source: palm/trunk/SOURCE/lpm_init.f90 @ 3524

Last change on this file since 3524 was 3524, checked in by raasch, 4 years ago

unused variables removed, missing working precision added, missing preprocessor directives added, bugfix concerning allocation of t_surf_wall_v in nopointer case, declaration statements rearranged to avoid compile time errors, mpi_abort arguments replaced to avoid compile errors

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 47.6 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 3524 2018-11-14 13:36:44Z raasch $
27! added missing working precision
28!
29! 3361 2018-10-16 20:39:37Z knoop
30! ocean renamed ocean_mode
31!
32! 3274 2018-09-24 15:42:55Z knoop
33! Modularization of all bulk cloud physics code components
34!
35! 3241 2018-09-12 15:02:00Z raasch
36! unused variables removed
37!
38! 3065 2018-06-12 07:03:02Z Giersch
39! dz was replaced by dzw or dz(1) to allow for right vertical stretching
40!
41! 3049 2018-05-29 13:52:36Z Giersch
42! Error messages revised
43!
44! 3045 2018-05-28 07:55:41Z Giersch
45! Error message revised
46!
47! 3039 2018-05-24 13:13:11Z schwenkel
48! bugfix for lcm with grid stretching
49!
50! 2967 2018-04-13 11:22:08Z raasch
51! nesting routine is only called if nesting is switched on
52!
53! 2954 2018-04-09 14:35:46Z schwenkel
54! Bugfix for particle initialization in case of ocean
55!
56! 2801 2018-02-14 16:01:55Z thiele
57! Introduce particle transfer in nested models.
58!
59! 2718 2018-01-02 08:49:38Z maronga
60! Corrected "Former revisions" section
61!
62! 2701 2017-12-15 15:40:50Z suehring
63! Changes from last commit documented
64!
65! 2698 2017-12-14 18:46:24Z suehring
66! Grid indices passed to lpm_boundary_conds. (responsible Philipp Thiele)
67!
68! 2696 2017-12-14 17:12:51Z kanani
69! Change in file header (GPL part)
70!
71! 2628 2017-11-20 12:40:38Z schwenkel
72! Enabled particle advection with grid stretching.
73!
74! 2608 2017-11-13 14:04:26Z schwenkel
75! Calculation of magnus equation in external module (diagnostic_quantities_mod).
76!
77! 2606 2017-11-10 10:36:31Z schwenkel
78! Changed particle box locations: center of particle box now coincides
79! with scalar grid point of same index.
80! Renamed module and subroutines: lpm_pack_arrays_mod -> lpm_pack_and_sort_mod
81! lpm_pack_all_arrays -> lpm_sort_in_subboxes, lpm_pack_arrays -> lpm_pack
82! lpm_sort -> lpm_sort_timeloop_done
83!
84! 2375 2017-08-29 14:10:28Z schwenkel
85! Initialization of chemical aerosol composition
86!
87! 2346 2017-08-09 16:39:17Z suehring
88! Bugfix, correct determination of topography top index
89!
90! 2318 2017-07-20 17:27:44Z suehring
91! Get topography top index via Function call
92!
93! 2317 2017-07-20 17:27:19Z suehring
94! Extended particle data type. Aerosol initialization improved.
95!
96! 2305 2017-07-06 11:18:47Z hoffmann
97! Improved calculation of particle IDs.
98!
99! 2274 2017-06-09 13:27:48Z Giersch
100!  Changed error messages
101!
102! 2265 2017-06-08 16:58:28Z schwenkel
103! Unused variables removed.
104!
105! 2263 2017-06-08 14:59:01Z schwenkel
106! Implemented splitting and merging algorithm
107!
108! 2233 2017-05-30 18:08:54Z suehring
109!
110! 2232 2017-05-30 17:47:52Z suehring
111! Adjustments according to new topography realization
112!
113!
114! 2223 2017-05-15 16:38:09Z suehring
115! Add check for particle release at model top
116!
117! 2182 2017-03-17 14:27:40Z schwenkel
118! Added parameters for simplified particle initialization.
119!
120! 2122 2017-01-18 12:22:54Z hoffmann
121! Improved initialization of equilibrium aerosol radii
122! Calculation of particle ID
123!
124! 2000 2016-08-20 18:09:15Z knoop
125! Forced header and separation lines into 80 columns
126!
127! 2016-06-09 16:25:25Z suehring
128! Bugfix in determining initial particle height and grid index in case of
129! seed_follows_topography.
130! Bugfix concerning random positions, ensure that particles do not move more
131! than one grid length.
132! Bugfix logarithmic interpolation.
133! Initial setting of sgs_wf_part.
134!
135! 1890 2016-04-22 08:52:11Z hoffmann
136! Initialization of aerosol equilibrium radius not possible in supersaturated
137! environments. Therefore, a maximum supersaturation of -1 % is assumed during
138! initialization.
139!
140! 1873 2016-04-18 14:50:06Z maronga
141! Module renamed (removed _mod
142!
143! 1871 2016-04-15 11:46:09Z hoffmann
144! Initialization of aerosols added.
145!
146! 1850 2016-04-08 13:29:27Z maronga
147! Module renamed
148!
149! 1831 2016-04-07 13:15:51Z hoffmann
150! curvature_solution_effects moved to particle_attributes
151!
152! 1822 2016-04-07 07:49:42Z hoffmann
153! Unused variables removed.
154!
155! 1783 2016-03-06 18:36:17Z raasch
156! netcdf module added
157!
158! 1725 2015-11-17 13:01:51Z hoffmann
159! Bugfix: Processor-dependent seed for random function is generated before it is
160! used.
161!
162! 1691 2015-10-26 16:17:44Z maronga
163! Renamed prandtl_layer to constant_flux_layer.
164!
165! 1685 2015-10-08 07:32:13Z raasch
166! bugfix concerning vertical index offset in case of ocean
167!
168! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
169! Code annotations made doxygen readable
170!
171! 1575 2015-03-27 09:56:27Z raasch
172! initial vertical particle position is allowed to follow the topography
173!
174! 1359 2014-04-11 17:15:14Z hoffmann
175! New particle structure integrated.
176! Kind definition added to all floating point numbers.
177! lpm_init changed form a subroutine to a module.
178!
179! 1327 2014-03-21 11:00:16Z raasch
180! -netcdf_output
181!
182! 1322 2014-03-20 16:38:49Z raasch
183! REAL functions provided with KIND-attribute
184!
185! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
186! ONLY-attribute added to USE-statements,
187! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
188! kinds are defined in new module kinds,
189! revision history before 2012 removed,
190! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
191! all variable declaration statements
192! bugfix: #if defined( __parallel ) added
193!
194! 1314 2014-03-14 18:25:17Z suehring
195! Vertical logarithmic interpolation of horizontal particle speed for particles
196! between roughness height and first vertical grid level.
197!
198! 1092 2013-02-02 11:24:22Z raasch
199! unused variables removed
200!
201! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
202! code put under GPL (PALM 3.9)
203!
204! 849 2012-03-15 10:35:09Z raasch
205! routine renamed: init_particles -> lpm_init
206! de_dx, de_dy, de_dz are allocated here (instead of automatic arrays in
207! advec_particles),
208! sort_particles renamed lpm_sort_arrays, user_init_particles renamed lpm_init
209!
210! 828 2012-02-21 12:00:36Z raasch
211! call of init_kernels, particle feature color renamed class
212!
213! 824 2012-02-17 09:09:57Z raasch
214! particle attributes speed_x|y|z_sgs renamed rvar1|2|3,
215! array particles implemented as pointer
216!
217! 667 2010-12-23 12:06:00Z suehring/gryschka
218! nxl-1, nxr+1, nys-1, nyn+1 replaced by nxlg, nxrg, nysg, nyng for allocation
219! of arrays.
220!
221! Revision 1.1  1999/11/25 16:22:38  raasch
222! Initial revision
223!
224!
225! Description:
226! ------------
227!> This routine initializes a set of particles and their attributes (position,
228!> radius, ..) which are used by the Lagrangian particle model (see lpm).
229!------------------------------------------------------------------------------!
230 MODULE lpm_init_mod
231
232    USE, INTRINSIC ::  ISO_C_BINDING
233
234    USE arrays_3d,                                                             &
235        ONLY:  de_dx, de_dy, de_dz, dzw, zu, zw
236
237    USE control_parameters,                                                    &
238        ONLY:  cloud_droplets, constant_flux_layer, current_timestep_number,   &
239               dt_3d, dz, initializing_actions, message_string, ocean_mode,    &
240               simulated_time
241
242    USE grid_variables,                                                        &
243        ONLY:  ddx, dx, ddy, dy
244
245    USE indices,                                                               &
246        ONLY:  nx, nxl, nxlg, nxrg, nxr, ny, nyn, nys, nyng, nysg, nz, nzb,    &
247               nzt, wall_flags_0
248
249    USE kinds
250
251    USE lpm_collision_kernels_mod,                                             &
252        ONLY:  init_kernels
253
254    USE netcdf_interface,                                                      &
255        ONLY:  netcdf_data_format
256
257    USE particle_attributes,                                                   &
258        ONLY:   alloc_factor, bc_par_b, bc_par_lr, bc_par_ns, bc_par_t,        &
259                block_offset, block_offset_def, collision_kernel,              &
260                curvature_solution_effects, density_ratio, grid_particles,     &
261                isf,i_splitting_mode, initial_weighting_factor, ibc_par_b,     &
262                ibc_par_lr, ibc_par_ns, ibc_par_t, iran_part, log_z_z0,        &
263                max_number_of_particle_groups, min_nr_particle,                &
264                number_concentration,                                          &
265                number_particles_per_gridbox,  number_of_particles,            &
266                number_of_particle_groups, number_of_sublayers,                &
267                offset_ocean_nzt, offset_ocean_nzt_m1,                         &
268                particles, particle_advection_start, particle_groups,          &
269                particle_groups_type, particles_per_point,                     &
270                particle_type, pdx, pdy, pdz,  prt_count, psb, psl, psn, psr,  &
271                pss, pst, radius, random_start_position,                       &
272                read_particles_from_restartfile, seed_follows_topography,      &
273                sgs_wf_part, sort_count, splitting_function, splitting_mode,   &
274                total_number_of_particles, use_sgs_for_particles,              &
275                write_particle_statistics, zero_particle, z0_av_global
276
277    USE pegrid
278
279    USE random_function_mod,                                                   &
280        ONLY:  random_function
281
282    USE surface_mod,                                                           &
283        ONLY:  get_topography_top_index_ji, surf_def_h, surf_lsm_h, surf_usm_h
284
285    USE pmc_particle_interface,                                                &
286        ONLY:  pmcp_g_init
287
288    IMPLICIT NONE
289
290    PRIVATE
291
292    INTEGER(iwp), PARAMETER         :: PHASE_INIT    = 1  !<
293    INTEGER(iwp), PARAMETER, PUBLIC :: PHASE_RELEASE = 2  !<
294
295    INTERFACE lpm_init
296       MODULE PROCEDURE lpm_init
297    END INTERFACE lpm_init
298
299    INTERFACE lpm_create_particle
300       MODULE PROCEDURE lpm_create_particle
301    END INTERFACE lpm_create_particle
302
303    PUBLIC lpm_init, lpm_create_particle
304
305 CONTAINS
306
307!------------------------------------------------------------------------------!
308! Description:
309! ------------
310!> @todo Missing subroutine description.
311!------------------------------------------------------------------------------!
312 SUBROUTINE lpm_init
313
314    USE lpm_collision_kernels_mod,                                             &
315        ONLY:  init_kernels
316
317    USE pmc_interface,                                                         &
318        ONLY: nested_run
319
320    IMPLICIT NONE
321
322    INTEGER(iwp) ::  i                           !<
323    INTEGER(iwp) ::  j                           !<
324    INTEGER(iwp) ::  k                           !<
325
326    REAL(wp) ::  div                             !<
327    REAL(wp) ::  height_int                      !<
328    REAL(wp) ::  height_p                        !<
329    REAL(wp) ::  z_p                             !<
330    REAL(wp) ::  z0_av_local                     !<
331
332
333!
334!-- In case of oceans runs, the vertical index calculations need an offset,
335!-- because otherwise the k indices will become negative
336    IF ( ocean_mode )  THEN
337       offset_ocean_nzt    = nzt
338       offset_ocean_nzt_m1 = nzt - 1
339    ENDIF
340
341!
342!-- Define block offsets for dividing a gridcell in 8 sub cells
343!-- See documentation for List of subgrid boxes
344!-- See pack_and_sort in lpm_pack_arrays.f90 for assignment of the subgrid boxes
345    block_offset(0) = block_offset_def ( 0, 0, 0)
346    block_offset(1) = block_offset_def ( 0, 0,-1)
347    block_offset(2) = block_offset_def ( 0,-1, 0)
348    block_offset(3) = block_offset_def ( 0,-1,-1)
349    block_offset(4) = block_offset_def (-1, 0, 0)
350    block_offset(5) = block_offset_def (-1, 0,-1)
351    block_offset(6) = block_offset_def (-1,-1, 0)
352    block_offset(7) = block_offset_def (-1,-1,-1)
353!
354!-- Check the number of particle groups.
355    IF ( number_of_particle_groups > max_number_of_particle_groups )  THEN
356       WRITE( message_string, * ) 'max_number_of_particle_groups =',           &
357                                  max_number_of_particle_groups ,              &
358                                  '&number_of_particle_groups reset to ',      &
359                                  max_number_of_particle_groups
360       CALL message( 'lpm_init', 'PA0213', 0, 1, 0, 6, 0 )
361       number_of_particle_groups = max_number_of_particle_groups
362    ENDIF
363!
364!-- Check if downward-facing walls exist. This case, reflection boundary
365!-- conditions (as well as subgrid-scale velocities) may do not work
366!-- propably (not realized so far).
367    IF ( surf_def_h(1)%ns >= 1 )  THEN
368       WRITE( message_string, * ) 'Overhanging topography do not work '//      &
369                                  'with particles'
370       CALL message( 'lpm_init', 'PA0212', 0, 1, 0, 6, 0 )
371
372    ENDIF
373
374!
375!-- Set default start positions, if necessary
376    IF ( psl(1) == 9999999.9_wp )  psl(1) = 0.0_wp
377    IF ( psr(1) == 9999999.9_wp )  psr(1) = ( nx +1 ) * dx
378    IF ( pss(1) == 9999999.9_wp )  pss(1) = 0.0_wp
379    IF ( psn(1) == 9999999.9_wp )  psn(1) = ( ny +1 ) * dy
380    IF ( psb(1) == 9999999.9_wp )  psb(1) = zu(nz/2)
381    IF ( pst(1) == 9999999.9_wp )  pst(1) = psb(1)
382
383    IF ( pdx(1) == 9999999.9_wp  .OR.  pdx(1) == 0.0_wp )  pdx(1) = dx
384    IF ( pdy(1) == 9999999.9_wp  .OR.  pdy(1) == 0.0_wp )  pdy(1) = dy
385    IF ( pdz(1) == 9999999.9_wp  .OR.  pdz(1) == 0.0_wp )  pdz(1) = zu(2) - zu(1)
386
387!
388!-- If number_particles_per_gridbox is set, the parametres pdx, pdy and pdz are
389!-- calculated diagnostically. Therfore an isotropic distribution is prescribed.
390    IF ( number_particles_per_gridbox /= -1 .AND.   &
391         number_particles_per_gridbox >= 1 )    THEN
392       pdx(1) = (( dx * dy * ( zu(2) - zu(1) ) ) /  &
393             REAL(number_particles_per_gridbox))**0.3333333_wp
394!
395!--    Ensure a smooth value (two significant digits) of distance between
396!--    particles (pdx, pdy, pdz).
397       div = 1000.0_wp
398       DO  WHILE ( pdx(1) < div )
399          div = div / 10.0_wp
400       ENDDO
401       pdx(1) = NINT( pdx(1) * 100.0_wp / div ) * div / 100.0_wp
402       pdy(1) = pdx(1)
403       pdz(1) = pdx(1)
404
405    ENDIF
406
407    DO  j = 2, number_of_particle_groups
408       IF ( psl(j) == 9999999.9_wp )  psl(j) = psl(j-1)
409       IF ( psr(j) == 9999999.9_wp )  psr(j) = psr(j-1)
410       IF ( pss(j) == 9999999.9_wp )  pss(j) = pss(j-1)
411       IF ( psn(j) == 9999999.9_wp )  psn(j) = psn(j-1)
412       IF ( psb(j) == 9999999.9_wp )  psb(j) = psb(j-1)
413       IF ( pst(j) == 9999999.9_wp )  pst(j) = pst(j-1)
414       IF ( pdx(j) == 9999999.9_wp  .OR.  pdx(j) == 0.0_wp )  pdx(j) = pdx(j-1)
415       IF ( pdy(j) == 9999999.9_wp  .OR.  pdy(j) == 0.0_wp )  pdy(j) = pdy(j-1)
416       IF ( pdz(j) == 9999999.9_wp  .OR.  pdz(j) == 0.0_wp )  pdz(j) = pdz(j-1)
417    ENDDO
418
419!
420!-- Allocate arrays required for calculating particle SGS velocities.
421!-- Initialize prefactor required for stoachastic Weil equation.
422    IF ( use_sgs_for_particles  .AND.  .NOT. cloud_droplets )  THEN
423       ALLOCATE( de_dx(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
424                 de_dy(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
425                 de_dz(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
426
427       sgs_wf_part = 1.0_wp / 3.0_wp
428    ENDIF
429
430!
431!-- Allocate array required for logarithmic vertical interpolation of
432!-- horizontal particle velocities between the surface and the first vertical
433!-- grid level. In order to avoid repeated CPU cost-intensive CALLS of
434!-- intrinsic FORTRAN procedure LOG(z/z0), LOG(z/z0) is precalculated for
435!-- several heights. Splitting into 20 sublayers turned out to be sufficient.
436!-- To obtain exact height levels of particles, linear interpolation is applied
437!-- (see lpm_advec.f90).
438    IF ( constant_flux_layer )  THEN
439
440       ALLOCATE ( log_z_z0(0:number_of_sublayers) )
441       z_p = zu(nzb+1) - zw(nzb)
442
443!
444!--    Calculate horizontal mean value of z0 used for logartihmic
445!--    interpolation. Note: this is not exact for heterogeneous z0.
446!--    However, sensitivity studies showed that the effect is
447!--    negligible.
448       z0_av_local  = SUM( surf_def_h(0)%z0 ) + SUM( surf_lsm_h%z0 ) +         &
449                      SUM( surf_usm_h%z0 )
450       z0_av_global = 0.0_wp
451
452#if defined( __parallel )
453       CALL MPI_ALLREDUCE(z0_av_local, z0_av_global, 1, MPI_REAL, MPI_SUM, &
454                          comm2d, ierr )
455#else
456       z0_av_global = z0_av_local
457#endif
458
459       z0_av_global = z0_av_global  / ( ( ny + 1 ) * ( nx + 1 ) )
460!
461!--    Horizontal wind speed is zero below and at z0
462       log_z_z0(0) = 0.0_wp
463!
464!--    Calculate vertical depth of the sublayers
465       height_int  = ( z_p - z0_av_global ) / REAL( number_of_sublayers, KIND=wp )
466!
467!--    Precalculate LOG(z/z0)
468       height_p    = z0_av_global
469       DO  k = 1, number_of_sublayers
470
471          height_p    = height_p + height_int
472          log_z_z0(k) = LOG( height_p / z0_av_global )
473
474       ENDDO
475
476    ENDIF
477
478!
479!-- Check boundary condition and set internal variables
480    SELECT CASE ( bc_par_b )
481
482       CASE ( 'absorb' )
483          ibc_par_b = 1
484
485       CASE ( 'reflect' )
486          ibc_par_b = 2
487
488       CASE DEFAULT
489          WRITE( message_string, * )  'unknown boundary condition ',           &
490                                       'bc_par_b = "', TRIM( bc_par_b ), '"'
491          CALL message( 'lpm_init', 'PA0217', 1, 2, 0, 6, 0 )
492
493    END SELECT
494    SELECT CASE ( bc_par_t )
495
496       CASE ( 'absorb' )
497          ibc_par_t = 1
498
499       CASE ( 'reflect' )
500          ibc_par_t = 2
501         
502       CASE ( 'nested' )
503          ibc_par_t = 3
504
505       CASE DEFAULT
506          WRITE( message_string, * ) 'unknown boundary condition ',            &
507                                     'bc_par_t = "', TRIM( bc_par_t ), '"'
508          CALL message( 'lpm_init', 'PA0218', 1, 2, 0, 6, 0 )
509
510    END SELECT
511    SELECT CASE ( bc_par_lr )
512
513       CASE ( 'cyclic' )
514          ibc_par_lr = 0
515
516       CASE ( 'absorb' )
517          ibc_par_lr = 1
518
519       CASE ( 'reflect' )
520          ibc_par_lr = 2
521         
522       CASE ( 'nested' )
523          ibc_par_lr = 3
524
525       CASE DEFAULT
526          WRITE( message_string, * ) 'unknown boundary condition ',   &
527                                     'bc_par_lr = "', TRIM( bc_par_lr ), '"'
528          CALL message( 'lpm_init', 'PA0219', 1, 2, 0, 6, 0 )
529
530    END SELECT
531    SELECT CASE ( bc_par_ns )
532
533       CASE ( 'cyclic' )
534          ibc_par_ns = 0
535
536       CASE ( 'absorb' )
537          ibc_par_ns = 1
538
539       CASE ( 'reflect' )
540          ibc_par_ns = 2
541         
542       CASE ( 'nested' )
543          ibc_par_ns = 3
544
545       CASE DEFAULT
546          WRITE( message_string, * ) 'unknown boundary condition ',   &
547                                     'bc_par_ns = "', TRIM( bc_par_ns ), '"'
548          CALL message( 'lpm_init', 'PA0220', 1, 2, 0, 6, 0 )
549
550    END SELECT
551    SELECT CASE ( splitting_mode )
552
553       CASE ( 'const' )
554          i_splitting_mode = 1
555
556       CASE ( 'cl_av' )
557          i_splitting_mode = 2
558
559       CASE ( 'gb_av' )
560          i_splitting_mode = 3
561
562       CASE DEFAULT
563          WRITE( message_string, * )  'unknown splitting_mode = "',            &
564                                      TRIM( splitting_mode ), '"'
565          CALL message( 'lpm_init', 'PA0146', 1, 2, 0, 6, 0 )
566
567    END SELECT
568    SELECT CASE ( splitting_function )
569
570       CASE ( 'gamma' )
571          isf = 1
572
573       CASE ( 'log' )
574          isf = 2
575
576       CASE ( 'exp' )
577          isf = 3
578
579       CASE DEFAULT
580          WRITE( message_string, * )  'unknown splitting function = "',        &
581                                       TRIM( splitting_function ), '"'
582          CALL message( 'lpm_init', 'PA0147', 1, 2, 0, 6, 0 )
583
584    END SELECT
585
586
587!
588!-- Initialize collision kernels
589    IF ( collision_kernel /= 'none' )  CALL init_kernels
590
591!
592!-- For the first model run of a possible job chain initialize the
593!-- particles, otherwise read the particle data from restart file.
594    IF ( TRIM( initializing_actions ) == 'read_restart_data'  &
595         .AND.  read_particles_from_restartfile )  THEN
596
597       CALL lpm_read_restart_file
598
599    ELSE
600
601!
602!--    Allocate particle arrays and set attributes of the initial set of
603!--    particles, which can be also periodically released at later times.
604       ALLOCATE( prt_count(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), &
605                 grid_particles(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) )
606
607       number_of_particles         = 0
608
609       sort_count = 0
610       prt_count  = 0
611
612!
613!--    initialize counter for particle IDs
614       grid_particles%id_counter = 1
615
616!
617!--    Initialize all particles with dummy values (otherwise errors may
618!--    occur within restart runs). The reason for this is still not clear
619!--    and may be presumably caused by errors in the respective user-interface.
620       zero_particle = particle_type( 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp,  &
621                                      0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp,  &
622                                      0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp,  &
623                                      0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp,  &
624                                      0, 0, 0_idp, .FALSE., -1 )
625
626       particle_groups = particle_groups_type( 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp, 0.0_wp )
627
628!
629!--    Set values for the density ratio and radius for all particle
630!--    groups, if necessary
631       IF ( density_ratio(1) == 9999999.9_wp )  density_ratio(1) = 0.0_wp
632       IF ( radius(1)        == 9999999.9_wp )  radius(1) = 0.0_wp
633       DO  i = 2, number_of_particle_groups
634          IF ( density_ratio(i) == 9999999.9_wp )  THEN
635             density_ratio(i) = density_ratio(i-1)
636          ENDIF
637          IF ( radius(i) == 9999999.9_wp )  radius(i) = radius(i-1)
638       ENDDO
639
640       DO  i = 1, number_of_particle_groups
641          IF ( density_ratio(i) /= 0.0_wp  .AND.  radius(i) == 0 )  THEN
642             WRITE( message_string, * ) 'particle group #', i, ' has a',       &
643                                        'density ratio /= 0 but radius = 0'
644             CALL message( 'lpm_init', 'PA0215', 1, 2, 0, 6, 0 )
645          ENDIF
646          particle_groups(i)%density_ratio = density_ratio(i)
647          particle_groups(i)%radius        = radius(i)
648       ENDDO
649
650!
651!--    Set a seed value for the random number generator to be exclusively
652!--    used for the particle code. The generated random numbers should be
653!--    different on the different PEs.
654       iran_part = iran_part + myid
655
656       CALL lpm_create_particle (PHASE_INIT)
657!
658!--    User modification of initial particles
659       CALL user_lpm_init
660
661!
662!--    Open file for statistical informations about particle conditions
663       IF ( write_particle_statistics )  THEN
664          CALL check_open( 80 )
665          WRITE ( 80, 8000 )  current_timestep_number, simulated_time,         &
666                              number_of_particles
667          CALL close_file( 80 )
668       ENDIF
669
670    ENDIF
671
672    IF ( nested_run )  CALL pmcp_g_init
673
674!
675!-- To avoid programm abort, assign particles array to the local version of
676!-- first grid cell
677    number_of_particles = prt_count(nzb+1,nys,nxl)
678    particles => grid_particles(nzb+1,nys,nxl)%particles(1:number_of_particles)
679!
680!-- Formats
6818000 FORMAT (I6,1X,F7.2,4X,I10,71X,I10)
682
683 END SUBROUTINE lpm_init
684
685!------------------------------------------------------------------------------!
686! Description:
687! ------------
688!> @todo Missing subroutine description.
689!------------------------------------------------------------------------------!
690 SUBROUTINE lpm_create_particle (phase)
691   
692    USE arrays_3d,                                                             &
693       ONLY:  zw
694    USE lpm_exchange_horiz_mod,                                                &
695        ONLY: lpm_exchange_horiz, lpm_move_particle, realloc_particles_array
696
697    USE lpm_pack_and_sort_mod,                                                 &
698        ONLY: lpm_sort_in_subboxes
699
700    USE particle_attributes,                                                   &
701        ONLY: deleted_particles
702
703    IMPLICIT  NONE
704
705    INTEGER(iwp)               ::  alloc_size  !< relative increase of allocated memory for particles
706    INTEGER(iwp)               ::  i           !< loop variable ( particle groups )
707    INTEGER(iwp)               ::  ip          !< index variable along x
708    INTEGER(iwp)               ::  j           !< loop variable ( particles per point )
709    INTEGER(iwp)               ::  jp          !< index variable along y
710    INTEGER(iwp)               ::  k           !< index variable along z
711    INTEGER(iwp)               ::  k_surf      !< index of surface grid point
712    INTEGER(iwp)               ::  kp          !< index variable along z
713    INTEGER(iwp)               ::  loop_stride !< loop variable for initialization
714    INTEGER(iwp)               ::  n           !< loop variable ( number of particles )
715    INTEGER(iwp)               ::  new_size    !< new size of allocated memory for particles
716
717    INTEGER(iwp), INTENT(IN)   ::  phase       !< mode of inititialization
718
719    INTEGER(iwp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) ::  local_count !< start address of new particle
720    INTEGER(iwp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) ::  local_start !< start address of new particle
721
722    LOGICAL                    ::  first_stride !< flag for initialization
723
724    REAL(wp)                   ::  pos_x      !< increment for particle position in x
725    REAL(wp)                   ::  pos_y      !< increment for particle position in y
726    REAL(wp)                   ::  pos_z      !< increment for particle position in z
727    REAL(wp)                   ::  rand_contr !< dummy argument for random position
728
729    TYPE(particle_type),TARGET ::  tmp_particle !< temporary particle used for initialization
730
731!
732!-- Calculate particle positions and store particle attributes, if
733!-- particle is situated on this PE
734    DO  loop_stride = 1, 2
735       first_stride = (loop_stride == 1)
736       IF ( first_stride )   THEN
737          local_count = 0           ! count number of particles
738       ELSE
739          local_count = prt_count   ! Start address of new particles
740       ENDIF
741
742!
743!--    Calculate initial_weighting_factor diagnostically
744       IF ( number_concentration /= -1.0_wp .AND. number_concentration > 0.0_wp ) THEN
745          initial_weighting_factor =  number_concentration * 1.0E6_wp *             &
746                                      pdx(1) * pdy(1) * pdz(1)
747       END IF
748
749       n = 0
750       DO  i = 1, number_of_particle_groups
751
752          pos_z = psb(i)
753
754          DO WHILE ( pos_z <= pst(i) )
755
756             IF ( pos_z >= zw(0) .AND.  pos_z < zw(nzt) )  THEN
757
758
759                pos_y = pss(i)
760
761                DO WHILE ( pos_y <= psn(i) )
762
763                   IF ( pos_y >= nys * dy  .AND.                  &
764                        pos_y <  ( nyn + 1 ) * dy  ) THEN
765
766                      pos_x = psl(i)
767
768               xloop: DO WHILE ( pos_x <= psr(i) )
769
770                         IF ( pos_x >= nxl * dx  .AND.            &
771                              pos_x <  ( nxr + 1) * dx ) THEN
772
773                            DO  j = 1, particles_per_point
774
775
776                               n = n + 1
777                               tmp_particle%x             = pos_x
778                               tmp_particle%y             = pos_y
779                               tmp_particle%z             = pos_z
780                               tmp_particle%age           = 0.0_wp
781                               tmp_particle%age_m         = 0.0_wp
782                               tmp_particle%dt_sum        = 0.0_wp
783                               tmp_particle%e_m           = 0.0_wp
784                               tmp_particle%rvar1         = 0.0_wp
785                               tmp_particle%rvar2         = 0.0_wp
786                               tmp_particle%rvar3         = 0.0_wp
787                               tmp_particle%speed_x       = 0.0_wp
788                               tmp_particle%speed_y       = 0.0_wp
789                               tmp_particle%speed_z       = 0.0_wp
790                               tmp_particle%origin_x      = pos_x
791                               tmp_particle%origin_y      = pos_y
792                               tmp_particle%origin_z      = pos_z
793                               IF ( curvature_solution_effects )  THEN
794                                  tmp_particle%aux1      = 0.0_wp    ! dry aerosol radius
795                                  tmp_particle%aux2      = dt_3d     ! last Rosenbrock timestep
796                               ELSE
797                                  tmp_particle%aux1      = 0.0_wp    ! free to use
798                                  tmp_particle%aux2      = 0.0_wp    ! free to use
799                               ENDIF
800                               tmp_particle%radius        = particle_groups(i)%radius
801                               tmp_particle%weight_factor = initial_weighting_factor
802                               tmp_particle%class         = 1
803                               tmp_particle%group         = i
804                               tmp_particle%id            = 0_idp
805                               tmp_particle%particle_mask = .TRUE.
806                               tmp_particle%block_nr      = -1
807!
808!--                            Determine the grid indices of the particle position
809                               ip = INT( tmp_particle%x * ddx )
810                               jp = INT( tmp_particle%y * ddy )
811                               kp = INT( tmp_particle%z / dz(1) + 1 + offset_ocean_nzt )
812                               DO WHILE( zw(kp) < tmp_particle%z ) 
813                                  kp = kp + 1
814                               ENDDO
815                               DO WHILE( zw(kp-1) > tmp_particle%z )
816                                  kp = kp - 1
817                               ENDDO 
818!
819!--                            Determine surface level. Therefore, check for
820!--                            upward-facing wall on w-grid.
821                               k_surf = get_topography_top_index_ji( jp, ip, 'w' )
822
823                               IF ( seed_follows_topography )  THEN
824!
825!--                               Particle height is given relative to topography
826                                  kp = kp + k_surf
827                                  tmp_particle%z = tmp_particle%z + zw(k_surf)
828!--                               Skip particle release if particle position is
829!--                               above model top, or within topography in case
830!--                               of overhanging structures.
831                                  IF ( kp > nzt  .OR.                          &
832                                 .NOT. BTEST( wall_flags_0(kp,jp,ip), 0 ) )  THEN
833                                     pos_x = pos_x + pdx(i)
834                                     CYCLE xloop
835                                  ENDIF
836!
837!--                            Skip particle release if particle position is
838!--                            below surface, or within topography in case
839!--                            of overhanging structures.
840                               ELSEIF ( .NOT. seed_follows_topography .AND.    &
841                                         tmp_particle%z <= zw(k_surf)  .OR.    &
842                                        .NOT. BTEST( wall_flags_0(kp,jp,ip), 0 ) )&
843                               THEN
844                                  pos_x = pos_x + pdx(i)
845                                  CYCLE xloop
846                               ENDIF
847
848                               local_count(kp,jp,ip) = local_count(kp,jp,ip) + 1
849
850                               IF ( .NOT. first_stride )  THEN
851                                  IF ( ip < nxl  .OR.  jp < nys  .OR.  kp < nzb+1 )  THEN
852                                     write(6,*) 'xl ',ip,jp,kp,nxl,nys,nzb+1
853                                  ENDIF
854                                  IF ( ip > nxr  .OR.  jp > nyn  .OR.  kp > nzt )  THEN
855                                     write(6,*) 'xu ',ip,jp,kp,nxr,nyn,nzt
856                                  ENDIF
857                                  grid_particles(kp,jp,ip)%particles(local_count(kp,jp,ip)) = tmp_particle
858
859                               ENDIF
860                            ENDDO
861
862                         ENDIF
863
864                         pos_x = pos_x + pdx(i)
865
866                      ENDDO xloop
867
868                   ENDIF
869
870                   pos_y = pos_y + pdy(i)
871
872                ENDDO
873
874             ENDIF
875
876             pos_z = pos_z + pdz(i)
877
878          ENDDO
879
880       ENDDO
881
882       IF ( first_stride )  THEN
883          DO  ip = nxl, nxr
884             DO  jp = nys, nyn
885                DO  kp = nzb+1, nzt
886                   IF ( phase == PHASE_INIT )  THEN
887                      IF ( local_count(kp,jp,ip) > 0 )  THEN
888                         alloc_size = MAX( INT( local_count(kp,jp,ip) *        &
889                            ( 1.0_wp + alloc_factor / 100.0_wp ) ),            &
890                            min_nr_particle )
891                      ELSE
892                         alloc_size = min_nr_particle
893                      ENDIF
894                      ALLOCATE(grid_particles(kp,jp,ip)%particles(1:alloc_size))
895                      DO  n = 1, alloc_size
896                         grid_particles(kp,jp,ip)%particles(n) = zero_particle
897                      ENDDO
898                   ELSEIF ( phase == PHASE_RELEASE )  THEN
899                      IF ( local_count(kp,jp,ip) > 0 )  THEN
900                         new_size   = local_count(kp,jp,ip) + prt_count(kp,jp,ip)
901                         alloc_size = MAX( INT( new_size * ( 1.0_wp +          &
902                            alloc_factor / 100.0_wp ) ), min_nr_particle )
903                         IF( alloc_size > SIZE( grid_particles(kp,jp,ip)%particles) )  THEN
904                            CALL realloc_particles_array(ip,jp,kp,alloc_size)
905                         ENDIF
906                      ENDIF
907                   ENDIF
908                ENDDO
909             ENDDO
910          ENDDO
911       ENDIF
912
913    ENDDO
914
915
916
917    local_start = prt_count+1
918    prt_count   = local_count
919
920!
921!-- Calculate particle IDs
922    DO  ip = nxl, nxr
923       DO  jp = nys, nyn
924          DO  kp = nzb+1, nzt
925             number_of_particles = prt_count(kp,jp,ip)
926             IF ( number_of_particles <= 0 )  CYCLE
927             particles => grid_particles(kp,jp,ip)%particles(1:number_of_particles)
928
929             DO  n = local_start(kp,jp,ip), number_of_particles  !only new particles
930
931                particles(n)%id = 10000_idp**3 * grid_particles(kp,jp,ip)%id_counter + &
932                                  10000_idp**2 * kp + 10000_idp * jp + ip
933!
934!--             Count the number of particles that have been released before
935                grid_particles(kp,jp,ip)%id_counter =                          &
936                                         grid_particles(kp,jp,ip)%id_counter + 1
937
938             ENDDO
939
940          ENDDO
941       ENDDO
942    ENDDO
943
944!
945!-- Initialize aerosol background spectrum
946    IF ( curvature_solution_effects )  THEN
947       CALL lpm_init_aerosols(local_start)
948    ENDIF
949
950!
951!-- Add random fluctuation to particle positions.
952    IF ( random_start_position )  THEN
953       DO  ip = nxl, nxr
954          DO  jp = nys, nyn
955             DO  kp = nzb+1, nzt
956                number_of_particles = prt_count(kp,jp,ip)
957                IF ( number_of_particles <= 0 )  CYCLE
958                particles => grid_particles(kp,jp,ip)%particles(1:number_of_particles)
959!
960!--             Move only new particles. Moreover, limit random fluctuation
961!--             in order to prevent that particles move more than one grid box,
962!--             which would lead to problems concerning particle exchange
963!--             between processors in case pdx/pdy are larger than dx/dy,
964!--             respectively.
965                DO  n = local_start(kp,jp,ip), number_of_particles
966                   IF ( psl(particles(n)%group) /= psr(particles(n)%group) )  THEN
967                      rand_contr = ( random_function( iran_part ) - 0.5_wp ) * &
968                                     pdx(particles(n)%group)
969                      particles(n)%x = particles(n)%x +                        &
970                              MERGE( rand_contr, SIGN( dx, rand_contr ),       &
971                                     ABS( rand_contr ) < dx                    &
972                                   )
973                   ENDIF
974                   IF ( pss(particles(n)%group) /= psn(particles(n)%group) )  THEN
975                      rand_contr = ( random_function( iran_part ) - 0.5_wp ) * &
976                                     pdy(particles(n)%group)
977                      particles(n)%y = particles(n)%y +                        &
978                              MERGE( rand_contr, SIGN( dy, rand_contr ),       &
979                                     ABS( rand_contr ) < dy                    &
980                                   )
981                   ENDIF
982                   IF ( psb(particles(n)%group) /= pst(particles(n)%group) )  THEN
983                      rand_contr = ( random_function( iran_part ) - 0.5_wp ) * &
984                                     pdz(particles(n)%group)
985                      particles(n)%z = particles(n)%z +                        &
986                              MERGE( rand_contr, SIGN( dzw(kp), rand_contr ),  &
987                                     ABS( rand_contr ) < dzw(kp)               &
988                                   )
989                   ENDIF
990                ENDDO
991!
992!--             Identify particles located outside the model domain and reflect
993!--             or absorb them if necessary.
994                CALL lpm_boundary_conds( 'bottom/top', i, j, k )
995!
996!--             Furthermore, remove particles located in topography. Note, as
997!--             the particle speed is still zero at this point, wall
998!--             reflection boundary conditions will not work in this case.
999                particles =>                                                   &
1000                       grid_particles(kp,jp,ip)%particles(1:number_of_particles)
1001                DO  n = local_start(kp,jp,ip), number_of_particles
1002                   i = particles(n)%x * ddx
1003                   j = particles(n)%y * ddy
1004                   k = particles(n)%z / dz(1) + 1 + offset_ocean_nzt
1005                   DO WHILE( zw(k) < particles(n)%z )
1006                      k = k + 1
1007                   ENDDO
1008                   DO WHILE( zw(k-1) > particles(n)%z )
1009                      k = k - 1
1010                   ENDDO
1011!
1012!--                Check if particle is within topography
1013                   IF ( .NOT. BTEST( wall_flags_0(k,j,i), 0 ) )  THEN
1014                      particles(n)%particle_mask = .FALSE.
1015                      deleted_particles = deleted_particles + 1
1016                   ENDIF
1017
1018                ENDDO
1019             ENDDO
1020          ENDDO
1021       ENDDO
1022!
1023!--    Exchange particles between grid cells and processors
1024       CALL lpm_move_particle
1025       CALL lpm_exchange_horiz
1026
1027    ENDIF
1028!
1029!-- In case of random_start_position, delete particles identified by
1030!-- lpm_exchange_horiz and lpm_boundary_conds. Then sort particles into blocks,
1031!-- which is needed for a fast interpolation of the LES fields on the particle
1032!-- position.
1033    CALL lpm_sort_in_subboxes
1034
1035!
1036!-- Determine the current number of particles
1037    DO  ip = nxl, nxr
1038       DO  jp = nys, nyn
1039          DO  kp = nzb+1, nzt
1040             number_of_particles         = number_of_particles                 &
1041                                           + prt_count(kp,jp,ip)
1042          ENDDO
1043       ENDDO
1044    ENDDO
1045!
1046!-- Calculate the number of particles of the total domain
1047#if defined( __parallel )
1048    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
1049    CALL MPI_ALLREDUCE( number_of_particles, total_number_of_particles, 1, &
1050    MPI_INTEGER, MPI_SUM, comm2d, ierr )
1051#else
1052    total_number_of_particles = number_of_particles
1053#endif
1054
1055    RETURN
1056
1057 END SUBROUTINE lpm_create_particle
1058
1059 SUBROUTINE lpm_init_aerosols(local_start)
1060
1061    USE arrays_3d,                                                             &
1062        ONLY: hyp, pt, q, exner
1063
1064    USE basic_constants_and_equations_mod,                                     &
1065        ONLY: molecular_weight_of_solute, molecular_weight_of_water, magnus,   &
1066              pi, rd_d_rv, rho_l, r_v, rho_s, vanthoff
1067
1068    USE kinds
1069
1070    USE particle_attributes,                                                   &
1071        ONLY: aero_species, aero_type, aero_weight, log_sigma, na, rm
1072
1073    IMPLICIT NONE
1074
1075    REAL(wp)  :: afactor            !< curvature effects
1076    REAL(wp)  :: bfactor            !< solute effects
1077    REAL(wp)  :: dlogr              !< logarithmic width of radius bin
1078    REAL(wp)  :: e_a                !< vapor pressure
1079    REAL(wp)  :: e_s                !< saturation vapor pressure
1080    REAL(wp)  :: rmin = 0.005e-6_wp !< minimum aerosol radius
1081    REAL(wp)  :: rmax = 10.0e-6_wp  !< maximum aerosol radius
1082    REAL(wp)  :: r_mid              !< mean radius of bin
1083    REAL(wp)  :: r_l                !< left radius of bin
1084    REAL(wp)  :: r_r                !< right radius of bin
1085    REAL(wp)  :: sigma              !< surface tension
1086    REAL(wp)  :: t_int              !< temperature
1087
1088    INTEGER(iwp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg), INTENT(IN) ::  local_start !<
1089
1090    INTEGER(iwp)  :: n              !<
1091    INTEGER(iwp)  :: ip             !<
1092    INTEGER(iwp)  :: jp             !<
1093    INTEGER(iwp)  :: kp             !<
1094
1095!
1096!-- Set constants for different aerosol species
1097    IF ( TRIM(aero_species) .EQ. 'nacl' ) THEN
1098       molecular_weight_of_solute = 0.05844_wp 
1099       rho_s                      = 2165.0_wp
1100       vanthoff                   = 2.0_wp
1101    ELSEIF ( TRIM(aero_species) .EQ. 'c3h4o4' ) THEN
1102       molecular_weight_of_solute = 0.10406_wp 
1103       rho_s                      = 1600.0_wp
1104       vanthoff                   = 1.37_wp
1105    ELSEIF ( TRIM(aero_species) .EQ. 'nh4o3' ) THEN
1106       molecular_weight_of_solute = 0.08004_wp 
1107       rho_s                      = 1720.0_wp
1108       vanthoff                   = 2.31_wp
1109    ELSE
1110       WRITE( message_string, * ) 'unknown aerosol species ',   &
1111                                'aero_species = "', TRIM( aero_species ), '"'
1112       CALL message( 'lpm_init', 'PA0470', 1, 2, 0, 6, 0 )
1113    ENDIF
1114!
1115!-- The following typical aerosol spectra are taken from Jaenicke (1993):
1116!-- Tropospheric aerosols. Published in Aerosol-Cloud-Climate Interactions.
1117    IF ( TRIM(aero_type) .EQ. 'polar' )  THEN
1118       na        = (/ 2.17e1, 1.86e-1, 3.04e-4 /) * 1.0E6
1119       rm        = (/ 0.0689, 0.375, 4.29 /) * 1.0E-6
1120       log_sigma = (/ 0.245, 0.300, 0.291 /)
1121    ELSEIF ( TRIM(aero_type) .EQ. 'background' )  THEN
1122       na        = (/ 1.29e2, 5.97e1, 6.35e1 /) * 1.0E6
1123       rm        = (/ 0.0036, 0.127, 0.259 /) * 1.0E-6
1124       log_sigma = (/ 0.645, 0.253, 0.425 /)
1125    ELSEIF ( TRIM(aero_type) .EQ. 'maritime' )  THEN
1126       na        = (/ 1.33e2, 6.66e1, 3.06e0 /) * 1.0E6
1127       rm        = (/ 0.0039, 0.133, 0.29 /) * 1.0E-6
1128       log_sigma = (/ 0.657, 0.210, 0.396 /)
1129    ELSEIF ( TRIM(aero_type) .EQ. 'continental' )  THEN
1130       na        = (/ 3.20e3, 2.90e3, 3.00e-1 /) * 1.0E6
1131       rm        = (/ 0.01, 0.058, 0.9 /) * 1.0E-6
1132       log_sigma = (/ 0.161, 0.217, 0.380 /)
1133    ELSEIF ( TRIM(aero_type) .EQ. 'desert' )  THEN
1134       na        = (/ 7.26e2, 1.14e3, 1.78e-1 /) * 1.0E6
1135       rm        = (/ 0.001, 0.0188, 10.8 /) * 1.0E-6
1136       log_sigma = (/ 0.247, 0.770, 0.438 /)
1137    ELSEIF ( TRIM(aero_type) .EQ. 'rural' )  THEN
1138       na        = (/ 6.65e3, 1.47e2, 1.99e3 /) * 1.0E6
1139       rm        = (/ 0.00739, 0.0269, 0.0419 /) * 1.0E-6
1140       log_sigma = (/ 0.225, 0.557, 0.266 /)
1141    ELSEIF ( TRIM(aero_type) .EQ. 'urban' )  THEN
1142       na        = (/ 9.93e4, 1.11e3, 3.64e4 /) * 1.0E6
1143       rm        = (/ 0.00651, 0.00714, 0.0248 /) * 1.0E-6
1144       log_sigma = (/ 0.245, 0.666, 0.337 /)
1145    ELSEIF ( TRIM(aero_type) .EQ. 'user' )  THEN
1146       CONTINUE
1147    ELSE
1148       WRITE( message_string, * ) 'unknown aerosol type ',   &
1149                                'aero_type = "', TRIM( aero_type ), '"'
1150       CALL message( 'lpm_init', 'PA0459', 1, 2, 0, 6, 0 )
1151    ENDIF
1152
1153    DO  ip = nxl, nxr
1154       DO  jp = nys, nyn
1155          DO  kp = nzb+1, nzt
1156
1157             number_of_particles = prt_count(kp,jp,ip)
1158             IF ( number_of_particles <= 0 )  CYCLE
1159             particles => grid_particles(kp,jp,ip)%particles(1:number_of_particles)
1160
1161             dlogr   = ( LOG10(rmax) - LOG10(rmin) ) / ( number_of_particles - local_start(kp,jp,ip) + 1 )
1162!
1163!--          Initialize the aerosols with a predefined spectral distribution
1164!--          of the dry radius (logarithmically increasing bins) and a varying
1165!--          weighting factor
1166             DO  n = local_start(kp,jp,ip), number_of_particles  !only new particles
1167
1168                r_l   = 10.0**( LOG10( rmin ) + (n-1) * dlogr )
1169                r_r   = 10.0**( LOG10( rmin ) + n * dlogr )
1170                r_mid = SQRT( r_l * r_r )
1171
1172                particles(n)%aux1          = r_mid
1173                particles(n)%weight_factor =                                           &
1174                   ( na(1) / ( SQRT( 2.0 * pi ) * log_sigma(1) ) *                     &
1175                     EXP( - LOG10( r_mid / rm(1) )**2 / ( 2.0 * log_sigma(1)**2 ) ) +  &
1176                     na(2) / ( SQRT( 2.0 * pi ) * log_sigma(2) ) *                     &
1177                     EXP( - LOG10( r_mid / rm(2) )**2 / ( 2.0 * log_sigma(2)**2 ) ) +  &
1178                     na(3) / ( SQRT( 2.0 * pi ) * log_sigma(3) ) *                     &
1179                     EXP( - LOG10( r_mid / rm(3) )**2 / ( 2.0 * log_sigma(3)**2 ) )    &
1180                   ) * ( LOG10(r_r) - LOG10(r_l) ) * ( dx * dy * dzw(kp) )
1181
1182!
1183!--             Multiply weight_factor with the namelist parameter aero_weight
1184!--             to increase or decrease the number of simulated aerosols
1185                particles(n)%weight_factor = particles(n)%weight_factor * aero_weight
1186
1187                IF ( particles(n)%weight_factor - FLOOR(particles(n)%weight_factor,KIND=wp) &
1188                     .GT. random_function( iran_part ) )  THEN
1189                   particles(n)%weight_factor = FLOOR(particles(n)%weight_factor,KIND=wp) + 1.0_wp
1190                ELSE
1191                   particles(n)%weight_factor = FLOOR(particles(n)%weight_factor,KIND=wp)
1192                ENDIF
1193!
1194!--             Unnecessary particles will be deleted
1195                IF ( particles(n)%weight_factor .LE. 0.0 )  particles(n)%particle_mask = .FALSE.
1196
1197             ENDDO
1198!
1199!--          Set particle radius to equilibrium radius based on the environmental
1200!--          supersaturation (Khvorostyanov and Curry, 2007, JGR). This avoids
1201!--          the sometimes lengthy growth toward their equilibrium radius within
1202!--          the simulation.
1203             t_int  = pt(kp,jp,ip) * exner(kp)
1204
1205             e_s = magnus( t_int )
1206             e_a = q(kp,jp,ip) * hyp(kp) / ( q(kp,jp,ip) + rd_d_rv )
1207
1208             sigma   = 0.0761_wp - 0.000155_wp * ( t_int - 273.15_wp )
1209             afactor = 2.0_wp * sigma / ( rho_l * r_v * t_int )
1210
1211             bfactor = vanthoff * molecular_weight_of_water *    &
1212                       rho_s / ( molecular_weight_of_solute * rho_l )
1213!
1214!--          The formula is only valid for subsaturated environments. For
1215!--          supersaturations higher than -5 %, the supersaturation is set to -5%.
1216             IF ( e_a / e_s >= 0.95_wp )  e_a = 0.95_wp * e_s
1217
1218             DO  n = local_start(kp,jp,ip), number_of_particles  !only new particles
1219!
1220!--             For details on this equation, see Eq. (14) of Khvorostyanov and
1221!--             Curry (2007, JGR)
1222                particles(n)%radius = bfactor**0.3333333_wp *                  &
1223                   particles(n)%aux1 / ( 1.0_wp - e_a / e_s )**0.3333333_wp / &
1224                   ( 1.0_wp + ( afactor / ( 3.0_wp * bfactor**0.3333333_wp *   &
1225                     particles(n)%aux1 ) ) /                                  &
1226                     ( 1.0_wp - e_a / e_s )**0.6666666_wp                      &
1227                   )
1228
1229             ENDDO
1230
1231          ENDDO
1232       ENDDO
1233    ENDDO
1234
1235 END SUBROUTINE lpm_init_aerosols
1236
1237END MODULE lpm_init_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.