!
97! 2000 2016-08-20 18:09:15Z knoop
98! Forced header and separation lines into 80 columns
99!
100! 2016-06-09 16:25:25Z suehring
101! Bugfix in determining initial particle height and grid index in case of
102! seed_follows_topography.
103! Bugfix concerning random positions, ensure that particles do not move more
104! than one grid length.
105! Bugfix logarithmic interpolation.
106! Initial setting of sgs_wf_part.
107!
108! 1890 2016-04-22 08:52:11Z hoffmann
109! Initialization of aerosol equilibrium radius not possible in supersaturated
110! environments. Therefore, a maximum supersaturation of -1 % is assumed during
111! initialization.
112!
113! 1873 2016-04-18 14:50:06Z maronga
114! Module renamed (removed _mod
115!
116! 1871 2016-04-15 11:46:09Z hoffmann
117! Initialization of aerosols added.
118!
119! 1850 2016-04-08 13:29:27Z maronga
120! Module renamed
121!
122! 1831 2016-04-07 13:15:51Z hoffmann
123! curvature_solution_effects moved to particle_attributes
124!
125! 1822 2016-04-07 07:49:42Z hoffmann
126! Unused variables removed.
127!
128! 1783 2016-03-06 18:36:17Z raasch
129! netcdf module added
130!
131! 1725 2015-11-17 13:01:51Z hoffmann
132! Bugfix: Processor-dependent seed for random function is generated before it is
133! used.
134!
135! 1691 2015-10-26 16:17:44Z maronga
136! Renamed prandtl_layer to constant_flux_layer.
137!
138! 1685 2015-10-08 07:32:13Z raasch
139! bugfix concerning vertical index offset in case of ocean
140!
141! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
142! Code annotations made doxygen readable
143!
144! 1575 2015-03-27 09:56:27Z raasch
145! initial vertical particle position is allowed to follow the topography
146!
147! 1359 2014-04-11 17:15:14Z hoffmann
148! New particle structure integrated.
149! Kind definition added to all floating point numbers.
150! lpm_init changed form a subroutine to a module.
151!
152! 1327 2014-03-21 11:00:16Z raasch
153! -netcdf_output
154!
155! 1322 2014-03-20 16:38:49Z raasch
156! REAL functions provided with KIND-attribute
157!
158! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
159! ONLY-attribute added to USE-statements,
160! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
161! kinds are defined in new module kinds,
162! revision history before 2012 removed,
163! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
164! all variable declaration statements
165! bugfix: #if defined( __parallel ) added
166!
167! 1314 2014-03-14 18:25:17Z suehring
168! Vertical logarithmic interpolation of horizontal particle speed for particles
169! between roughness height and first vertical grid level.
170!
171! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
172! unused variables removed
173!
174! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
175! code put under GPL (PALM 3.9)
176!
177! 849 2012-03-15 10:35:09Z raasch
178! routine renamed: init_particles -> lpm_init
179! de_dx, de_dy, de_dz are allocated here (instead of automatic arrays in
180! advec_particles),
181! sort_particles renamed lpm_sort_arrays, user_init_particles renamed lpm_init
182!
183! 828 2012-02-21 12:00:36Z raasch
184! call of init_kernels, particle feature color renamed class
185!
186! 824 2012-02-17 09:09:57Z raasch
187! particle attributes speed_x|y|z_sgs renamed rvar1|2|3,
188! array particles implemented as pointer
189!
190! 667 2010-12-23 12:06:00Z suehring/gryschka
191! nxl-1, nxr+1, nys-1, nyn+1 replaced by nxlg, nxrg, nysg, nyng for allocation
192! of arrays.
193!
194! Revision 1.1  1999/11/25 16:22:38  raasch
195! Initial revision
196!
197!
198! Description:
199! ------------
200!> This routine initializes a set of particles and their attributes (position,
201!> radius, ..) which are used by the Lagrangian particle model (see lpm).
202!------------------------------------------------------------------------------!
203 MODULE lpm_init_mod
204
205    USE, INTRINSIC ::  ISO_C_BINDING
206
207    USE arrays_3d,                                                             &
208        ONLY:  de_dx, de_dy, de_dz, zu, zw
209
210    USE control_parameters,                                                    &
211        ONLY:  cloud_droplets, constant_flux_layer, current_timestep_number,   &
212               dt_3d, dz, initializing_actions, message_string, ocean,         &
213               simulated_time
214
215    USE grid_variables,                                                        &
216        ONLY:  ddx, dx, ddy, dy
217
218    USE indices,                                                               &
219        ONLY:  nx, nxl, nxlg, nxrg, nxr, ny, nyn, nys, nyng, nysg, nz, nzb,    &
220               nzt, wall_flags_0
221
222    USE kinds
223
224    USE lpm_collision_kernels_mod,                                             &
225        ONLY:  init_kernels
226
227    USE netcdf_interface,                                                      &
228        ONLY:  netcdf_data_format
229
230    USE particle_attributes,                                                   &
231        ONLY:   alloc_factor, bc_par_b, bc_par_lr, bc_par_ns, bc_par_t,        &
232                block_offset, block_offset_def, collision_kernel,              &
233                curvature_solution_effects, density_ratio, grid_particles,     &
234                isf,i_splitting_mode, initial_weighting_factor, ibc_par_b,     &
235                ibc_par_lr, ibc_par_ns, ibc_par_t, iran_part, log_z_z0,        &
236                max_number_of_particle_groups, min_nr_particle,                &
237                number_concentration,                                          &
238                number_particles_per_gridbox,  number_of_particles,            &
239                number_of_particle_groups, number_of_sublayers,                &
240                offset_ocean_nzt, offset_ocean_nzt_m1,                         &
241                particles, particle_advection_start, particle_groups,          &
242                particle_groups_type, particles_per_point,                     &
243                particle_type, pdx, pdy, pdz,  prt_count, psb, psl, psn, psr,  &
244                pss, pst, radius, random_start_position,                       &
245                read_particles_from_restartfile, seed_follows_topography,      &
246                sgs_wf_part, sort_count, splitting_function, splitting_mode,   &
247                total_number_of_particles, use_sgs_for_particles,              &
248                write_particle_statistics, zero_particle, z0_av_global
249
250    USE pegrid
251
252    USE random_function_mod,                                                   &
253        ONLY:  random_function
254
255    USE surface_mod,                                                           &
256        ONLY:  get_topography_top_index_ji, surf_def_h, surf_lsm_h, surf_usm_h
257
258    USE pmc_particle_interface,                                                &
259        ONLY:  pmcp_g_init
260
261    IMPLICIT NONE
262
263    PRIVATE
264
265    INTEGER(iwp), PARAMETER         :: PHASE_INIT    = 1  !<
266    INTEGER(iwp), PARAMETER, PUBLIC :: PHASE_RELEASE = 2  !<
267
268    INTERFACE lpm_init
269       MODULE PROCEDURE lpm_init
270    END INTERFACE lpm_init
271
272    INTERFACE lpm_create_particle
273       MODULE PROCEDURE lpm_create_particle
274    END INTERFACE lpm_create_particle
275
276    PUBLIC lpm_init, lpm_create_particle
277
278 CONTAINS
279
280!------------------------------------------------------------------------------!
281! Description:
282! ------------
283!> @todo Missing subroutine description.
284!------------------------------------------------------------------------------!
285 SUBROUTINE lpm_init
286
287    USE lpm_collision_kernels_mod,                                             &
288        ONLY:  init_kernels
289
290    IMPLICIT NONE
291
292    INTEGER(iwp) ::  i                           !<
293    INTEGER(iwp) ::  j                           !<
294    INTEGER(iwp) ::  k                           !<
295
296    REAL(wp) ::  div                             !<
297    REAL(wp) ::  height_int                      !<
298    REAL(wp) ::  height_p                        !<
299    REAL(wp) ::  z_p                             !<
300    REAL(wp) ::  z0_av_local                     !<
301
302
303!
304!-- In case of oceans runs, the vertical index calculations need an offset,
305!-- because otherwise the k indices will become negative
306    IF ( ocean )  THEN
307       offset_ocean_nzt    = nzt
308       offset_ocean_nzt_m1 = nzt - 1
309    ENDIF
310
311!
312!-- Define block offsets for dividing a gridcell in 8 sub cells
313!-- See documentation for List of subgrid boxes
314!-- See pack_and_sort in lpm_pack_arrays.f90 for assignment of the subgrid boxes
315    block_offset(0) = block_offset_def ( 0, 0, 0)
316    block_offset(1) = block_offset_def ( 0, 0,-1)
317    block_offset(2) = block_offset_def ( 0,-1, 0)
318    block_offset(3) = block_offset_def ( 0,-1,-1)
319    block_offset(4) = block_offset_def (-1, 0, 0)
320    block_offset(5) = block_offset_def (-1, 0,-1)
321    block_offset(6) = block_offset_def (-1,-1, 0)
322    block_offset(7) = block_offset_def (-1,-1,-1)
323!
324!-- Check the number of particle groups.
325    IF ( number_of_particle_groups > max_number_of_particle_groups )  THEN
326       WRITE( message_string, * ) 'max_number_of_particle_groups =',      &
327                                  max_number_of_particle_groups ,         &
328                                  '&number_of_particle_groups reset to ', &
329                                  max_number_of_particle_groups
330       CALL message( 'lpm_init', 'PA0213', 0, 1, 0, 6, 0 )
331       number_of_particle_groups = max_number_of_particle_groups
332    ENDIF
333!
334!-- Check if downward-facing walls exist. This case, reflection boundary
335!-- conditions (as well as subgrid-scale velocities) may do not work
336!-- propably (not realized so far).
337    IF ( surf_def_h(1)%ns >= 1 )  THEN
338       WRITE( message_string, * ) 'Overhanging topography do not work '// &
339                                  'with particles'
340       CALL message( 'lpm_init', 'PA0212', 0, 1, 0, 6, 0 )
341
342    ENDIF
343
344!
345!-- Set default start positions, if necessary
346    IF ( psl(1) == 9999999.9_wp )  psl(1) = 0.0_wp
347    IF ( psr(1) == 9999999.9_wp )  psr(1) = ( nx +1 ) * dx
348    IF ( pss(1) == 9999999.9_wp )  pss(1) = 0.0_wp
349    IF ( psn(1) == 9999999.9_wp )  psn(1) = ( ny +1 ) * dy
350    IF ( psb(1) == 9999999.9_wp )  psb(1) = zu(nz/2)
351    IF ( pst(1) == 9999999.9_wp )  pst(1) = psb(1)
352
353    IF ( pdx(1) == 9999999.9_wp  .OR.  pdx(1) == 0.0_wp )  pdx(1) = dx
354    IF ( pdy(1) == 9999999.9_wp  .OR.  pdy(1) == 0.0_wp )  pdy(1) = dy
355    IF ( pdz(1) == 9999999.9_wp  .OR.  pdz(1) == 0.0_wp )  pdz(1) = zu(2) - zu(1)
356
357!
358!-- If number_particles_per_gridbox is set, the parametres pdx, pdy and pdz are
359!-- calculated diagnostically. Therfore an isotropic distribution is prescribed.
360    IF ( number_particles_per_gridbox /= -1 .AND.   &
361         number_particles_per_gridbox >= 1 )    THEN
362       pdx(1) = (( dx * dy * ( zu(2) - zu(1) ) ) /  &
363             REAL(number_particles_per_gridbox))**0.3333333_wp
364!
365!--    Ensure a smooth value (two significant digits) of distance between
366!--    particles (pdx, pdy, pdz).
367       div = 1000.0_wp
368       DO  WHILE ( pdx(1) < div )
369          div = div / 10.0_wp
370       ENDDO
371       pdx(1) = NINT( pdx(1) * 100.0_wp / div ) * div / 100.0_wp
372       pdy(1) = pdx(1)
373       pdz(1) = pdx(1)
374
375    ENDIF
376
377    DO  j = 2, number_of_particle_groups
378       IF ( psl(j) == 9999999.9_wp )  psl(j) = psl(j-1)
379       IF ( psr(j) == 9999999.9_wp )  psr(j) = psr(j-1)
380       IF ( pss(j) == 9999999.9_wp )  pss(j) = pss(j-1)
381       IF ( psn(j) == 9999999.9_wp )  psn(j) = psn(j-1)
382       IF ( psb(j) == 9999999.9_wp )  psb(j) = psb(j-1)
383       IF ( pst(j) == 9999999.9_wp )  pst(j) = pst(j-1)
384       IF ( pdx(j) == 9999999.9_wp  .OR.  pdx(j) == 0.0_wp )  pdx(j) = pdx(j-1)
385       IF ( pdy(j) == 9999999.9_wp  .OR.  pdy(j) == 0.0_wp )  pdy(j) = pdy(j-1)
386       IF ( pdz(j) == 9999999.9_wp  .OR.  pdz(j) == 0.0_wp )  pdz(j) = pdz(j-1)
387    ENDDO
388
389!
390!-- Allocate arrays required for calculating particle SGS velocities.
391!-- Initialize prefactor required for stoachastic Weil equation.
392    IF ( use_sgs_for_particles  .AND.  .NOT. cloud_droplets )  THEN
393       ALLOCATE( de_dx(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
394                 de_dy(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
395                 de_dz(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
396
397       sgs_wf_part = 1.0_wp / 3.0_wp
398    ENDIF
399
400!
401!-- Allocate array required for logarithmic vertical interpolation of
402!-- horizontal particle velocities between the surface and the first vertical
403!-- grid level. In order to avoid repeated CPU cost-intensive CALLS of
404!-- intrinsic FORTRAN procedure LOG(z/z0), LOG(z/z0) is precalculated for
405!-- several heights. Splitting into 20 sublayers turned out to be sufficient.
406!-- To obtain exact height levels of particles, linear interpolation is applied
407!-- (see lpm_advec.f90).
408    IF ( constant_flux_layer )  THEN
409
410       ALLOCATE ( log_z_z0(0:number_of_sublayers) )
411       z_p = zu(nzb+1) - zw(nzb)
412
413!
414!--    Calculate horizontal mean value of z0 used for logartihmic
415!--    interpolation. Note: this is not exact for heterogeneous z0.
416!--    However, sensitivity studies showed that the effect is
417!--    negligible.
418       z0_av_local  = SUM( surf_def_h(0)%z0 ) + SUM( surf_lsm_h%z0 ) +         &
419                      SUM( surf_usm_h%z0 )
420       z0_av_global = 0.0_wp
421
422#if defined( __parallel )
423       CALL MPI_ALLREDUCE(z0_av_local, z0_av_global, 1, MPI_REAL, MPI_SUM, &
424                          comm2d, ierr )
425#else
426       z0_av_global = z0_av_local
427#endif
428
429       z0_av_global = z0_av_global  / ( ( ny + 1 ) * ( nx + 1 ) )
430!
431!--    Horizontal wind speed is zero below and at z0
432       log_z_z0(0) = 0.0_wp
433!
434!--    Calculate vertical depth of the sublayers
435       height_int  = ( z_p - z0_av_global ) / REAL( number_of_sublayers, KIND=wp )
436!
437!--    Precalculate LOG(z/z0)
438       height_p    = z0_av_global
439       DO  k = 1, number_of_sublayers
440
441          height_p    = height_p + height_int
442          log_z_z0(k) = LOG( height_p / z0_av_global )
443
444       ENDDO
445
446    ENDIF
447
448!
449!-- Check boundary condition and set internal variables
450    SELECT CASE ( bc_par_b )
451
452       CASE ( 'absorb' )
453          ibc_par_b = 1
454
455       CASE ( 'reflect' )
456          ibc_par_b = 2
457
458       CASE DEFAULT
459          WRITE( message_string, * )  'unknown boundary condition ',   &
460                                       'bc_par_b = "', TRIM( bc_par_b ), '"'
461          CALL message( 'lpm_init', 'PA0217', 1, 2, 0, 6, 0 )
462
463    END SELECT
464    SELECT CASE ( bc_par_t )
465
466       CASE ( 'absorb' )
467          ibc_par_t = 1
468
469       CASE ( 'reflect' )
470          ibc_par_t = 2
471         
472       CASE ( 'nested' )
473          ibc_par_t = 3
474
475       CASE DEFAULT
476          WRITE( message_string, * ) 'unknown boundary condition ',   &
477                                     'bc_par_t = "', TRIM( bc_par_t ), '"'
478          CALL message( 'lpm_init', 'PA0218', 1, 2, 0, 6, 0 )
479
480    END SELECT
481    SELECT CASE ( bc_par_lr )
482
483       CASE ( 'cyclic' )
484          ibc_par_lr = 0
485
486       CASE ( 'absorb' )
487          ibc_par_lr = 1
488
489       CASE ( 'reflect' )
490          ibc_par_lr = 2
491         
492       CASE ( 'nested' )
493          ibc_par_lr = 3
494
495       CASE DEFAULT
496          WRITE( message_string, * ) 'unknown boundary condition ',   &
497                                     'bc_par_lr = "', TRIM( bc_par_lr ), '"'
498          CALL message( 'lpm_init', 'PA0219', 1, 2, 0, 6, 0 )
499
500    END SELECT
501    SELECT CASE ( bc_par_ns )
502
503       CASE ( 'cyclic' )
504          ibc_par_ns = 0
505
506       CASE ( 'absorb' )
507          ibc_par_ns = 1
508
509       CASE ( 'reflect' )
510          ibc_par_ns = 2
511         
512       CASE ( 'nested' )
513          ibc_par_ns = 3
514
515       CASE DEFAULT
516          WRITE( message_string, * ) 'unknown boundary condition ',   &
517                                     'bc_par_ns = "', TRIM( bc_par_ns ), '"'
518          CALL message( 'lpm_init', 'PA0220', 1, 2, 0, 6, 0 )
519
520    END SELECT
521    SELECT CASE ( splitting_mode )
522
523       CASE ( 'const' )
524          i_splitting_mode = 1
525
526       CASE ( 'cl_av' )
527          i_splitting_mode = 2
528
529       CASE ( 'gb_av' )
530          i_splitting_mode = 3
531
532       CASE DEFAULT
533          WRITE( message_string, * )  'unknown splitting condition ',   &
534                                       'splitting_mode = "', TRIM( splitting_mode ), '"'
535          CALL message( 'lpm_init', 'PA0146', 1, 2, 0, 6, 0 )
536
537    END SELECT
538    SELECT CASE ( splitting_function )
539
540       CASE ( 'gamma' )
541          isf = 1
542
543       CASE ( 'log' )
544          isf = 2
545
546       CASE ( 'exp' )
547          isf = 3
548
549       CASE DEFAULT
550          WRITE( message_string, * )  'unknown splitting function ',   &
551                                       'splitting_function = "', TRIM( splitting_function ), '"'
552          CALL message( 'lpm_init', 'PA0147', 1, 2, 0, 6, 0 )
553
554    END SELECT
555
556
557!
558!-- Initialize collision kernels
559    IF ( collision_kernel /= 'none' )  CALL init_kernels
560
561!
562!-- For the first model run of a possible job chain initialize the
563!-- particles, otherwise read the particle data from restart file.
564    IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'read_restart_data'  &
565         .AND.  read_particles_from_restartfile )  THEN
566
567       CALL lpm_read_restart_file
568
569    ELSE
570
571!
572!--    Allocate particle arrays and set attributes of the initial set of
573!--    particles, which can be also periodically released at later times.
574       ALLOCATE( prt_count(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
575                 grid_particles(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) )
576
577       number_of_particles         = 0
578
579       sort_count = 0
580       prt_count  = 0
581
582!
583!--    initialize counter for particle IDs
584       grid_particles%id_counter = 1
585
586!
587!--    Initialize all particles with dummy values (otherwise errors may
588!--    occur within restart runs). The reason for this is still not clear
589!--    and may be presumably caused by errors in the respective user-interface.
590       zero_particle = particle_type( 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp,  &
591                                      0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp,  &
592                                      0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp,  &
593                                      0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp,  &
594                                      0, 0, 0_idp, .FALSE., -1 )
595
596       particle_groups = particle_groups_type( 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp )
597
598!
599!--    Set values for the density ratio and radius for all particle
600!--    groups, if necessary
601       IF ( density_ratio(1) == 9999999.9_wp )  density_ratio(1) = 0.0_wp
602       IF ( radius(1)        == 9999999.9_wp )  radius(1) = 0.0_wp
603       DO  i = 2, number_of_particle_groups
604          IF ( density_ratio(i) == 9999999.9_wp )  THEN
605             density_ratio(i) = density_ratio(i-1)
606          ENDIF
607          IF ( radius(i) == 9999999.9_wp )  radius(i) = radius(i-1)
608       ENDDO
609
610       DO  i = 1, number_of_particle_groups
611          IF ( density_ratio(i) /= 0.0_wp  .AND.  radius(i) == 0 )  THEN
612             WRITE( message_string, * ) 'particle group #', i, 'has a', &
613                                        'density ratio /= 0 but radius = 0'
614             CALL message( 'lpm_init', 'PA0215', 1, 2, 0, 6, 0 )
615          ENDIF
616          particle_groups(i)%density_ratio = density_ratio(i)
617          particle_groups(i)%radius        = radius(i)
618       ENDDO
619
620!
621!--    Set a seed value for the random number generator to be exclusively
622!--    used for the particle code. The generated random numbers should be
623!--    different on the different PEs.
624       iran_part = iran_part + myid
625
626       CALL lpm_create_particle (PHASE_INIT)
627!
628!--    User modification of initial particles
629       CALL user_lpm_init
630
631!
632!--    Open file for statistical informations about particle conditions
633       IF ( write_particle_statistics )  THEN
634          CALL check_open( 80 )
635          WRITE ( 80, 8000 )  current_timestep_number, simulated_time,         &
636                              number_of_particles
637          CALL close_file( 80 )
638       ENDIF
639
640    ENDIF
641
642    CALL pmcp_g_init
643
644!
645!-- To avoid programm abort, assign particles array to the local version of
646!-- first grid cell
647    number_of_particles = prt_count(nzb+1,nys,nxl)
648    particles => grid_particles(nzb+1,nys,nxl)%particles(1:number_of_particles)
649!
650!-- Formats
6518000 FORMAT (I6,1X,F7.2,4X,I10,71X,I10)
652
653 END SUBROUTINE lpm_init
654
655!------------------------------------------------------------------------------!
656! Description:
657! ------------
658!> @todo Missing subroutine description.
659!------------------------------------------------------------------------------!
660 SUBROUTINE lpm_create_particle (phase)
661   
662    USE arrays_3d,                                                             &
663       ONLY:  zw
664    USE lpm_exchange_horiz_mod,                                                &
665        ONLY: lpm_exchange_horiz, lpm_move_particle, realloc_particles_array
666
667    USE lpm_pack_and_sort_mod,                                                 &
668        ONLY: lpm_sort_in_subboxes
669
670    USE particle_attributes,                                                   &
671        ONLY: deleted_particles
672
673    IMPLICIT  NONE
674
675    INTEGER(iwp)               ::  alloc_size  !< relative increase of allocated memory for particles
676    INTEGER(iwp)               ::  i           !< loop variable ( particle groups )
677    INTEGER(iwp)               ::  ip          !< index variable along x
678    INTEGER(iwp)               ::  j           !< loop variable ( particles per point )
679    INTEGER(iwp)               ::  jp          !< index variable along y
680    INTEGER(iwp)               ::  k           !< index variable along z
681    INTEGER(iwp)               ::  k_surf      !< index of surface grid point
682    INTEGER(iwp)               ::  kp          !< index variable along z
683    INTEGER(iwp)               ::  loop_stride !< loop variable for initialization
684    INTEGER(iwp)               ::  n           !< loop variable ( number of particles )
685    INTEGER(iwp)               ::  new_size    !< new size of allocated memory for particles
686
687    INTEGER(iwp), INTENT(IN)   ::  phase       !< mode of inititialization
688
689    INTEGER(iwp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) ::  local_count !< start address of new particle
690    INTEGER(iwp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) ::  local_start !< start address of new particle
691
692    LOGICAL                    ::  first_stride !< flag for initialization
693
694    REAL(wp)                   ::  pos_x      !< increment for particle position in x
695    REAL(wp)                   ::  pos_y      !< increment for particle position in y
696    REAL(wp)                   ::  pos_z      !< increment for particle position in z
697    REAL(wp)                   ::  rand_contr !< dummy argument for random position
698
699    TYPE(particle_type),TARGET ::  tmp_particle !< temporary particle used for initialization
700
701!
702!-- Calculate particle positions and store particle attributes, if
703!-- particle is situated on this PE
704    DO  loop_stride = 1, 2
705       first_stride = (loop_stride == 1)
706       IF ( first_stride )   THEN
707          local_count = 0           ! count number of particles
708       ELSE
709          local_count = prt_count   ! Start address of new particles
710       ENDIF
711
712!
713!--    Calculate initial_weighting_factor diagnostically
714       IF ( number_concentration /= -1.0_wp .AND. number_concentration > 0.0_wp ) THEN
715          initial_weighting_factor =  number_concentration * 1.0E6_wp *             &
716                                      pdx(1) * pdy(1) * pdz(1)
717       END IF
718
719       n = 0
720       DO  i = 1, number_of_particle_groups
721
722          pos_z = psb(i)
723
724          DO WHILE ( pos_z <= pst(i) )
725
726             IF ( pos_z >= zw(0) .AND.  pos_z < zw(nzt) )  THEN
727
728
729                pos_y = pss(i)
730
731                DO WHILE ( pos_y <= psn(i) )
732
733                   IF ( pos_y >= nys * dy  .AND.                  &
734                        pos_y <  ( nyn + 1 ) * dy  ) THEN
735
736                      pos_x = psl(i)
737
738               xloop: DO WHILE ( pos_x <= psr(i) )
739
740                         IF ( pos_x >= nxl * dx  .AND.            &
741                              pos_x <  ( nxr + 1) * dx ) THEN
742
743                            DO  j = 1, particles_per_point
744
745
746                               n = n + 1
747                               tmp_particle%x             = pos_x
748                               tmp_particle%y             = pos_y
749                               tmp_particle%z             = pos_z
750                               tmp_particle%age           = 0.0_wp
751                               tmp_particle%age_m         = 0.0_wp
752                               tmp_particle%dt_sum        = 0.0_wp
753                               tmp_particle%e_m           = 0.0_wp
754                               tmp_particle%rvar1         = 0.0_wp
755                               tmp_particle%rvar2         = 0.0_wp
756                               tmp_particle%rvar3         = 0.0_wp
757                               tmp_particle%speed_x       = 0.0_wp
758                               tmp_particle%speed_y       = 0.0_wp
759                               tmp_particle%speed_z       = 0.0_wp
760                               tmp_particle%origin_x      = pos_x
761                               tmp_particle%origin_y      = pos_y
762                               tmp_particle%origin_z      = pos_z
763                               IF ( curvature_solution_effects )  THEN
764                                  tmp_particle%aux1      = 0.0_wp    ! dry aerosol radius
765                                  tmp_particle%aux2      = dt_3d     ! last Rosenbrock timestep
766                               ELSE
767                                  tmp_particle%aux1      = 0.0_wp    ! free to use
768                                  tmp_particle%aux2      = 0.0_wp    ! free to use
769                               ENDIF
770                               tmp_particle%radius        = particle_groups(i)%radius
771                               tmp_particle%weight_factor = initial_weighting_factor
772                               tmp_particle%class         = 1
773                               tmp_particle%group         = i
774                               tmp_particle%id            = 0_idp
775                               tmp_particle%particle_mask = .TRUE.
776                               tmp_particle%block_nr      = -1
777!
778!--                            Determine the grid indices of the particle position
779                               ip = tmp_particle%x * ddx
780                               jp = tmp_particle%y * ddy
781                               kp = tmp_particle%z / dz + 1 + offset_ocean_nzt                               
782                               DO WHILE( zw(kp) < tmp_particle%z ) 
783                                  kp = kp + 1
784                               ENDDO
785                               DO WHILE( zw(kp-1) > tmp_particle%z )
786                                  kp = kp - 1
787                               ENDDO
788!
789!--                            Determine surface level. Therefore, check for
790!--                            upward-facing wall on w-grid.
791                               k_surf = get_topography_top_index_ji( jp, ip, 'w' )
792
793                               IF ( seed_follows_topography )  THEN
794!
795!--                               Particle height is given relative to topography
796                                  kp = kp + k_surf
797                                  tmp_particle%z = tmp_particle%z + zw(k_surf)
798!--                               Skip particle release if particle position is
799!--                               above model top, or within topography in case
800!--                               of overhanging structures.
801                                  IF ( kp > nzt  .OR.                          &
802                                 .NOT. BTEST( wall_flags_0(kp,jp,ip), 0 ) )  THEN
803                                     pos_x = pos_x + pdx(i)
804                                     CYCLE xloop
805                                  ENDIF
806!
807!--                            Skip particle release if particle position is
808!--                            below surface, or within topography in case
809!--                            of overhanging structures.
810                               ELSEIF ( .NOT. seed_follows_topography .AND.    &
811                                         tmp_particle%z <= zw(k_surf)  .OR.    &
812                                        .NOT. BTEST( wall_flags_0(kp,jp,ip), 0 ) )&
813                               THEN
814                                  pos_x = pos_x + pdx(i)
815                                  CYCLE xloop
816                               ENDIF
817
818                               local_count(kp,jp,ip) = local_count(kp,jp,ip) + 1
819
820                               IF ( .NOT. first_stride )  THEN
821                                  IF ( ip < nxl  .OR.  jp < nys  .OR.  kp < nzb+1 )  THEN
822                                     write(6,*) 'xl ',ip,jp,kp,nxl,nys,nzb+1
823                                  ENDIF
824                                  IF ( ip > nxr  .OR.  jp > nyn  .OR.  kp > nzt )  THEN
825                                     write(6,*) 'xu ',ip,jp,kp,nxr,nyn,nzt
826                                  ENDIF
827                                  grid_particles(kp,jp,ip)%particles(local_count(kp,jp,ip)) = tmp_particle
828
829                               ENDIF
830                            ENDDO
831
832                         ENDIF
833
834                         pos_x = pos_x + pdx(i)
835
836                      ENDDO xloop
837
838                   ENDIF
839
840                   pos_y = pos_y + pdy(i)
841
842                ENDDO
843
844             ENDIF
845
846             pos_z = pos_z + pdz(i)
847
848          ENDDO
849
850       ENDDO
851
852       IF ( first_stride )  THEN
853          DO  ip = nxl, nxr
854             DO  jp = nys, nyn
855                DO  kp = nzb+1, nzt
856                   IF ( phase == PHASE_INIT )  THEN
857                      IF ( local_count(kp,jp,ip) > 0 )  THEN
858                         alloc_size = MAX( INT( local_count(kp,jp,ip) *        &
859                            ( 1.0_wp + alloc_factor / 100.0_wp ) ),            &
860                            min_nr_particle )
861                      ELSE
862                         alloc_size = min_nr_particle
863                      ENDIF
864                      ALLOCATE(grid_particles(kp,jp,ip)%particles(1:alloc_size))
865                      DO  n = 1, alloc_size
866                         grid_particles(kp,jp,ip)%particles(n) = zero_particle
867                      ENDDO
868                   ELSEIF ( phase == PHASE_RELEASE )  THEN
869                      IF ( local_count(kp,jp,ip) > 0 )  THEN
870                         new_size   = local_count(kp,jp,ip) + prt_count(kp,jp,ip)
871                         alloc_size = MAX( INT( new_size * ( 1.0_wp +          &
872                            alloc_factor / 100.0_wp ) ), min_nr_particle )
873                         IF( alloc_size > SIZE( grid_particles(kp,jp,ip)%particles) )  THEN
874                            CALL realloc_particles_array(ip,jp,kp,alloc_size)
875                         ENDIF
876                      ENDIF
877                   ENDIF
878                ENDDO
879             ENDDO
880          ENDDO
881       ENDIF
882
883    ENDDO
884
885
886
887    local_start = prt_count+1
888    prt_count   = local_count
889
890!
891!-- Calculate particle IDs
892    DO  ip = nxl, nxr
893       DO  jp = nys, nyn
894          DO  kp = nzb+1, nzt
895             number_of_particles = prt_count(kp,jp,ip)
896             IF ( number_of_particles <= 0 )  CYCLE
897             particles => grid_particles(kp,jp,ip)%particles(1:number_of_particles)
898
899             DO  n = local_start(kp,jp,ip), number_of_particles  !only new particles
900
901                particles(n)%id = 10000_idp**3 * grid_particles(kp,jp,ip)%id_counter + &
902                                  10000_idp**2 * kp + 10000_idp * jp + ip
903!
904!--             Count the number of particles that have been released before
905                grid_particles(kp,jp,ip)%id_counter =                          &
906                                         grid_particles(kp,jp,ip)%id_counter + 1
907
908             ENDDO
909
910          ENDDO
911       ENDDO
912    ENDDO
913
914!
915!-- Initialize aerosol background spectrum
916    IF ( curvature_solution_effects )  THEN
917       CALL lpm_init_aerosols(local_start)
918    ENDIF
919
920!
921!-- Add random fluctuation to particle positions.
922    IF ( random_start_position )  THEN
923       DO  ip = nxl, nxr
924          DO  jp = nys, nyn
925             DO  kp = nzb+1, nzt
926                number_of_particles = prt_count(kp,jp,ip)
927                IF ( number_of_particles <= 0 )  CYCLE
928                particles => grid_particles(kp,jp,ip)%particles(1:number_of_particles)
929!
930!--             Move only new particles. Moreover, limit random fluctuation
931!--             in order to prevent that particles move more than one grid box,
932!--             which would lead to problems concerning particle exchange
933!--             between processors in case pdx/pdy are larger than dx/dy,
934!--             respectively.
935                DO  n = local_start(kp,jp,ip), number_of_particles
936                   IF ( psl(particles(n)%group) /= psr(particles(n)%group) )  THEN
937                      rand_contr = ( random_function( iran_part ) - 0.5_wp ) * &
938                                     pdx(particles(n)%group)
939                      particles(n)%x = particles(n)%x +                        &
940                              MERGE( rand_contr, SIGN( dx, rand_contr ),       &
941                                     ABS( rand_contr ) < dx                    &
942                                   )
943                   ENDIF
944                   IF ( pss(particles(n)%group) /= psn(particles(n)%group) )  THEN
945                      rand_contr = ( random_function( iran_part ) - 0.5_wp ) * &
946                                     pdy(particles(n)%group)
947                      particles(n)%y = particles(n)%y +                        &
948                              MERGE( rand_contr, SIGN( dy, rand_contr ),       &
949                                     ABS( rand_contr ) < dy                    &
950                                   )
951                   ENDIF
952                   IF ( psb(particles(n)%group) /= pst(particles(n)%group) )  THEN
953                      rand_contr = ( random_function( iran_part ) - 0.5_wp ) * &
954                                     pdz(particles(n)%group)
955                      particles(n)%z = particles(n)%z +                        &
956                              MERGE( rand_contr, SIGN( dz, rand_contr ),       &
957                                     ABS( rand_contr ) < dz                    &
958                                   )
959                   ENDIF
960                ENDDO
961!
962!--             Identify particles located outside the model domain and reflect
963!--             or absorb them if necessary.
964                CALL lpm_boundary_conds( 'bottom/top', i, j, k )
965!
966!--             Furthermore, remove particles located in topography. Note, as
967!--             the particle speed is still zero at this point, wall
968!--             reflection boundary conditions will not work in this case.
969                particles =>                                                   &
970                       grid_particles(kp,jp,ip)%particles(1:number_of_particles)
971                DO  n = local_start(kp,jp,ip), number_of_particles
972                   i = particles(n)%x * ddx
973                   j = particles(n)%y * ddy
974                   k = particles(n)%z / dz + 1 + offset_ocean_nzt
975                   DO WHILE( zw(k) < particles(n)%z )
976                      k = k + 1
977                   ENDDO
978                   DO WHILE( zw(k-1) > particles(n)%z )
979                      k = k - 1
980                   ENDDO
981!
982!--                Check if particle is within topography
983                   IF ( .NOT. BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 0 ) )  THEN
984                      particles(n)%particle_mask = .FALSE.
985                      deleted_particles = deleted_particles + 1
986                   ENDIF
987
988                ENDDO
989             ENDDO
990          ENDDO
991       ENDDO
992!
993!--    Exchange particles between grid cells and processors
994       CALL lpm_move_particle
995       CALL lpm_exchange_horiz
996
997    ENDIF
998!
999!-- In case of random_start_position, delete particles identified by
1000!-- lpm_exchange_horiz and lpm_boundary_conds. Then sort particles into blocks,
1001!-- which is needed for a fast interpolation of the LES fields on the particle
1002!-- position.
1003    CALL lpm_sort_in_subboxes
1004
1005!
1006!-- Determine the current number of particles
1007    DO  ip = nxl, nxr
1008       DO  jp = nys, nyn
1009          DO  kp = nzb+1, nzt
1010             number_of_particles         = number_of_particles                 &
1011                                           + prt_count(kp,jp,ip)
1012          ENDDO
1013       ENDDO
1014    ENDDO
1015!
1016!-- Calculate the number of particles of the total domain
1017#if defined( __parallel )
1018    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1019    CALL MPI_ALLREDUCE( number_of_particles, total_number_of_particles, 1, &
1020    MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1021#else
1022    total_number_of_particles = number_of_particles
1023#endif
1024
1025    RETURN
1026
1027 END SUBROUTINE lpm_create_particle
1028
1029 SUBROUTINE lpm_init_aerosols(local_start)
1030
1031    USE arrays_3d,                                                             &
1032        ONLY: hyp, pt, q
1033
1034    USE cloud_parameters,                                                      &
1035        ONLY: l_d_rv, molecular_weight_of_solute,                              &
1036              molecular_weight_of_water, rho_l, r_v, rho_s, vanthoff
1037
1038    USE constants,                                                             &
1039        ONLY: pi
1040
1041    USE diagnostic_quantities_mod,                                             &
1042        ONLY:  magnus
1043
1044
1045    USE kinds
1046
1047    USE particle_attributes,                                                   &
1048        ONLY: aero_species, aero_type, aero_weight, log_sigma, na, rm
1049
1050    IMPLICIT NONE
1051
1052    REAL(wp)  :: afactor            !< curvature effects
1053    REAL(wp)  :: bfactor            !< solute effects
1054    REAL(wp)  :: dlogr              !< logarithmic width of radius bin
1055    REAL(wp)  :: e_a                !< vapor pressure
1056    REAL(wp)  :: e_s                !< saturation vapor pressure
1057    REAL(wp)  :: rmin = 0.005e-6_wp !< minimum aerosol radius
1058    REAL(wp)  :: rmax = 10.0e-6_wp  !< maximum aerosol radius
1059    REAL(wp)  :: r_mid              !< mean radius of bin
1060    REAL(wp)  :: r_l                !< left radius of bin
1061    REAL(wp)  :: r_r                !< right radius of bin
1062    REAL(wp)  :: sigma              !< surface tension
1063    REAL(wp)  :: t_int              !< temperature
1064
1065    INTEGER(iwp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), INTENT(IN) ::  local_start !<
1066
1067    INTEGER(iwp)  :: n              !<
1068    INTEGER(iwp)  :: ip             !<
1069    INTEGER(iwp)  :: jp             !<
1070    INTEGER(iwp)  :: kp             !<
1071
1072!
1073!-- Set constants for different aerosol species
1074    IF ( TRIM(aero_species) .EQ. 'nacl' ) THEN
1075       molecular_weight_of_solute = 0.05844_wp 
1076       rho_s                      = 2165.0_wp
1077       vanthoff                   = 2.0_wp
1078    ELSEIF ( TRIM(aero_species) .EQ. 'c3h4o4' ) THEN
1079       molecular_weight_of_solute = 0.10406_wp 
1080       rho_s                      = 1600.0_wp
1081       vanthoff                   = 1.37_wp
1082    ELSEIF ( TRIM(aero_species) .EQ. 'nh4o3' ) THEN
1083       molecular_weight_of_solute = 0.08004_wp 
1084       rho_s                      = 1720.0_wp
1085       vanthoff                   = 2.31_wp
1086    ELSE
1087       WRITE( message_string, * ) 'unknown aerosol species ',   &
1088                                'aero_species = "', TRIM( aero_species ), '"'
1089       CALL message( 'lpm_init', 'PA0470', 1, 2, 0, 6, 0 )
1090    ENDIF
1091!
1092!-- The following typical aerosol spectra are taken from Jaenicke (1993):
1093!-- Tropospheric aerosols. Published in Aerosol-Cloud-Climate Interactions.
1094    IF ( TRIM(aero_type) .EQ. 'polar' )  THEN
1095       na        = (/ 2.17e1, 1.86e-1, 3.04e-4 /) * 1.0E6
1096       rm        = (/ 0.0689, 0.375, 4.29 /) * 1.0E-6
1097       log_sigma = (/ 0.245, 0.300, 0.291 /)
1098    ELSEIF ( TRIM(aero_type) .EQ. 'background' )  THEN
1099       na        = (/ 1.29e2, 5.97e1, 6.35e1 /) * 1.0E6
1100       rm        = (/ 0.0036, 0.127, 0.259 /) * 1.0E-6
1101       log_sigma = (/ 0.645, 0.253, 0.425 /)
1102    ELSEIF ( TRIM(aero_type) .EQ. 'maritime' )  THEN
1103       na        = (/ 1.33e2, 6.66e1, 3.06e0 /) * 1.0E6
1104       rm        = (/ 0.0039, 0.133, 0.29 /) * 1.0E-6
1105       log_sigma = (/ 0.657, 0.210, 0.396 /)
1106    ELSEIF ( TRIM(aero_type) .EQ. 'continental' )  THEN
1107       na        = (/ 3.20e3, 2.90e3, 3.00e-1 /) * 1.0E6
1108       rm        = (/ 0.01, 0.058, 0.9 /) * 1.0E-6
1109       log_sigma = (/ 0.161, 0.217, 0.380 /)
1110    ELSEIF ( TRIM(aero_type) .EQ. 'desert' )  THEN
1111       na        = (/ 7.26e2, 1.14e3, 1.78e-1 /) * 1.0E6
1112       rm        = (/ 0.001, 0.0188, 10.8 /) * 1.0E-6
1113       log_sigma = (/ 0.247, 0.770, 0.438 /)
1114    ELSEIF ( TRIM(aero_type) .EQ. 'rural' )  THEN
1115       na        = (/ 6.65e3, 1.47e2, 1.99e3 /) * 1.0E6
1116       rm        = (/ 0.00739, 0.0269, 0.0419 /) * 1.0E-6
1117       log_sigma = (/ 0.225, 0.557, 0.266 /)
1118    ELSEIF ( TRIM(aero_type) .EQ. 'urban' )  THEN
1119       na        = (/ 9.93e4, 1.11e3, 3.64e4 /) * 1.0E6
1120       rm        = (/ 0.00651, 0.00714, 0.0248 /) * 1.0E-6
1121       log_sigma = (/ 0.245, 0.666, 0.337 /)
1122    ELSEIF ( TRIM(aero_type) .EQ. 'user' )  THEN
1123       CONTINUE
1124    ELSE
1125       WRITE( message_string, * ) 'unknown aerosol type ',   &
1126                                'aero_type = "', TRIM( aero_type ), '"'
1127       CALL message( 'lpm_init', 'PA0459', 1, 2, 0, 6, 0 )
1128    ENDIF
1129
1130    DO  ip = nxl, nxr
1131       DO  jp = nys, nyn
1132          DO  kp = nzb+1, nzt
1133
1134             number_of_particles = prt_count(kp,jp,ip)
1135             IF ( number_of_particles <= 0 )  CYCLE
1136             particles => grid_particles(kp,jp,ip)%particles(1:number_of_particles)
1137
1138             dlogr   = ( LOG10(rmax) - LOG10(rmin) ) / ( number_of_particles - local_start(kp,jp,ip) + 1 )
1139!
1140!--          Initialize the aerosols with a predefined spectral distribution
1141!--          of the dry radius (logarithmically increasing bins) and a varying
1142!--          weighting factor
1143             DO  n = local_start(kp,jp,ip), number_of_particles  !only new particles
1144
1145                r_l   = 10.0**( LOG10( rmin ) + (n-1) * dlogr )
1146                r_r   = 10.0**( LOG10( rmin ) + n * dlogr )
1147                r_mid = SQRT( r_l * r_r )
1148
1149                particles(n)%aux1          = r_mid
1150                particles(n)%weight_factor =                                           &
1151                   ( na(1) / ( SQRT( 2.0 * pi ) * log_sigma(1) ) *                     &
1152                     EXP( - LOG10( r_mid / rm(1) )**2 / ( 2.0 * log_sigma(1)**2 ) ) +  &
1153                     na(2) / ( SQRT( 2.0 * pi ) * log_sigma(2) ) *                     &
1154                     EXP( - LOG10( r_mid / rm(2) )**2 / ( 2.0 * log_sigma(2)**2 ) ) +  &
1155                     na(3) / ( SQRT( 2.0 * pi ) * log_sigma(3) ) *                     &
1156                     EXP( - LOG10( r_mid / rm(3) )**2 / ( 2.0 * log_sigma(3)**2 ) )    &
1157                   ) * ( LOG10(r_r) - LOG10(r_l) ) * ( dx * dy * dz )
1158
1159!
1160!--             Multiply weight_factor with the namelist parameter aero_weight
1161!--             to increase or decrease the number of simulated aerosols
1162                particles(n)%weight_factor = particles(n)%weight_factor * aero_weight
1163
1164                IF ( particles(n)%weight_factor - FLOOR(particles(n)%weight_factor,KIND=wp) &
1165                     .GT. random_function( iran_part ) )  THEN
1166                   particles(n)%weight_factor = FLOOR(particles(n)%weight_factor,KIND=wp) + 1.0
1167                ELSE
1168                   particles(n)%weight_factor = FLOOR(particles(n)%weight_factor,KIND=wp)
1169                ENDIF
1170!
1171!--             Unnecessary particles will be deleted
1172                IF ( particles(n)%weight_factor .LE. 0.0 )  particles(n)%particle_mask = .FALSE.
1173
1174             ENDDO
1175!
1176!--          Set particle radius to equilibrium radius based on the environmental
1177!--          supersaturation (Khvorostyanov and Curry, 2007, JGR). This avoids
1178!--          the sometimes lengthy growth toward their equilibrium radius within
1179!--          the simulation.
1180             t_int  = pt(kp,jp,ip) * ( hyp(kp) / 100000.0_wp )**0.286_wp
1181
1182             e_s = magnus( t_int )
1183             e_a = q(kp,jp,ip) * hyp(kp) / ( q(kp,jp,ip) + 0.622_wp )
1184
1185             sigma   = 0.0761_wp - 0.000155_wp * ( t_int - 273.15_wp )
1186             afactor = 2.0_wp * sigma / ( rho_l * r_v * t_int )
1187
1188             bfactor = vanthoff * molecular_weight_of_water *    &
1189                       rho_s / ( molecular_weight_of_solute * rho_l )
1190!
1191!--          The formula is only valid for subsaturated environments. For
1192!--          supersaturations higher than -5 %, the supersaturation is set to -5%.
1193             IF ( e_a / e_s >= 0.95_wp )  e_a = 0.95_wp * e_s
1194
1195             DO  n = local_start(kp,jp,ip), number_of_particles  !only new particles
1196!
1197!--             For details on this equation, see Eq. (14) of Khvorostyanov and
1198!--             Curry (2007, JGR)
1199                particles(n)%radius = bfactor**0.3333333_wp *                  &
1200                   particles(n)%aux1 / ( 1.0_wp - e_a / e_s )**0.3333333_wp / &
1201                   ( 1.0_wp + ( afactor / ( 3.0_wp * bfactor**0.3333333_wp *   &
1202                     particles(n)%aux1 ) ) /                                  &
1203                     ( 1.0_wp - e_a / e_s )**0.6666666_wp                      &
1204                   )
1205
1206             ENDDO
1207
1208          ENDDO
1209       ENDDO
1210    ENDDO
1211
1212 END SUBROUTINE lpm_init_aerosols
1213
1214END MODULE lpm_init_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.