source: palm/trunk/SOURCE/lpm_splitting.f90 @ 2278

Last change on this file since 2278 was 2278, checked in by schwenkel, 4 years ago

Added comments

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 30.7 KB
Line 
1!> @file lpm_splitting.f90
2!------------------------------------------------------------------------------!
3! This file is part of PALM.
4!
5! PALM is free software: you can redistribute it and/or modify it under the
6! terms of the GNU General Public License as published by the Free Software
7! Foundation, either version 3 of the License, or (at your option) any later
8! version.
9!
10! PALM is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
11! WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR
12! A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for more details.
13!
14! You should have received a copy of the GNU General Public License along with
15! PALM. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
16!
17! Copyright 1997-2017 Leibniz Universitaet Hannover
18!------------------------------------------------------------------------------!
19!
20! Current revisions:
21! ------------------
22!
23!
24! Former revisions:
25! -----------------
26!
27! Added comments
28!
29!
30! 2263 2017-06-08 14:59:01Z schwenkel
31! Initial revision
32!
33!
34!
35! Description:
36! ------------
37! This routine is a part of the Lagrangian particle model. Super droplets which
38! fulfill certain criterion's (e.g. a big weighting factor and a large radius)
39! can be split into several super droplets with a reduced number of
40! represented particles of every super droplet. This mechanism ensures an
41! improved representation of the right tail of the drop size distribution with
42! a feasible amount of computational costs. The limits of particle creation
43! should be chosen carefully! The idea of this algorithm is based on
44! Unterstrasser and Soelch, 2014.
45!------------------------------------------------------------------------------!
46 SUBROUTINE lpm_splitting
47
48
49    USE arrays_3d,                                                             &
50        ONLY:  ql
51
52    USE cloud_parameters,                                                      &
53        ONLY:  rho_l
54
55    USE constants,                                                             &
56        ONLY:  pi
57
58    USE cpulog,                                                                &
59        ONLY:  cpu_log, log_point_s
60
61    USE indices,                                                               &
62        ONLY:  nxl, nxr, nyn, nys, nzb, nzt
63
64    USE kinds
65
66    USE lpm_exchange_horiz_mod,                                                &
67        ONLY:  realloc_particles_array
68
69    USE particle_attributes,                                                   &
70        ONLY:  grid_particles, iran_part, initial_weighting_factor, isf,       &
71               i_splitting_mode, max_number_particles_per_gridbox,             & 
72               new_particles, n_max, number_concentration,                     &
73               number_of_particles, number_particles_per_gridbox, particles,   &
74               particle_type, prt_count, radius_split, splitting,              &
75               splitting_factor, splitting_factor_max, splitting_mode,         &
76               sum_new_particles, weight_factor_split                       
77
78    USE pegrid
79
80    IMPLICIT NONE
81
82    INTEGER(iwp) ::  i                !<
83    INTEGER(iwp) ::  j                !<
84    INTEGER(iwp) ::  jpp              !<
85    INTEGER(iwp) ::  k                !<
86    INTEGER(iwp) ::  n                !<
87    INTEGER(iwp) ::  new_particles_gb !< counter of created particles within one grid box
88    INTEGER(iwp) ::  new_size         !< new particle array size
89    INTEGER(iwp) ::  np               !<
90    INTEGER(iwp) ::  old_size         !< old particle array size
91   
92    LOGICAL ::  first_loop_stride = .TRUE. !< flag to calculate constants only once
93
94    REAL(wp) ::  diameter                 !< diameter of droplet
95    REAL(wp) ::  dlog                     !< factor for DSD calculation
96    REAL(wp) ::  factor_volume_to_mass    !< pre calculate factor volume to mass
97    REAL(wp) ::  lambda                   !< slope parameter of gamma-distribution
98    REAL(wp) ::  lwc                      !< liquid water content of grid box
99    REAL(wp) ::  lwc_total                !< average liquid water content of cloud
100    REAL(wp) ::  m1                       !< first moment of DSD
101    REAL(wp) ::  m1_total                 !< average over all PEs of first moment of DSD
102    REAL(wp) ::  m2                       !< second moment of DSD
103    REAL(wp) ::  m2_total                 !< average average over all PEs second moment of DSD
104    REAL(wp) ::  m3                       !< third moment of DSD
105    REAL(wp) ::  m3_total                 !< average average over all PEs third moment of DSD
106    REAL(wp) ::  mu                       !< spectral shape parameter of gamma distribution
107    REAL(wp) ::  nrclgb                   !< number of cloudy grid boxes (ql >= 1.0E-5 kg/kg)
108    REAL(wp) ::  nrclgb_total             !< average over all PEs of number of cloudy grid boxes
109    REAL(wp) ::  nr                       !< number concentration of cloud droplets
110    REAL(wp) ::  nr_total                 !< average over all PEs of number of cloudy grid boxes
111    REAL(wp) ::  nr0                      !< intercept parameter of gamma distribution
112    REAL(wp) ::  pirho_l                  !< pi * rho_l / 6.0
113    REAL(wp) ::  ql_crit = 1.0E-5_wp      !< threshold lwc for cloudy grid cells
114                                          !< (Siebesma et al 2003, JAS, 60)
115    REAL(wp) ::  rm                       !< volume averaged mean radius
116    REAL(wp) ::  rm_total                 !< average over all PEs of volume averaged mean radius
117    REAL(wp) ::  r_min = 1.0E-6_wp        !< minimum radius of approximated spectra
118    REAL(wp) ::  r_max = 1.0E-3_wp        !< maximum radius of approximated spectra
119    REAL(wp) ::  sigma_log = 1.5_wp       !< standard deviation of the LOG-distribution
120    REAL(wp) ::  zeta                     !< Parameter for DSD calculation of Seifert
121
122    REAL(wp), DIMENSION(0:n_max-1) ::  an_spl     !< size dependent critical weight factor
123    REAL(wp), DIMENSION(0:n_max-1) ::  r_bin_mid  !< mass weighted mean radius of a bin
124    REAL(wp), DIMENSION(0:n_max)   ::  r_bin      !< boundaries of a radius bin
125   
126    TYPE(particle_type) ::  tmp_particle   !< temporary particle TYPE
127
128    CALL cpu_log( log_point_s(80), 'lpm_splitting', 'start' )
129
130    IF ( first_loop_stride )  THEN
131       IF ( i_splitting_mode == 2  .OR.  i_splitting_mode == 3 )  THEN
132          dlog   = ( LOG10(r_max) - LOG10(r_min) ) / ( n_max - 1 )
133          DO  i = 0, n_max-1
134             r_bin(i) = 10.0_wp**( LOG10(r_min) + i * dlog - 0.5_wp * dlog )
135             r_bin_mid(i) = 10.0_wp**( LOG10(r_min) + i * dlog )
136          ENDDO
137          r_bin(n_max) = 10.0_wp**( LOG10(r_min) + n_max * dlog - 0.5_wp * dlog )
138       ENDIF   
139       factor_volume_to_mass =  4.0_wp / 3.0_wp * pi * rho_l
140       pirho_l  = pi * rho_l / 6.0_wp
141       IF ( weight_factor_split == -1.0_wp )  THEN
142          weight_factor_split = 0.1_wp * initial_weighting_factor
143       ENDIF
144    ENDIF
145
146    new_particles  = 0
147
148    IF ( i_splitting_mode == 1 )  THEN
149
150       DO  i = nxl, nxr
151          DO  j = nys, nyn
152             DO  k = nzb+1, nzt
153
154                new_particles_gb = 0
155                number_of_particles = prt_count(k,j,i)
156                IF ( number_of_particles <= 0  .OR.                            & 
157                     ql(k,j,i) < ql_crit )  CYCLE
158                particles => grid_particles(k,j,i)%particles(1:number_of_particles)
159!               
160!--             Start splitting operations. Each particle is checked if it
161!--             fulfilled the splitting criterion's. In splitting mode 'const'   
162!--             a critical radius  (radius_split) a critical weighting factor
163!--             (weight_factor_split) and a splitting factor (splitting_factor)
164!--             must  be prescribed (see particles_par). Super droplets which
165!--             have a larger radius and larger weighting factor are split into
166!--             'splitting_factor' super droplets. Therefore, the weighting
167!--             factor of  the super droplet and all created clones is reduced
168!--             by the factor of 'splitting_factor'.
169                DO  n = 1, number_of_particles
170                   IF ( particles(n)%particle_mask  .AND.                      &
171                        particles(n)%radius >= radius_split  .AND.             & 
172                        particles(n)%weight_factor >= weight_factor_split )    &
173                   THEN         
174!
175!--                   Calculate the new number of particles.
176                      new_size = prt_count(k,j,i) + splitting_factor - 1                                   
177!
178!--                   Cycle if maximum number of particles per grid box
179!--                   is greater than the allowed maximum number.
180                      IF ( new_size >= max_number_particles_per_gridbox )  CYCLE                     
181!
182!--                   Reallocate particle array if necessary.
183                      IF ( new_size > SIZE(particles) )  THEN
184                         CALL realloc_particles_array(i,j,k,new_size)
185                      ENDIF
186                      old_size = prt_count(k,j,i)
187!
188!--                   Calculate new weighting factor.
189                      particles(n)%weight_factor =  & 
190                         particles(n)%weight_factor / splitting_factor
191                      tmp_particle = particles(n)
192!
193!--                   Create splitting_factor-1 new particles.
194                      DO  jpp = 1, splitting_factor-1
195                         grid_particles(k,j,i)%particles(jpp+old_size) =       & 
196                            tmp_particle         
197                      ENDDO 
198                      new_particles_gb = new_particles_gb + splitting_factor - 1
199!   
200!--                   Save the new number of super droplets for every grid box.
201                      prt_count(k,j,i) = prt_count(k,j,i) +                    &
202                                         splitting_factor - 1         
203                   ENDIF
204                ENDDO
205               
206                new_particles       = new_particles     + new_particles_gb
207                sum_new_particles   = sum_new_particles + new_particles_gb
208             ENDDO
209          ENDDO
210       ENDDO
211
212    ELSEIF ( i_splitting_mode == 2 )  THEN 
213!
214!--    Initialize summing variables.
215       lwc          = 0.0_wp
216       lwc_total    = 0.0_wp 
217       m1           = 0.0_wp
218       m1_total     = 0.0_wp
219       m2           = 0.0_wp
220       m2_total     = 0.0_wp
221       m3           = 0.0_wp
222       m3_total     = 0.0_wp
223       nr           = 0.0_wp   
224       nrclgb       = 0.0_wp
225       nrclgb_total = 0.0_wp 
226       nr_total     = 0.0_wp
227       rm           = 0.0_wp
228       rm_total     = 0.0_wp
229       
230       DO  i = nxl, nxr
231          DO  j = nys, nyn
232             DO  k = nzb+1, nzt
233                number_of_particles = prt_count(k,j,i)
234                IF ( number_of_particles <= 0  .OR.                            & 
235                     ql(k,j,i) < ql_crit )  CYCLE
236                particles => grid_particles(k,j,i)%particles(1:number_of_particles)
237                nrclgb = nrclgb + 1.0_wp
238!               
239!--             Calculate moments of DSD.               
240                DO  n = 1, number_of_particles
241                   IF ( particles(n)%particle_mask  .AND.                      &
242                        particles(n)%radius >= r_min )                         &
243                   THEN
244                      nr  = nr  + particles(n)%weight_factor
245                      rm  = rm  + factor_volume_to_mass  *                     &
246                                 particles(n)%radius**3  *                     &
247                                 particles(n)%weight_factor
248                      IF ( isf == 1 )  THEN           
249                         diameter   = particles(n)%radius * 2.0_wp           
250                         lwc = lwc + factor_volume_to_mass *                   &
251                                     particles(n)%radius**3 *                  & 
252                                     particles(n)%weight_factor
253                         m1  = m1  + particles(n)%weight_factor * diameter                                               
254                         m2  = m2  + particles(n)%weight_factor * diameter**2           
255                         m3  = m3  + particles(n)%weight_factor * diameter**3
256                      ENDIF   
257                   ENDIF                       
258                ENDDO
259             ENDDO
260          ENDDO
261       ENDDO
262
263#if defined( __parallel )
264       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
265       CALL MPI_ALLREDUCE( nr, nr_total, 1 , &
266       MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
267       CALL MPI_ALLREDUCE( rm, rm_total, 1 , &
268       MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
269       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
270       CALL MPI_ALLREDUCE( nrclgb, nrclgb_total, 1 , &
271       MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
272       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
273       CALL MPI_ALLREDUCE( lwc, lwc_total, 1 , &
274       MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
275       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
276       CALL MPI_ALLREDUCE( m1, m1_total, 1 , &
277       MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
278       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
279       CALL MPI_ALLREDUCE( m2, m2_total, 1 , &
280       MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
281       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
282       CALL MPI_ALLREDUCE( m3, m3_total, 1 , &
283       MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
284#endif
285
286!
287!--    Calculate number concentration and mean volume averaged radius.
288       nr_total = MERGE( nr_total / nrclgb_total,                              &
289                         0.0_wp, nrclgb_total > 0.0_wp                         &
290                       )
291       rm_total = MERGE( ( rm_total /                                          &
292                            ( nr_total * factor_volume_to_mass )               &
293                          )**0.3333333_wp, 0.0_wp, nrclgb_total > 0.0_wp       &
294                       )                         
295!
296!--    Check which function should be used to approximate the DSD.
297       IF ( isf == 1 )  THEN
298          lwc_total = MERGE( lwc_total / nrclgb_total,                         &
299                             0.0_wp, nrclgb_total > 0.0_wp                     &
300                           )
301          m1_total  = MERGE( m1_total / nrclgb_total,                          &
302                             0.0_wp, nrclgb_total > 0.0_wp                     &
303                           )
304          m2_total  = MERGE( m2_total / nrclgb_total,                          &
305                             0.0_wp, nrclgb_total > 0.0_wp                     &
306                           )
307          m3_total  = MERGE( m3_total / nrclgb_total,                          &
308                             0.0_wp, nrclgb_total > 0.0_wp                     &
309                           )
310          zeta = m1_total * m3_total / m2_total**2                             
311          mu   = MAX( ( ( 1.0_wp - zeta ) * 2.0_wp + 1.0_wp ) /                &
312                        ( zeta - 1.0_wp ), 0.0_wp                              &
313                    )
314
315          lambda = ( pirho_l * nr_total / lwc_total *                          &
316                     ( mu + 3.0_wp ) * ( mu + 2.0_wp ) * ( mu + 1.0_wp )       &                                         
317                   )**0.3333333_wp
318          nr0 = nr_total / gamma( mu + 1.0_wp ) * lambda**( mu + 1.0_wp ) 
319         
320          DO  n = 0, n_max-1
321             diameter  = r_bin_mid(n) * 2.0_wp           
322             an_spl(n) = nr0 * diameter**mu * EXP( -lambda * diameter ) *      & 
323                         ( r_bin(n+1) - r_bin(n) ) * 2.0_wp 
324          ENDDO
325       ELSEIF ( isf == 2 )  THEN
326          DO  n = 0, n_max-1
327             an_spl(n) = nr_total / ( SQRT( 2.0_wp * pi ) *                    &
328                                     LOG(sigma_log) * r_bin_mid(n)             &
329                                     ) *                                       &
330                         EXP( -( LOG( r_bin_mid(n) / rm_total )**2 ) /         &
331                               ( 2.0_wp * LOG(sigma_log)**2 )                  & 
332                             ) *                                               & 
333                         ( r_bin(n+1) - r_bin(n) )
334          ENDDO
335       ELSEIF( isf == 3 )  THEN
336          DO  n = 0, n_max-1 
337             an_spl(n) = 3.0_wp * nr_total * r_bin_mid(n)**2 / rm_total**3  *  &
338                         EXP( - ( r_bin_mid(n)**3 / rm_total**3 ) )         *  &
339                         ( r_bin(n+1) - r_bin(n) )
340          ENDDO
341       ENDIF
342!
343!--    Criterion to avoid super droplets with a weighting factor < 1.0.
344       an_spl = MAX(an_spl, 1.0_wp)
345 
346       DO  i = nxl, nxr
347          DO  j = nys, nyn
348             DO  k = nzb+1, nzt
349                number_of_particles = prt_count(k,j,i)
350                IF ( number_of_particles <= 0  .OR.                            & 
351                     ql(k,j,i) < ql_crit )  CYCLE
352                particles => grid_particles(k,j,i)%particles(1:number_of_particles)
353                new_particles_gb = 0         
354!               
355!--             Start splitting operations. Each particle is checked if it
356!--             fulfilled the splitting criterion's. In splitting mode 'cl_av'   
357!--             a critical radius (radius_split) and a splitting function must
358!--             be prescribed (see particles_par). The critical weighting factor
359!--             is calculated while approximating a 'gamma', 'log' or 'exp'-
360!--             drop size distribution. In this mode the DSD is calculated as
361!--             an average over all cloudy grid boxes. Super droplets which
362!--             have a larger radius and larger weighting factor are split into
363!--             'splitting_factor' super droplets. In this case the splitting 
364!--             factor is calculated of weighting factor of the super droplet 
365!--             and the approximated number concentration for droplet of such
366!--             a size. Due to the splitting, the weighting factor of the 
367!--             super droplet and all created clones is reduced by the factor 
368!--             of 'splitting_facor'.
369                DO  n = 1, number_of_particles
370                   DO  np = 0, n_max-1
371                      IF ( r_bin(np) >= radius_split  .AND.                    &
372                           particles(n)%particle_mask  .AND.                   &
373                           particles(n)%radius >= r_bin(np)  .AND.             &
374                           particles(n)%radius < r_bin(np+1)  .AND.            &
375                           particles(n)%weight_factor >= an_spl(np)  )         &
376                      THEN
377!
378!--                      Calculate splitting factor
379                         splitting_factor =                                    & 
380                             MIN( INT( particles(n)%weight_factor /            &
381                                        an_spl(np)                             &
382                                     ), splitting_factor_max                   &
383                                )
384                         IF ( splitting_factor < 2 )  CYCLE
385!
386!--                      Calculate the new number of particles.                                                           
387                         new_size = prt_count(k,j,i) + splitting_factor - 1
388!
389!--                      Cycle if maximum number of particles per grid box
390!--                      is greater than the allowed maximum number.                         
391                         IF ( new_size >= max_number_particles_per_gridbox )   & 
392                         CYCLE
393!
394!--                      Reallocate particle array if necessary.
395                         IF ( new_size > SIZE(particles) )  THEN
396                            CALL realloc_particles_array(i,j,k,new_size)
397                         ENDIF
398                         old_size  = prt_count(k,j,i)                             
399                         new_particles_gb = new_particles_gb +                 &
400                                            splitting_factor - 1
401!
402!--                      Calculate new weighting factor.
403                         particles(n)%weight_factor =                          & 
404                            particles(n)%weight_factor / splitting_factor
405                         tmp_particle = particles(n)
406!
407!--                      Create splitting_factor-1 new particles.                                                 
408                         DO  jpp = 1, splitting_factor-1
409                            grid_particles(k,j,i)%particles(jpp+old_size) =    &
410                                                                    tmp_particle         
411                         ENDDO
412!   
413!--                      Save the new number of super droplets.
414                         prt_count(k,j,i) = prt_count(k,j,i) +                 &
415                                            splitting_factor - 1
416                      ENDIF
417                   ENDDO
418                ENDDO
419               
420                new_particles       = new_particles     + new_particles_gb
421                sum_new_particles   = sum_new_particles + new_particles_gb                   
422             ENDDO
423          ENDDO
424       ENDDO
425
426    ELSEIF ( i_splitting_mode == 3 )  THEN
427
428       DO  i = nxl, nxr
429          DO  j = nys, nyn
430             DO  k = nzb+1, nzt
431             
432!
433!--             Initialize summing variables.             
434                lwc = 0.0_wp
435                m1  = 0.0_wp
436                m2  = 0.0_wp
437                m3  = 0.0_wp
438                nr  = 0.0_wp
439                rm  = 0.0_wp 
440               
441                new_particles_gb = 0
442                number_of_particles = prt_count(k,j,i)
443                IF ( number_of_particles <= 0  .OR.                            & 
444                     ql(k,j,i) < ql_crit )  CYCLE
445                particles => grid_particles(k,j,i)%particles
446!               
447!--             Calculate moments of DSD.               
448                DO  n = 1, number_of_particles
449                   IF ( particles(n)%particle_mask  .AND.                      &
450                        particles(n)%radius >= r_min )                         &
451                   THEN
452                      nr  = nr + particles(n)%weight_factor
453                      rm  = rm + factor_volume_to_mass  *                      &
454                                 particles(n)%radius**3  *                     &
455                                 particles(n)%weight_factor
456                      IF ( isf == 1 )  THEN           
457                         diameter   = particles(n)%radius * 2.0_wp           
458                         lwc = lwc + factor_volume_to_mass *                   &
459                                     particles(n)%radius**3 *                  & 
460                                     particles(n)%weight_factor
461                         m1  = m1 + particles(n)%weight_factor * diameter
462                         m2  = m2 + particles(n)%weight_factor * diameter**2
463                         m3  = m3 + particles(n)%weight_factor * diameter**3
464                      ENDIF     
465                   ENDIF                                           
466                ENDDO 
467
468                IF ( nr <= 0.0  .OR.  rm <= 0.0_wp )  CYCLE 
469!
470!--             Calculate mean volume averaged radius.               
471                rm = ( rm / ( nr * factor_volume_to_mass ) )**0.3333333_wp
472!
473!--             Check which function should be used to approximate the DSD.             
474                IF ( isf == 1 )  THEN
475!
476!--                Gamma size distribution to calculate 
477!--                critical weight_factor (e.g. Marshall + Palmer, 1948).
478                   zeta = m1 * m3 / m2**2
479                   mu   = MAX( ( ( 1.0_wp - zeta ) * 2.0_wp + 1.0_wp ) /       &
480                                ( zeta - 1.0_wp ), 0.0_wp                      &
481                             )   
482                   lambda = ( pirho_l * nr / lwc *                             &
483                              ( mu + 3.0_wp ) * ( mu + 2.0_wp ) *              &
484                              ( mu + 1.0_wp )                                  &                                 
485                            )**0.3333333_wp
486                   nr0 =  ( nr / (gamma( mu + 1.0_wp ) ) ) *                   &
487                          lambda**( mu + 1.0_wp ) 
488
489                   DO  n = 0, n_max-1
490                      diameter         = r_bin_mid(n) * 2.0_wp           
491                      an_spl(n) = nr0 * diameter**mu *                         &
492                                  EXP( -lambda * diameter ) *                  & 
493                                  ( r_bin(n+1) - r_bin(n) ) * 2.0_wp 
494                   ENDDO
495                ELSEIF ( isf == 2 )  THEN
496!
497!--                Lognormal size distribution to calculate critical
498!--                weight_factor (e.g. Levin, 1971, Bradley + Stow, 1974).   
499                   DO  n = 0, n_max-1
500                      an_spl(n) = nr / ( SQRT( 2.0_wp * pi ) *                 &
501                                              LOG(sigma_log) * r_bin_mid(n)    &
502                                        ) *                                    &
503                                  EXP( -( LOG( r_bin_mid(n) / rm )**2 ) /      &
504                                        ( 2.0_wp * LOG(sigma_log)**2 )         & 
505                                      ) *                                      & 
506                                  ( r_bin(n+1) - r_bin(n) )
507                   ENDDO
508                ELSEIF ( isf == 3 )  THEN
509!
510!--                Exponential size distribution to calculate critical
511!--                weight_factor (e.g. Berry + Reinhardt, 1974). 
512                   DO  n = 0, n_max-1
513                      an_spl(n) = 3.0_wp * nr * r_bin_mid(n)**2 / rm**3 *     &
514                                  EXP( - ( r_bin_mid(n)**3 / rm**3 ) ) *      &
515                                  ( r_bin(n+1) - r_bin(n) )
516                   ENDDO
517                ENDIF
518               
519!
520!--             Criterion to avoid super droplets with a weighting factor < 1.0.                                   
521                an_spl = MAX(an_spl, 1.0_wp)
522!               
523!--             Start splitting operations. Each particle is checked if it
524!--             fulfilled the splitting criterion's. In splitting mode 'gb_av'   
525!--             a critical radius (radius_split) and a splitting function must
526!--             be prescribed (see particles_par). The critical weighting factor
527!--             is calculated while appoximating a 'gamma', 'log' or 'exp'-
528!--             drop size distribution. In this mode a DSD is calculated for
529!--             every cloudy grid box. Super droplets which have a larger
530!--             radius and larger weighting factor are split into
531!--             'splitting_factor' super droplets. In this case the splitting 
532!--             factor is calculated of weighting factor of the super droplet 
533!--             and theapproximated number concentration for droplet of such
534!--             a size. Due to the splitting, the weighting factor of the 
535!--             super droplet and all created clones is reduced by the factor 
536!--             of 'splitting_facor'.
537                DO  n = 1, number_of_particles
538                   DO  np = 0, n_max-1
539                      IF ( r_bin(np) >= radius_split  .AND.                    &
540                           particles(n)%particle_mask  .AND.                   &
541                           particles(n)%radius >= r_bin(np)    .AND.           &
542                           particles(n)%radius < r_bin(np+1)   .AND.           &
543                           particles(n)%weight_factor >= an_spl(np) )          &
544                      THEN
545!
546!--                      Calculate splitting factor.
547                         splitting_factor =                                    & 
548                             MIN( INT( particles(n)%weight_factor /            &
549                                        an_spl(np)                             &
550                                     ), splitting_factor_max                   &
551                                )
552                         IF ( splitting_factor < 2 )  CYCLE
553
554!
555!--                      Calculate the new number of particles.                                                                                         
556                         new_size = prt_count(k,j,i) + splitting_factor - 1
557!
558!--                      Cycle if maximum number of particles per grid box
559!--                      is greater than the allowed maximum number.                                                 
560                         IF ( new_size >= max_number_particles_per_gridbox )   &
561                         CYCLE
562!
563!--                      Reallocate particle array if necessary.                         
564                         IF ( new_size > SIZE(particles) )  THEN
565                            CALL realloc_particles_array(i,j,k,new_size)
566                         ENDIF
567!
568!--                      Calculate new weighting factor.
569                         particles(n)%weight_factor = & 
570                            particles(n)%weight_factor / splitting_factor
571                         tmp_particle               = particles(n)
572                         old_size                   = prt_count(k,j,i)
573!
574!--                      Create splitting_factor-1 new particles.
575                         DO jpp = 1, splitting_factor-1
576                            grid_particles(k,j,i)%particles(jpp+old_size) =    &
577                               tmp_particle                 
578                         ENDDO
579!
580!--                      Save the new number of droplets for every grid box.
581                         prt_count(k,j,i)    = prt_count(k,j,i) +              &
582                                               splitting_factor - 1
583                         new_particles_gb    = new_particles_gb +              &
584                                               splitting_factor - 1                                       
585                      ENDIF
586                   ENDDO 
587                ENDDO
588
589                new_particles       = new_particles + new_particles_gb
590                sum_new_particles   = sum_new_particles + new_particles_gb                                                 
591             ENDDO
592          ENDDO
593       ENDDO
594    ENDIF
595       
596    CALL cpu_log( log_point_s(80), 'lpm_splitting', 'stop' )
597
598 END SUBROUTINE lpm_splitting
599 
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.