source: palm/trunk/SOURCE/radiation_model.f90 @ 1784

Last change on this file since 1784 was 1784, checked in by raasch, 6 years ago

last commit documented

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 69.2 KB
Line 
1!> @file radiation_model.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 terms
6! of the GNU General Public License as published by the Free Software Foundation,
7! either version 3 of the License, or (at your option) any later version.
8!
9! PALM is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
10! WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR
11! A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for more details.
12!
13! You should have received a copy of the GNU General Public License along with
14! PALM. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
15!
16! Copyright 1997-2015 Leibniz Universitaet Hannover
17!--------------------------------------------------------------------------------!
18!
19! Current revisions:
20! -----------------
21!
22!
23! Former revisions:
24! -----------------
25! $Id: radiation_model.f90 1784 2016-03-06 19:14:40Z raasch $
26!
27! 1783 2016-03-06 18:36:17Z raasch
28! palm-netcdf-module removed in order to avoid a circular module dependency,
29! netcdf-variables moved to netcdf-module, new routine netcdf_handle_error_rad
30! added
31!
32! 1757 2016-02-22 15:49:32Z maronga
33! Added parameter unscheduled_radiation_calls. Bugfix: interpolation of sounding
34! profiles for pressure and temperature above the LES domain.
35!
36! 1709 2015-11-04 14:47:01Z maronga
37! Bugfix: set initial value for rrtm_lwuflx_dt to zero, small formatting
38! corrections
39!
40! 1701 2015-11-02 07:43:04Z maronga
41! Bugfixes: wrong index for output of timeseries, setting of nz_snd_end
42!
43! 1691 2015-10-26 16:17:44Z maronga
44! Added option for spin-up runs without radiation (skip_time_do_radiation). Bugfix
45! in calculation of pressure profiles. Bugfix in calculation of trace gas profiles.
46! Added output of radiative heating rates.
47!
48! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
49! Code annotations made doxygen readable
50!
51! 1606 2015-06-29 10:43:37Z maronga
52! Added preprocessor directive __netcdf to allow for compiling without netCDF.
53! Note, however, that RRTMG cannot be used without netCDF.
54!
55! 1590 2015-05-08 13:56:27Z maronga
56! Bugfix: definition of character strings requires same length for all elements
57!
58! 1587 2015-05-04 14:19:01Z maronga
59! Added albedo class for snow
60!
61! 1585 2015-04-30 07:05:52Z maronga
62! Added support for RRTMG
63!
64! 1571 2015-03-12 16:12:49Z maronga
65! Added missing KIND attribute. Removed upper-case variable names
66!
67! 1551 2015-03-03 14:18:16Z maronga
68! Added support for data output. Various variables have been renamed. Added
69! interface for different radiation schemes (currently: clear-sky, constant, and
70! RRTM (not yet implemented).
71!
72! 1496 2014-12-02 17:25:50Z maronga
73! Initial revision
74!
75!
76! Description:
77! ------------
78!> Radiation models and interfaces
79!> @todo move variable definitions used in init_radiation only to the subroutine
80!>       as they are no longer required after initialization.
81!> @todo Output of full column vertical profiles used in RRTMG
82!> @todo Output of other rrtm arrays (such as volume mixing ratios)
83!> @todo Adapt for use with topography
84!>
85!> @note Many variables have a leading dummy dimension (0:0) in order to
86!>       match the assume-size shape expected by the RRTMG model.
87!------------------------------------------------------------------------------!
88 MODULE radiation_model_mod
89 
90    USE arrays_3d,                                                             &
91        ONLY:  dzw, hyp, pt, q, ql, zw
92
93    USE cloud_parameters,                                                      &
94        ONLY:  cp, l_d_cp, nc_const, rho_l, sigma_gc 
95
96    USE constants,                                                             &
97        ONLY:  pi
98
99    USE control_parameters,                                                    &
100        ONLY:  cloud_droplets, cloud_physics, g, initializing_actions,         &
101               large_scale_forcing, lsf_surf, phi, pt_surface, rho_surface,    &
102               surface_pressure, time_since_reference_point
103
104    USE indices,                                                               &
105        ONLY:  nxl, nxlg, nxr, nxrg, nyn, nyng, nys, nysg, nzb_s_inner, nzb, nzt
106
107    USE kinds
108
109#if defined ( __netcdf )
110    USE NETCDF
111#endif
112
113#if defined ( __rrtmg )
114    USE parrrsw,                                                               &
115        ONLY:  naerec, nbndsw
116
117    USE parrrtm,                                                               &
118        ONLY:  nbndlw
119
120    USE rrtmg_lw_init,                                                         &
121        ONLY:  rrtmg_lw_ini
122
123    USE rrtmg_sw_init,                                                         &
124        ONLY:  rrtmg_sw_ini
125
126    USE rrtmg_lw_rad,                                                          &
127        ONLY:  rrtmg_lw
128
129    USE rrtmg_sw_rad,                                                          &
130        ONLY:  rrtmg_sw
131#endif
132
133
134
135    IMPLICIT NONE
136
137    CHARACTER(10) :: radiation_scheme = 'clear-sky' ! 'constant', 'clear-sky', or 'rrtmg'
138
139!
140!-- Predefined Land surface classes (albedo_type) after Briegleb (1992)
141    CHARACTER(37), DIMENSION(0:16), PARAMETER :: albedo_type_name = (/      &
142                                   'user defined                         ', & !  0
143                                   'ocean                                ', & !  1
144                                   'mixed farming, tall grassland        ', & !  2
145                                   'tall/medium grassland                ', & !  3
146                                   'evergreen shrubland                  ', & !  4
147                                   'short grassland/meadow/shrubland     ', & !  5
148                                   'evergreen needleleaf forest          ', & !  6
149                                   'mixed deciduous evergreen forest     ', & !  7
150                                   'deciduous forest                     ', & !  8
151                                   'tropical evergreen broadleaved forest', & !  9
152                                   'medium/tall grassland/woodland       ', & ! 10
153                                   'desert, sandy                        ', & ! 11
154                                   'desert, rocky                        ', & ! 12
155                                   'tundra                               ', & ! 13
156                                   'land ice                             ', & ! 14
157                                   'sea ice                              ', & ! 15
158                                   'snow                                 '  & ! 16
159                                                         /)
160
161    INTEGER(iwp) :: albedo_type  = 5,    & !< Albedo surface type (default: short grassland)
162                    day,                 & !< current day of the year
163                    day_init     = 172,  & !< day of the year at model start (21/06)
164                    dots_rad     = 0       !< starting index for timeseries output
165
166
167
168
169
170
171    LOGICAL ::  unscheduled_radiation_calls = .TRUE., & !< flag parameter indicating whether additional calls of the radiation code are allowed
172                constant_albedo = .FALSE.,            & !< flag parameter indicating whether the albedo may change depending on zenith
173                force_radiation_call = .FALSE.,       & !< flag parameter for unscheduled radiation calls
174                lw_radiation = .TRUE.,                & !< flag parameter indicating whether longwave radiation shall be calculated
175                radiation = .FALSE.,                  & !< flag parameter indicating whether the radiation model is used
176                sun_up    = .TRUE.,                   & !< flag parameter indicating whether the sun is up or down
177                sw_radiation = .TRUE.                   !< flag parameter indicing whether shortwave radiation shall be calculated
178
179
180    REAL(wp), PARAMETER :: d_seconds_hour  = 0.000277777777778_wp,  & !< inverse of seconds per hour (1/3600)
181                           d_hours_day    = 0.0416666666667_wp,     & !< inverse of hours per day (1/24)
182                           sigma_sb       = 5.67037321E-8_wp,       & !< Stefan-Boltzmann constant
183                           solar_constant = 1368.0_wp                 !< solar constant at top of atmosphere
184
185    REAL(wp) :: albedo = 9999999.9_wp,           & !< NAMELIST alpha
186                albedo_lw_dif = 9999999.9_wp,    & !< NAMELIST aldif
187                albedo_lw_dir = 9999999.9_wp,    & !< NAMELIST aldir
188                albedo_sw_dif = 9999999.9_wp,    & !< NAMELIST asdif
189                albedo_sw_dir = 9999999.9_wp,    & !< NAMELIST asdir
190                decl_1,                          & !< declination coef. 1
191                decl_2,                          & !< declination coef. 2
192                decl_3,                          & !< declination coef. 3
193                dt_radiation = 0.0_wp,           & !< radiation model timestep
194                emissivity = 0.98_wp,            & !< NAMELIST surface emissivity
195                lambda = 0.0_wp,                 & !< longitude in degrees
196                lon = 0.0_wp,                    & !< longitude in radians
197                lat = 0.0_wp,                    & !< latitude in radians
198                net_radiation = 0.0_wp,          & !< net radiation at surface
199                skip_time_do_radiation = 0.0_wp, & !< Radiation model is not called before this time
200                sky_trans,                       & !< sky transmissivity
201                time_radiation = 0.0_wp,         & !< time since last call of radiation code
202                time_utc,                        & !< current time in UTC
203                time_utc_init = 43200.0_wp         !< UTC time at model start (noon)
204
205    REAL(wp), DIMENSION(0:0) ::  zenith        !< solar zenith angle
206
207    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE :: &
208                alpha,                       & !< surface broadband albedo (used for clear-sky scheme)
209                rad_lw_out_change_0,         & !< change in LW out due to change in surface temperature
210                rad_net,                     & !< net radiation at the surface
211                rad_net_av                     !< average of rad_net
212
213!
214!-- Land surface albedos for solar zenith angle of 60° after Briegleb (1992)     
215!-- (shortwave, longwave, broadband):   sw,      lw,      bb,
216    REAL(wp), DIMENSION(0:2,1:16), PARAMETER :: albedo_pars = RESHAPE( (/& 
217                                   0.06_wp, 0.06_wp, 0.06_wp,            & !  1
218                                   0.09_wp, 0.28_wp, 0.19_wp,            & !  2
219                                   0.11_wp, 0.33_wp, 0.23_wp,            & !  3
220                                   0.11_wp, 0.33_wp, 0.23_wp,            & !  4
221                                   0.14_wp, 0.34_wp, 0.25_wp,            & !  5
222                                   0.06_wp, 0.22_wp, 0.14_wp,            & !  6
223                                   0.06_wp, 0.27_wp, 0.17_wp,            & !  7
224                                   0.06_wp, 0.31_wp, 0.19_wp,            & !  8
225                                   0.06_wp, 0.22_wp, 0.14_wp,            & !  9
226                                   0.06_wp, 0.28_wp, 0.18_wp,            & ! 10
227                                   0.35_wp, 0.51_wp, 0.43_wp,            & ! 11
228                                   0.24_wp, 0.40_wp, 0.32_wp,            & ! 12
229                                   0.10_wp, 0.27_wp, 0.19_wp,            & ! 13
230                                   0.90_wp, 0.65_wp, 0.77_wp,            & ! 14
231                                   0.90_wp, 0.65_wp, 0.77_wp,            & ! 15
232                                   0.95_wp, 0.70_wp, 0.82_wp             & ! 16
233                                 /), (/ 3, 16 /) )
234
235    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE, TARGET :: &
236                        rad_lw_cs_hr,                  & !< longwave clear sky radiation heating rate (K/s)
237                        rad_lw_cs_hr_av,               & !< average of rad_lw_cs_hr
238                        rad_lw_hr,                     & !< longwave radiation heating rate (K/s)
239                        rad_lw_hr_av,                  & !< average of rad_sw_hr
240                        rad_lw_in,                     & !< incoming longwave radiation (W/m2)
241                        rad_lw_in_av,                  & !< average of rad_lw_in
242                        rad_lw_out,                    & !< outgoing longwave radiation (W/m2)
243                        rad_lw_out_av,                 & !< average of rad_lw_out
244                        rad_sw_cs_hr,                  & !< shortwave clear sky radiation heating rate (K/s)
245                        rad_sw_cs_hr_av,               & !< average of rad_sw_cs_hr
246                        rad_sw_hr,                     & !< shortwave radiation heating rate (K/s)
247                        rad_sw_hr_av,                  & !< average of rad_sw_hr
248                        rad_sw_in,                     & !< incoming shortwave radiation (W/m2)
249                        rad_sw_in_av,                  & !< average of rad_sw_in
250                        rad_sw_out,                    & !< outgoing shortwave radiation (W/m2)
251                        rad_sw_out_av                    !< average of rad_sw_out
252
253
254!
255!-- Variables and parameters used in RRTMG only
256#if defined ( __rrtmg )
257    CHARACTER(LEN=12) :: rrtm_input_file = "RAD_SND_DATA" !< name of the NetCDF input file (sounding data)
258
259
260!
261!-- Flag parameters for RRTMGS (should not be changed)
262    INTEGER(iwp), PARAMETER :: rrtm_inflglw  = 2, & !< flag for lw cloud optical properties (0,1,2)
263                               rrtm_iceflglw = 0, & !< flag for lw ice particle specifications (0,1,2,3)
264                               rrtm_liqflglw = 1, & !< flag for lw liquid droplet specifications
265                               rrtm_inflgsw  = 2, & !< flag for sw cloud optical properties (0,1,2)
266                               rrtm_iceflgsw = 0, & !< flag for sw ice particle specifications (0,1,2,3)
267                               rrtm_liqflgsw = 1    !< flag for sw liquid droplet specifications
268
269!
270!-- The following variables should be only changed with care, as this will
271!-- require further setting of some variables, which is currently not
272!-- implemented (aerosols, ice phase).
273    INTEGER(iwp) :: nzt_rad,           & !< upper vertical limit for radiation calculations
274                    rrtm_icld = 0,     & !< cloud flag (0: clear sky column, 1: cloudy column)
275                    rrtm_iaer = 0,     & !< aerosol option flag (0: no aerosol layers, for lw only: 6 (requires setting of rrtm_sw_ecaer), 10: one or more aerosol layers (not implemented)
276                    rrtm_idrv = 1        !< longwave upward flux calculation option (0,1)
277
278    LOGICAL :: snd_exists = .FALSE.      !< flag parameter to check whether a user-defined input files exists
279
280    REAL(wp), PARAMETER :: mol_mass_air_d_wv = 1.607793_wp !< molecular weight dry air / water vapor
281
282    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: hyp_snd,     & !< hypostatic pressure from sounding data (hPa)
283                                           q_snd,       & !< specific humidity from sounding data (kg/kg) - dummy at the moment
284                                           rrtm_tsfc,   & !< dummy array for storing surface temperature
285                                           t_snd          !< actual temperature from sounding data (hPa)
286
287    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE :: aldif,          & !< longwave diffuse albedo solar angle of 60°
288                                             aldir,          & !< longwave direct albedo solar angle of 60°
289                                             asdif,          & !< shortwave diffuse albedo solar angle of 60°
290                                             asdir,          & !< shortwave direct albedo solar angle of 60°
291                                             rrtm_ccl4vmr,   & !< CCL4 volume mixing ratio (g/mol)
292                                             rrtm_cfc11vmr,  & !< CFC11 volume mixing ratio (g/mol)
293                                             rrtm_cfc12vmr,  & !< CFC12 volume mixing ratio (g/mol)
294                                             rrtm_cfc22vmr,  & !< CFC22 volume mixing ratio (g/mol)
295                                             rrtm_ch4vmr,    & !< CH4 volume mixing ratio
296                                             rrtm_cicewp,    & !< in-cloud ice water path (g/m²)
297                                             rrtm_cldfr,     & !< cloud fraction (0,1)
298                                             rrtm_cliqwp,    & !< in-cloud liquid water path (g/m²)
299                                             rrtm_co2vmr,    & !< CO2 volume mixing ratio (g/mol)
300                                             rrtm_emis,      & !< surface emissivity (0-1)   
301                                             rrtm_h2ovmr,    & !< H2O volume mixing ratio
302                                             rrtm_n2ovmr,    & !< N2O volume mixing ratio
303                                             rrtm_o2vmr,     & !< O2 volume mixing ratio
304                                             rrtm_o3vmr,     & !< O3 volume mixing ratio
305                                             rrtm_play,      & !< pressure layers (hPa, zu-grid)
306                                             rrtm_plev,      & !< pressure layers (hPa, zw-grid)
307                                             rrtm_reice,     & !< cloud ice effective radius (microns)
308                                             rrtm_reliq,     & !< cloud water drop effective radius (microns)
309                                             rrtm_tlay,      & !< actual temperature (K, zu-grid)
310                                             rrtm_tlev,      & !< actual temperature (K, zw-grid)
311                                             rrtm_lwdflx,    & !< RRTM output of incoming longwave radiation flux (W/m2)
312                                             rrtm_lwdflxc,   & !< RRTM output of outgoing clear sky longwave radiation flux (W/m2)
313                                             rrtm_lwuflx,    & !< RRTM output of outgoing longwave radiation flux (W/m2)
314                                             rrtm_lwuflxc,   & !< RRTM output of incoming clear sky longwave radiation flux (W/m2)
315                                             rrtm_lwuflx_dt, & !< RRTM output of incoming clear sky longwave radiation flux (W/m2)
316                                             rrtm_lwuflxc_dt,& !< RRTM output of outgoing clear sky longwave radiation flux (W/m2)
317                                             rrtm_lwhr,      & !< RRTM output of longwave radiation heating rate (K/d)
318                                             rrtm_lwhrc,     & !< RRTM output of incoming longwave clear sky radiation heating rate (K/d)
319                                             rrtm_swdflx,    & !< RRTM output of incoming shortwave radiation flux (W/m2)
320                                             rrtm_swdflxc,   & !< RRTM output of outgoing clear sky shortwave radiation flux (W/m2)
321                                             rrtm_swuflx,    & !< RRTM output of outgoing shortwave radiation flux (W/m2)
322                                             rrtm_swuflxc,   & !< RRTM output of incoming clear sky shortwave radiation flux (W/m2)
323                                             rrtm_swhr,      & !< RRTM output of shortwave radiation heating rate (K/d)
324                                             rrtm_swhrc        !< RRTM output of incoming shortwave clear sky radiation heating rate (K/d)
325
326!
327!-- Definition of arrays that are currently not used for calling RRTMG (due to setting of flag parameters)
328    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  rad_lw_cs_in,   & !< incoming clear sky longwave radiation (W/m2) (not used)
329                                                rad_lw_cs_out,  & !< outgoing clear sky longwave radiation (W/m2) (not used)
330                                                rad_sw_cs_in,   & !< incoming clear sky shortwave radiation (W/m2) (not used)
331                                                rad_sw_cs_out,  & !< outgoing clear sky shortwave radiation (W/m2) (not used)
332                                                rrtm_aldif,     & !< surface albedo for longwave diffuse radiation
333                                                rrtm_aldir,     & !< surface albedo for longwave direct radiation
334                                                rrtm_asdif,     & !< surface albedo for shortwave diffuse radiation
335                                                rrtm_asdir,     & !< surface albedo for shortwave direct radiation
336                                                rrtm_lw_tauaer, & !< lw aerosol optical depth
337                                                rrtm_lw_taucld, & !< lw in-cloud optical depth
338                                                rrtm_sw_taucld, & !< sw in-cloud optical depth
339                                                rrtm_sw_ssacld, & !< sw in-cloud single scattering albedo
340                                                rrtm_sw_asmcld, & !< sw in-cloud asymmetry parameter
341                                                rrtm_sw_fsfcld, & !< sw in-cloud forward scattering fraction
342                                                rrtm_sw_tauaer, & !< sw aerosol optical depth
343                                                rrtm_sw_ssaaer, & !< sw aerosol single scattering albedo
344                                                rrtm_sw_asmaer, & !< sw aerosol asymmetry parameter
345                                                rrtm_sw_ecaer     !< sw aerosol optical detph at 0.55 microns (rrtm_iaer = 6 only)
346
347#endif
348
349    INTERFACE init_radiation
350       MODULE PROCEDURE init_radiation
351    END INTERFACE init_radiation
352
353    INTERFACE radiation_clearsky
354       MODULE PROCEDURE radiation_clearsky
355    END INTERFACE radiation_clearsky
356
357    INTERFACE radiation_rrtmg
358       MODULE PROCEDURE radiation_rrtmg
359    END INTERFACE radiation_rrtmg
360
361    INTERFACE radiation_tendency
362       MODULE PROCEDURE radiation_tendency
363       MODULE PROCEDURE radiation_tendency_ij
364    END INTERFACE radiation_tendency
365
366    SAVE
367
368    PRIVATE
369
370    PUBLIC albedo, albedo_type, albedo_type_name, albedo_lw_dif, albedo_lw_dir,&
371           albedo_sw_dif, albedo_sw_dir, constant_albedo, day_init, dots_rad,  &
372           dt_radiation, emissivity, force_radiation_call, init_radiation,     &
373           lambda, lw_radiation, net_radiation, rad_net, rad_net_av, radiation,&
374           radiation_clearsky, radiation_rrtmg, radiation_scheme,              &
375           radiation_tendency, rad_lw_in, rad_lw_in_av, rad_lw_out,            &
376           rad_lw_out_av, rad_lw_out_change_0, rad_lw_cs_hr, rad_lw_cs_hr_av,  &
377           rad_lw_hr, rad_lw_hr_av, rad_sw_in, rad_sw_in_av, rad_sw_out,       &
378           rad_sw_out_av, rad_sw_cs_hr, rad_sw_cs_hr_av, rad_sw_hr,            &
379           rad_sw_hr_av, sigma_sb, skip_time_do_radiation, sw_radiation,       &
380           time_radiation, time_utc_init, unscheduled_radiation_calls
381
382
383#if defined ( __rrtmg )
384    PUBLIC rrtm_aldif, rrtm_aldir, rrtm_asdif, rrtm_asdir, rrtm_idrv
385#endif
386
387 CONTAINS
388
389!------------------------------------------------------------------------------!
390! Description:
391! ------------
392!> Initialization of the radiation model
393!------------------------------------------------------------------------------!
394    SUBROUTINE init_radiation
395   
396       IMPLICIT NONE
397
398!
399!--    Allocate array for storing the surface net radiation
400       IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_net ) )  THEN
401          ALLOCATE ( rad_net(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
402          rad_net = 0.0_wp
403       ENDIF
404
405!
406!--    Allocate array for storing the surface net radiation
407       IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_lw_out_change_0 ) )  THEN
408          ALLOCATE ( rad_lw_out_change_0(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
409          rad_lw_out_change_0 = 0.0_wp
410       ENDIF
411
412!
413!--    Fix net radiation in case of radiation_scheme = 'constant'
414       IF ( radiation_scheme == 'constant' )  THEN
415          rad_net = net_radiation
416          radiation = .FALSE.
417!
418!--    Calculate orbital constants
419       ELSE
420          decl_1 = SIN(23.45_wp * pi / 180.0_wp)
421          decl_2 = 2.0_wp * pi / 365.0_wp
422          decl_3 = decl_2 * 81.0_wp
423          lat    = phi * pi / 180.0_wp
424          lon    = lambda * pi / 180.0_wp
425       ENDIF
426
427
428       IF ( radiation_scheme == 'clear-sky' )  THEN
429
430          ALLOCATE ( alpha(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
431
432          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_sw_in ) )  THEN
433             ALLOCATE ( rad_sw_in(0:0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
434          ENDIF
435          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_sw_out ) )  THEN
436             ALLOCATE ( rad_sw_out(0:0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
437          ENDIF
438
439          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_sw_in_av ) )  THEN
440             ALLOCATE ( rad_sw_in_av(0:0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
441          ENDIF
442          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_sw_out_av ) )  THEN
443             ALLOCATE ( rad_sw_out_av(0:0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
444          ENDIF
445
446          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_lw_in ) )  THEN
447             ALLOCATE ( rad_lw_in(0:0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
448          ENDIF
449          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_lw_out ) )  THEN
450             ALLOCATE ( rad_lw_out(0:0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
451          ENDIF
452
453          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_lw_in_av ) )  THEN
454             ALLOCATE ( rad_lw_in_av(0:0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
455          ENDIF
456          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_lw_out_av ) )  THEN
457             ALLOCATE ( rad_lw_out_av(0:0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
458          ENDIF
459
460          rad_sw_in  = 0.0_wp
461          rad_sw_out = 0.0_wp
462          rad_lw_in  = 0.0_wp
463          rad_lw_out = 0.0_wp
464
465!
466!--       Overwrite albedo if manually set in parameter file
467          IF ( albedo_type /= 0 .AND. albedo == 9999999.9_wp )  THEN
468             albedo = albedo_pars(2,albedo_type)
469          ENDIF
470   
471          alpha = albedo
472 
473!
474!--    Initialization actions for RRTMG
475       ELSEIF ( radiation_scheme == 'rrtmg' )  THEN
476#if defined ( __rrtmg )
477!
478!--       Allocate albedos
479          ALLOCATE ( rrtm_aldif(0:0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
480          ALLOCATE ( rrtm_aldir(0:0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
481          ALLOCATE ( rrtm_asdif(0:0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
482          ALLOCATE ( rrtm_asdir(0:0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
483          ALLOCATE ( aldif(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
484          ALLOCATE ( aldir(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
485          ALLOCATE ( asdif(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
486          ALLOCATE ( asdir(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
487
488          IF ( albedo_type /= 0 )  THEN
489             IF ( albedo_lw_dif == 9999999.9_wp )  THEN
490                albedo_lw_dif = albedo_pars(0,albedo_type)
491                albedo_lw_dir = albedo_lw_dif
492             ENDIF
493             IF ( albedo_sw_dif == 9999999.9_wp )  THEN
494                albedo_sw_dif = albedo_pars(1,albedo_type)
495                albedo_sw_dir = albedo_sw_dif
496             ENDIF
497          ENDIF
498
499          aldif(:,:) = albedo_lw_dif
500          aldir(:,:) = albedo_lw_dir
501          asdif(:,:) = albedo_sw_dif
502          asdir(:,:) = albedo_sw_dir
503!
504!--       Calculate initial values of current (cosine of) the zenith angle and
505!--       whether the sun is up
506          CALL calc_zenith     
507!
508!--       Calculate initial surface albedo
509          IF ( .NOT. constant_albedo )  THEN
510             CALL calc_albedo
511          ELSE
512             rrtm_aldif(0,:,:) = aldif(:,:)
513             rrtm_aldir(0,:,:) = aldir(:,:)
514             rrtm_asdif(0,:,:) = asdif(:,:) 
515             rrtm_asdir(0,:,:) = asdir(:,:)   
516          ENDIF
517
518!
519!--       Allocate surface emissivity
520          ALLOCATE ( rrtm_emis(0:0,1:nbndlw+1) )
521          rrtm_emis = emissivity
522
523!
524!--       Allocate 3d arrays of radiative fluxes and heating rates
525          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_sw_in ) )  THEN
526             ALLOCATE ( rad_sw_in(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
527             rad_sw_in = 0.0_wp
528          ENDIF
529
530          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_sw_in_av ) )  THEN
531             ALLOCATE ( rad_sw_in_av(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
532          ENDIF
533
534          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_sw_out ) )  THEN
535             ALLOCATE ( rad_sw_out(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
536             rad_sw_out = 0.0_wp
537          ENDIF
538
539          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_sw_out_av ) )  THEN
540             ALLOCATE ( rad_sw_out_av(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
541          ENDIF
542
543          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_sw_hr ) )  THEN
544             ALLOCATE ( rad_sw_hr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
545             rad_sw_hr = 0.0_wp
546          ENDIF
547
548          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_sw_hr_av ) )  THEN
549             ALLOCATE ( rad_sw_hr_av(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
550             rad_sw_hr_av = 0.0_wp
551          ENDIF
552
553          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_sw_cs_hr ) )  THEN
554             ALLOCATE ( rad_sw_cs_hr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
555             rad_sw_cs_hr = 0.0_wp
556          ENDIF
557
558          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_sw_cs_hr_av ) )  THEN
559             ALLOCATE ( rad_sw_cs_hr_av(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
560             rad_sw_cs_hr_av = 0.0_wp
561          ENDIF
562
563          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_lw_in ) )  THEN
564             ALLOCATE ( rad_lw_in(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
565             rad_lw_in     = 0.0_wp
566          ENDIF
567
568          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_lw_in_av ) )  THEN
569             ALLOCATE ( rad_lw_in_av(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
570          ENDIF
571
572          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_lw_out ) )  THEN
573             ALLOCATE ( rad_lw_out(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
574            rad_lw_out    = 0.0_wp
575          ENDIF
576
577          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_lw_out_av ) )  THEN
578             ALLOCATE ( rad_lw_out_av(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
579          ENDIF
580
581          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_lw_hr ) )  THEN
582             ALLOCATE ( rad_lw_hr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
583             rad_lw_hr = 0.0_wp
584          ENDIF
585
586          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_lw_hr_av ) )  THEN
587             ALLOCATE ( rad_lw_hr_av(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
588             rad_lw_hr_av = 0.0_wp
589          ENDIF
590
591          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_lw_cs_hr ) )  THEN
592             ALLOCATE ( rad_lw_cs_hr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
593             rad_lw_cs_hr = 0.0_wp
594          ENDIF
595
596          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_lw_cs_hr_av ) )  THEN
597             ALLOCATE ( rad_lw_cs_hr_av(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
598             rad_lw_cs_hr_av = 0.0_wp
599          ENDIF
600
601          ALLOCATE ( rad_sw_cs_in(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
602          ALLOCATE ( rad_sw_cs_out(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
603          rad_sw_cs_in  = 0.0_wp
604          rad_sw_cs_out = 0.0_wp
605
606          ALLOCATE ( rad_lw_cs_in(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
607          ALLOCATE ( rad_lw_cs_out(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
608          rad_lw_cs_in  = 0.0_wp
609          rad_lw_cs_out = 0.0_wp
610
611!
612!--       Allocate dummy array for storing surface temperature
613          ALLOCATE ( rrtm_tsfc(1) )
614
615!
616!--       Initialize RRTMG
617          IF ( lw_radiation )  CALL rrtmg_lw_ini ( cp )
618          IF ( sw_radiation )  CALL rrtmg_sw_ini ( cp )
619
620!
621!--       Set input files for RRTMG
622          INQUIRE(FILE="RAD_SND_DATA", EXIST=snd_exists) 
623          IF ( .NOT. snd_exists )  THEN
624             rrtm_input_file = "rrtmg_lw.nc"
625          ENDIF
626
627!
628!--       Read vertical layers for RRTMG from sounding data
629!--       The routine provides nzt_rad, hyp_snd(1:nzt_rad),
630!--       t_snd(nzt+2:nzt_rad), rrtm_play(1:nzt_rad), rrtm_plev(1_nzt_rad+1),
631!--       rrtm_tlay(nzt+2:nzt_rad), rrtm_tlev(nzt+2:nzt_rad+1)
632          CALL read_sounding_data
633
634!
635!--       Read trace gas profiles from file. This routine provides
636!--       the rrtm_ arrays (1:nzt_rad+1)
637          CALL read_trace_gas_data
638#endif
639       ENDIF
640
641!
642!--    Perform user actions if required
643       CALL user_init_radiation
644
645!
646!--    Calculate radiative fluxes at model start
647       IF (  TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
648          IF ( radiation_scheme == 'clear-sky' )  THEN
649             CALL radiation_clearsky
650          ELSEIF ( radiation_scheme == 'rrtmg' )  THEN
651             CALL radiation_rrtmg
652          ENDIF
653       ENDIF
654
655       RETURN
656
657    END SUBROUTINE init_radiation
658
659
660!------------------------------------------------------------------------------!
661! Description:
662! ------------
663!> A simple clear sky radiation model
664!------------------------------------------------------------------------------!
665    SUBROUTINE radiation_clearsky
666
667       USE indices,                                                            &
668           ONLY:  nbgp
669
670       IMPLICIT NONE
671
672       INTEGER(iwp) :: i, j, k   !< loop indices
673       REAL(wp)     :: exn,   &  !< Exner functions at surface
674                       exn1,  &  !< Exner functions at first grid level
675                       pt1       !< potential temperature at first grid level
676
677!
678!--    Calculate current zenith angle
679       CALL calc_zenith
680
681!
682!--    Calculate sky transmissivity
683       sky_trans = 0.6_wp + 0.2_wp * zenith(0)
684
685!
686!--    Calculate value of the Exner function
687       exn = (surface_pressure / 1000.0_wp )**0.286_wp
688!
689!--    Calculate radiation fluxes and net radiation (rad_net) for each grid
690!--    point
691       DO i = nxlg, nxrg
692          DO j = nysg, nyng
693             k = nzb_s_inner(j,i)
694
695             exn1 = (hyp(k+1) / 100000.0_wp )**0.286_wp
696
697             rad_sw_in(0,j,i)  = solar_constant * sky_trans * zenith(0)
698             rad_sw_out(0,j,i) = alpha(j,i) * rad_sw_in(0,j,i)
699             rad_lw_out(0,j,i) = emissivity * sigma_sb * (pt(k,j,i) * exn)**4
700
701             IF ( cloud_physics )  THEN
702                pt1 = pt(k+1,j,i) + l_d_cp / exn1 * ql(k+1,j,i)
703                rad_lw_in(0,j,i)  = 0.8_wp * sigma_sb * (pt1 * exn1)**4
704             ELSE
705                rad_lw_in(0,j,i)  = 0.8_wp * sigma_sb * (pt(k+1,j,i) * exn1)**4
706             ENDIF
707
708             rad_net(j,i) = rad_sw_in(0,j,i) - rad_sw_out(0,j,i)               &
709                            + rad_lw_in(0,j,i) - rad_lw_out(0,j,i)
710
711          ENDDO
712       ENDDO
713
714    END SUBROUTINE radiation_clearsky
715
716
717!------------------------------------------------------------------------------!
718! Description:
719! ------------
720!> Implementation of the RRTMG radiation_scheme
721!------------------------------------------------------------------------------!
722    SUBROUTINE radiation_rrtmg
723
724       USE indices,                                                            &
725           ONLY:  nbgp
726
727       USE particle_attributes,                                                &
728           ONLY:  grid_particles, number_of_particles, particles,              &
729                  particle_advection_start, prt_count
730
731       IMPLICIT NONE
732
733#if defined ( __rrtmg )
734
735       INTEGER(iwp) :: i, j, k, n !< loop indices
736
737       REAL(wp)     ::  s_r2, &   !< weighted sum over all droplets with r^2
738                        s_r3      !< weighted sum over all droplets with r^3
739
740!
741!--    Calculate current (cosine of) zenith angle and whether the sun is up
742       CALL calc_zenith     
743!
744!--    Calculate surface albedo
745       IF ( .NOT. constant_albedo )  THEN
746          CALL calc_albedo
747       ENDIF
748
749!
750!--    Prepare input data for RRTMG
751
752!
753!--    In case of large scale forcing with surface data, calculate new pressure
754!--    profile. nzt_rad might be modified by these calls and all required arrays
755!--    will then be re-allocated
756       IF ( large_scale_forcing  .AND.  lsf_surf )  THEN
757          CALL read_sounding_data
758          CALL read_trace_gas_data
759       ENDIF
760!
761!--    Loop over all grid points
762       DO i = nxl, nxr
763          DO j = nys, nyn
764
765!
766!--          Prepare profiles of temperature and H2O volume mixing ratio
767             rrtm_tlev(0,nzb+1) = pt(nzb,j,i) * ( surface_pressure             &
768                                                  / 1000.0_wp )**0.286_wp
769
770             DO k = nzb+1, nzt+1
771                rrtm_tlay(0,k) = pt(k,j,i) * ( (hyp(k) ) / 100000.0_wp         &
772                                 )**0.286_wp + l_d_cp * ql(k,j,i)
773                rrtm_h2ovmr(0,k) = mol_mass_air_d_wv * (q(k,j,i) - ql(k,j,i))
774
775             ENDDO
776
777!
778!--          Avoid temperature/humidity jumps at the top of the LES domain by
779!--          linear interpolation from nzt+2 to nzt+7
780             DO k = nzt+2, nzt+7
781                rrtm_tlay(0,k) = rrtm_tlay(0,nzt+1)                            &
782                              + ( rrtm_tlay(0,nzt+8) - rrtm_tlay(0,nzt+1) )    &
783                              / ( rrtm_play(0,nzt+8) - rrtm_play(0,nzt+1) )    &
784                              * ( rrtm_play(0,k) - rrtm_play(0,nzt+1) )
785
786                rrtm_h2ovmr(0,k) = rrtm_h2ovmr(0,nzt+1)                        &
787                              + ( rrtm_h2ovmr(0,nzt+8) - rrtm_h2ovmr(0,nzt+1) )&
788                              / ( rrtm_play(0,nzt+8)   - rrtm_play(0,nzt+1)   )&
789                              * ( rrtm_play(0,k) - rrtm_play(0,nzt+1) )
790
791             ENDDO
792
793!--          Linear interpolate to zw grid
794             DO k = nzb+2, nzt+8
795                rrtm_tlev(0,k)   = rrtm_tlay(0,k-1) + (rrtm_tlay(0,k) -        &
796                                   rrtm_tlay(0,k-1))                           &
797                                   / ( rrtm_play(0,k) - rrtm_play(0,k-1) )     &
798                                   * ( rrtm_plev(0,k) - rrtm_play(0,k-1) )
799             ENDDO
800
801
802!
803!--          Calculate liquid water path and cloud fraction for each column.
804!--          Note that LWP is required in g/m² instead of kg/kg m.
805             rrtm_cldfr  = 0.0_wp
806             rrtm_reliq  = 0.0_wp
807             rrtm_cliqwp = 0.0_wp
808             rrtm_icld   = 0
809
810             DO k = nzb+1, nzt+1
811                rrtm_cliqwp(0,k) =  ql(k,j,i) * 1000.0_wp *                    &
812                                    (rrtm_plev(0,k) - rrtm_plev(0,k+1))        &
813                                    * 100.0_wp / g
814
815                IF ( rrtm_cliqwp(0,k) > 0.0_wp )  THEN
816                   rrtm_cldfr(0,k) = 1.0_wp
817                   IF ( rrtm_icld == 0 )  rrtm_icld = 1
818
819!
820!--                Calculate cloud droplet effective radius
821                   IF ( cloud_physics )  THEN
822                      rrtm_reliq(0,k) = 1.0E6_wp * ( 3.0_wp * ql(k,j,i)        &
823                                        * rho_surface                          &
824                                        / ( 4.0_wp * pi * nc_const * rho_l )   &
825                                        )**0.33333333333333_wp                 &
826                                        * EXP( LOG( sigma_gc )**2 )
827
828                   ELSEIF ( cloud_droplets )  THEN
829                      number_of_particles = prt_count(k,j,i)
830
831                      IF (number_of_particles <= 0)  CYCLE
832                      particles => grid_particles(k,j,i)%particles(1:number_of_particles)
833                      s_r2 = 0.0_wp
834                      s_r3 = 0.0_wp
835
836                      DO  n = 1, number_of_particles
837                         IF ( particles(n)%particle_mask )  THEN
838                            s_r2 = s_r2 + particles(n)%radius**2 * &
839                                   particles(n)%weight_factor
840                            s_r3 = s_r3 + particles(n)%radius**3 * &
841                                   particles(n)%weight_factor
842                         ENDIF
843                      ENDDO
844
845                      IF ( s_r2 > 0.0_wp )  rrtm_reliq(0,k) = s_r3 / s_r2
846
847                   ENDIF
848
849!
850!--                Limit effective radius
851                   IF ( rrtm_reliq(0,k) > 0.0_wp )  THEN
852                      rrtm_reliq(0,k) = MAX(rrtm_reliq(0,k),2.5_wp)
853                      rrtm_reliq(0,k) = MIN(rrtm_reliq(0,k),60.0_wp)
854                  ENDIF
855                ENDIF
856             ENDDO
857
858!
859!--          Set surface temperature
860             rrtm_tsfc = pt(nzb,j,i) * (surface_pressure / 1000.0_wp )**0.286_wp
861
862             IF ( lw_radiation )  THEN
863               CALL rrtmg_lw( 1, nzt_rad      , rrtm_icld    , rrtm_idrv      ,&
864               rrtm_play       , rrtm_plev    , rrtm_tlay    , rrtm_tlev      ,&
865               rrtm_tsfc       , rrtm_h2ovmr  , rrtm_o3vmr   , rrtm_co2vmr    ,&
866               rrtm_ch4vmr     , rrtm_n2ovmr  , rrtm_o2vmr   , rrtm_cfc11vmr  ,&
867               rrtm_cfc12vmr   , rrtm_cfc22vmr, rrtm_ccl4vmr , rrtm_emis      ,&
868               rrtm_inflglw    , rrtm_iceflglw, rrtm_liqflglw, rrtm_cldfr     ,&
869               rrtm_lw_taucld  , rrtm_cicewp  , rrtm_cliqwp  , rrtm_reice     ,& 
870               rrtm_reliq      , rrtm_lw_tauaer,                               &
871               rrtm_lwuflx     , rrtm_lwdflx  , rrtm_lwhr  ,                   &
872               rrtm_lwuflxc    , rrtm_lwdflxc , rrtm_lwhrc ,                   &
873               rrtm_lwuflx_dt  ,  rrtm_lwuflxc_dt )
874
875!
876!--             Save fluxes
877                DO k = nzb, nzt+1
878                   rad_lw_in(k,j,i)  = rrtm_lwdflx(0,k)
879                   rad_lw_out(k,j,i) = rrtm_lwuflx(0,k)
880                ENDDO
881
882!
883!--             Save heating rates (convert from K/d to K/h)
884                DO k = nzb+1, nzt+1
885                   rad_lw_hr(k,j,i)     = rrtm_lwhr(0,k)  * d_hours_day
886                   rad_lw_cs_hr(k,j,i)  = rrtm_lwhrc(0,k) * d_hours_day
887                ENDDO
888
889!
890!--             Save change in LW heating rate
891                rad_lw_out_change_0(j,i) = rrtm_lwuflx_dt(0,nzb)
892
893             ENDIF
894
895             IF ( sw_radiation .AND. sun_up )  THEN
896                CALL rrtmg_sw( 1, nzt_rad      , rrtm_icld  , rrtm_iaer       ,&
897               rrtm_play       , rrtm_plev    , rrtm_tlay  , rrtm_tlev        ,&
898               rrtm_tsfc       , rrtm_h2ovmr  , rrtm_o3vmr , rrtm_co2vmr      ,&
899               rrtm_ch4vmr     , rrtm_n2ovmr  , rrtm_o2vmr , rrtm_asdir(:,j,i),&
900               rrtm_asdif(:,j,i), rrtm_aldir(:,j,i), rrtm_aldif(:,j,i), zenith,&
901               0.0_wp          , day          , solar_constant,   rrtm_inflgsw,&
902               rrtm_iceflgsw   , rrtm_liqflgsw, rrtm_cldfr , rrtm_sw_taucld   ,&
903               rrtm_sw_ssacld  , rrtm_sw_asmcld, rrtm_sw_fsfcld, rrtm_cicewp  ,&
904               rrtm_cliqwp     , rrtm_reice   , rrtm_reliq , rrtm_sw_tauaer   ,&
905               rrtm_sw_ssaaer     , rrtm_sw_asmaer  , rrtm_sw_ecaer ,          &
906               rrtm_swuflx     , rrtm_swdflx  , rrtm_swhr  ,                   &
907               rrtm_swuflxc    , rrtm_swdflxc , rrtm_swhrc )
908 
909!
910!--             Save fluxes
911                DO k = nzb, nzt+1
912                   rad_sw_in(k,j,i)  = rrtm_swdflx(0,k)
913                   rad_sw_out(k,j,i) = rrtm_swuflx(0,k)
914                ENDDO
915
916!
917!--             Save heating rates (convert from K/d to K/s)
918                DO k = nzb+1, nzt+1
919                   rad_sw_hr(k,j,i)     = rrtm_swhr(0,k)  * d_hours_day
920                   rad_sw_cs_hr(k,j,i)  = rrtm_swhrc(0,k) * d_hours_day
921                ENDDO
922
923             ENDIF
924
925!
926!--          Calculate surface net radiation
927             rad_net(j,i) = rad_sw_in(nzb,j,i) - rad_sw_out(nzb,j,i)           &
928                            + rad_lw_in(nzb,j,i) - rad_lw_out(nzb,j,i)
929
930          ENDDO
931       ENDDO
932
933       CALL exchange_horiz( rad_lw_in,  nbgp )
934       CALL exchange_horiz( rad_lw_out, nbgp )
935       CALL exchange_horiz( rad_lw_hr,    nbgp )
936       CALL exchange_horiz( rad_lw_cs_hr, nbgp )
937
938       CALL exchange_horiz( rad_sw_in,  nbgp )
939       CALL exchange_horiz( rad_sw_out, nbgp ) 
940       CALL exchange_horiz( rad_sw_hr,    nbgp )
941       CALL exchange_horiz( rad_sw_cs_hr, nbgp )
942
943       CALL exchange_horiz_2d( rad_net, nbgp )
944       CALL exchange_horiz_2d( rad_lw_out_change_0, nbgp )
945#endif
946
947    END SUBROUTINE radiation_rrtmg
948
949
950!------------------------------------------------------------------------------!
951! Description:
952! ------------
953!> Calculate the cosine of the zenith angle (variable is called zenith)
954!------------------------------------------------------------------------------!
955    SUBROUTINE calc_zenith
956
957       IMPLICIT NONE
958
959       REAL(wp) ::  declination,  & !< solar declination angle
960                    hour_angle      !< solar hour angle
961!
962!--    Calculate current day and time based on the initial values and simulation
963!--    time
964       day = day_init + INT(FLOOR( (time_utc_init + time_since_reference_point)    &
965                               / 86400.0_wp ), KIND=iwp)
966       time_utc = MOD((time_utc_init + time_since_reference_point), 86400.0_wp)
967
968
969!
970!--    Calculate solar declination and hour angle   
971       declination = ASIN( decl_1 * SIN(decl_2 * REAL(day, KIND=wp) - decl_3) )
972       hour_angle  = 2.0_wp * pi * (time_utc / 86400.0_wp) + lon - pi
973
974!
975!--    Calculate zenith angle
976       zenith(0) = SIN(lat) * SIN(declination) + COS(lat) * COS(declination)      &
977                                            * COS(hour_angle)
978       zenith(0) = MAX(0.0_wp,zenith(0))
979
980!
981!--    Check if the sun is up (otheriwse shortwave calculations can be skipped)
982       IF ( zenith(0) > 0.0_wp )  THEN
983          sun_up = .TRUE.
984       ELSE
985          sun_up = .FALSE.
986       END IF
987
988    END SUBROUTINE calc_zenith
989
990#if defined ( __rrtmg ) && defined ( __netcdf )
991!------------------------------------------------------------------------------!
992! Description:
993! ------------
994!> Calculates surface albedo components based on Briegleb (1992) and
995!> Briegleb et al. (1986)
996!------------------------------------------------------------------------------!
997    SUBROUTINE calc_albedo
998
999        IMPLICIT NONE
1000
1001        IF ( sun_up )  THEN
1002!
1003!--        Ocean
1004           IF ( albedo_type == 1 )  THEN
1005              rrtm_aldir(0,:,:) = 0.026_wp / ( zenith(0)**1.7_wp + 0.065_wp )  &
1006                                  + 0.15_wp * ( zenith(0) - 0.1_wp )           &
1007                                            * ( zenith(0) - 0.5_wp )           &
1008                                            * ( zenith(0) - 1.0_wp )
1009              rrtm_asdir(0,:,:) = rrtm_aldir(0,:,:)
1010!
1011!--        Snow
1012           ELSEIF ( albedo_type == 16 )  THEN
1013              IF ( zenith(0) < 0.5_wp )  THEN
1014                 rrtm_aldir(0,:,:) = 0.5_wp * (1.0_wp - aldif)                 &
1015                                     * ( 3.0_wp / (1.0_wp + 4.0_wp             &
1016                                     * zenith(0))) - 1.0_wp
1017                 rrtm_asdir(0,:,:) = 0.5_wp * (1.0_wp - asdif)                 &
1018                                     * ( 3.0_wp / (1.0_wp + 4.0_wp             &
1019                                     * zenith(0))) - 1.0_wp
1020
1021                 rrtm_aldir(0,:,:) = MIN(0.98_wp, rrtm_aldir(0,:,:))
1022                 rrtm_asdir(0,:,:) = MIN(0.98_wp, rrtm_asdir(0,:,:))
1023              ELSE
1024                 rrtm_aldir(0,:,:) = aldif
1025                 rrtm_asdir(0,:,:) = asdif
1026              ENDIF
1027!
1028!--        Sea ice
1029           ELSEIF ( albedo_type == 15 )  THEN
1030                 rrtm_aldir(0,:,:) = aldif
1031                 rrtm_asdir(0,:,:) = asdif
1032!
1033!--        Land surfaces
1034           ELSE
1035              SELECT CASE ( albedo_type )
1036
1037!
1038!--              Surface types with strong zenith dependence
1039                 CASE ( 1, 2, 3, 4, 11, 12, 13 )
1040                    rrtm_aldir(0,:,:) = aldif * 1.4_wp /                       &
1041                                        (1.0_wp + 0.8_wp * zenith(0))
1042                    rrtm_asdir(0,:,:) = asdif * 1.4_wp /                       &
1043                                        (1.0_wp + 0.8_wp * zenith(0))
1044!
1045!--              Surface types with weak zenith dependence
1046                 CASE ( 5, 6, 7, 8, 9, 10, 14 )
1047                    rrtm_aldir(0,:,:) = aldif * 1.1_wp /                       &
1048                                        (1.0_wp + 0.2_wp * zenith(0))
1049                    rrtm_asdir(0,:,:) = asdif * 1.1_wp /                       &
1050                                        (1.0_wp + 0.2_wp * zenith(0))
1051
1052                 CASE DEFAULT
1053
1054              END SELECT
1055           ENDIF
1056!
1057!--        Diffusive albedo is taken from Table 2
1058           rrtm_aldif(0,:,:) = aldif
1059           rrtm_asdif(0,:,:) = asdif
1060
1061        ELSE
1062
1063           rrtm_aldir(0,:,:) = 0.0_wp
1064           rrtm_asdir(0,:,:) = 0.0_wp
1065           rrtm_aldif(0,:,:) = 0.0_wp
1066           rrtm_asdif(0,:,:) = 0.0_wp
1067        ENDIF
1068    END SUBROUTINE calc_albedo
1069
1070!------------------------------------------------------------------------------!
1071! Description:
1072! ------------
1073!> Read sounding data (pressure and temperature) from RADIATION_DATA.
1074!------------------------------------------------------------------------------!
1075    SUBROUTINE read_sounding_data
1076
1077       IMPLICIT NONE
1078
1079       INTEGER(iwp) :: id,           & !< NetCDF id of input file
1080                       id_dim_zrad,  & !< pressure level id in the NetCDF file
1081                       id_var,       & !< NetCDF variable id
1082                       k,            & !< loop index
1083                       nz_snd,       & !< number of vertical levels in the sounding data
1084                       nz_snd_start, & !< start vertical index for sounding data to be used
1085                       nz_snd_end      !< end vertical index for souding data to be used
1086
1087       REAL(wp) :: t_surface           !< actual surface temperature
1088
1089       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  hyp_snd_tmp, & !< temporary hydrostatic pressure profile (sounding)
1090                                               t_snd_tmp      !< temporary temperature profile (sounding)
1091
1092!
1093!--    In case of updates, deallocate arrays first (sufficient to check one
1094!--    array as the others are automatically allocated). This is required
1095!--    because nzt_rad might change during the update
1096       IF ( ALLOCATED ( hyp_snd ) )  THEN
1097          DEALLOCATE( hyp_snd )
1098          DEALLOCATE( t_snd )
1099          DEALLOCATE( q_snd  )
1100          DEALLOCATE ( rrtm_play )
1101          DEALLOCATE ( rrtm_plev )
1102          DEALLOCATE ( rrtm_tlay )
1103          DEALLOCATE ( rrtm_tlev )
1104
1105          DEALLOCATE ( rrtm_h2ovmr )
1106          DEALLOCATE ( rrtm_cicewp )
1107          DEALLOCATE ( rrtm_cldfr )
1108          DEALLOCATE ( rrtm_cliqwp )
1109          DEALLOCATE ( rrtm_reice )
1110          DEALLOCATE ( rrtm_reliq )
1111          DEALLOCATE ( rrtm_lw_taucld )
1112          DEALLOCATE ( rrtm_lw_tauaer )
1113
1114          DEALLOCATE ( rrtm_lwdflx  )
1115          DEALLOCATE ( rrtm_lwdflxc )
1116          DEALLOCATE ( rrtm_lwuflx  )
1117          DEALLOCATE ( rrtm_lwuflxc )
1118          DEALLOCATE ( rrtm_lwuflx_dt )
1119          DEALLOCATE ( rrtm_lwuflxc_dt )
1120          DEALLOCATE ( rrtm_lwhr  )
1121          DEALLOCATE ( rrtm_lwhrc )
1122
1123          DEALLOCATE ( rrtm_sw_taucld )
1124          DEALLOCATE ( rrtm_sw_ssacld )
1125          DEALLOCATE ( rrtm_sw_asmcld )
1126          DEALLOCATE ( rrtm_sw_fsfcld )
1127          DEALLOCATE ( rrtm_sw_tauaer )
1128          DEALLOCATE ( rrtm_sw_ssaaer )
1129          DEALLOCATE ( rrtm_sw_asmaer ) 
1130          DEALLOCATE ( rrtm_sw_ecaer )   
1131 
1132          DEALLOCATE ( rrtm_swdflx  )
1133          DEALLOCATE ( rrtm_swdflxc )
1134          DEALLOCATE ( rrtm_swuflx  )
1135          DEALLOCATE ( rrtm_swuflxc )
1136          DEALLOCATE ( rrtm_swhr  )
1137          DEALLOCATE ( rrtm_swhrc )
1138
1139       ENDIF
1140
1141!
1142!--    Open file for reading
1143       nc_stat = NF90_OPEN( rrtm_input_file, NF90_NOWRITE, id )
1144       CALL netcdf_handle_error_rad( 'read_sounding_data', 549 )
1145
1146!
1147!--    Inquire dimension of z axis and save in nz_snd
1148       nc_stat = NF90_INQ_DIMID( id, "Pressure", id_dim_zrad )
1149       nc_stat = NF90_INQUIRE_DIMENSION( id, id_dim_zrad, len = nz_snd )
1150       CALL netcdf_handle_error_rad( 'read_sounding_data', 551 )
1151
1152!
1153! !--    Allocate temporary array for storing pressure data
1154       ALLOCATE( hyp_snd_tmp(1:nz_snd) )
1155       hyp_snd_tmp = 0.0_wp
1156
1157
1158!--    Read pressure from file
1159       nc_stat = NF90_INQ_VARID( id, "Pressure", id_var )
1160       nc_stat = NF90_GET_VAR( id, id_var, hyp_snd_tmp(:), start = (/1/),      &
1161                               count = (/nz_snd/) )
1162       CALL netcdf_handle_error_rad( 'read_sounding_data', 552 )
1163
1164!
1165!--    Allocate temporary array for storing temperature data
1166       ALLOCATE( t_snd_tmp(1:nz_snd) )
1167       t_snd_tmp = 0.0_wp
1168
1169!
1170!--    Read temperature from file
1171       nc_stat = NF90_INQ_VARID( id, "ReferenceTemperature", id_var )
1172       nc_stat = NF90_GET_VAR( id, id_var, t_snd_tmp(:), start = (/1/),        &
1173                               count = (/nz_snd/) )
1174       CALL netcdf_handle_error_rad( 'read_sounding_data', 553 )
1175
1176!
1177!--    Calculate start of sounding data
1178       nz_snd_start = nz_snd + 1
1179       nz_snd_end   = nz_snd + 1
1180
1181!
1182!--    Start filling vertical dimension at 10hPa above the model domain (hyp is
1183!--    in Pa, hyp_snd in hPa).
1184       DO  k = 1, nz_snd
1185          IF ( hyp_snd_tmp(k) < ( hyp(nzt+1) - 1000.0_wp) * 0.01_wp )  THEN
1186             nz_snd_start = k
1187             EXIT
1188          END IF
1189       END DO
1190
1191       IF ( nz_snd_start <= nz_snd )  THEN
1192          nz_snd_end = nz_snd
1193       END IF
1194
1195
1196!
1197!--    Calculate of total grid points for RRTMG calculations
1198       nzt_rad = nzt + nz_snd_end - nz_snd_start + 1
1199
1200!
1201!--    Save data above LES domain in hyp_snd, t_snd and q_snd
1202!--    Note: q_snd_tmp is not calculated at the moment (dry residual atmosphere)
1203       ALLOCATE( hyp_snd(nzb+1:nzt_rad) )
1204       ALLOCATE( t_snd(nzb+1:nzt_rad)   )
1205       ALLOCATE( q_snd(nzb+1:nzt_rad)   )
1206       hyp_snd = 0.0_wp
1207       t_snd = 0.0_wp
1208       q_snd = 0.0_wp
1209
1210       hyp_snd(nzt+2:nzt_rad) = hyp_snd_tmp(nz_snd_start+1:nz_snd_end)
1211       t_snd(nzt+2:nzt_rad)   = t_snd_tmp(nz_snd_start+1:nz_snd_end)
1212
1213       nc_stat = NF90_CLOSE( id )
1214
1215!
1216!--    Calculate pressure levels on zu and zw grid. Sounding data is added at
1217!--    top of the LES domain. This routine does not consider horizontal or
1218!--    vertical variability of pressure and temperature
1219       ALLOCATE ( rrtm_play(0:0,nzb+1:nzt_rad+1)   )
1220       ALLOCATE ( rrtm_plev(0:0,nzb+1:nzt_rad+2)   )
1221
1222       t_surface = pt_surface * ( surface_pressure / 1000.0_wp )**0.286_wp
1223       DO k = nzb+1, nzt+1
1224          rrtm_play(0,k) = hyp(k) * 0.01_wp
1225          rrtm_plev(0,k) = surface_pressure * ( (t_surface - g/cp * zw(k-1)) / &
1226                         t_surface )**(1.0_wp/0.286_wp)
1227       ENDDO
1228
1229       DO k = nzt+2, nzt_rad
1230          rrtm_play(0,k) = hyp_snd(k)
1231          rrtm_plev(0,k) = 0.5_wp * ( rrtm_play(0,k) + rrtm_play(0,k-1) )
1232       ENDDO
1233       rrtm_plev(0,nzt_rad+1) = MAX( 0.5 * hyp_snd(nzt_rad),                   &
1234                                   1.5 * hyp_snd(nzt_rad)                      &
1235                                 - 0.5 * hyp_snd(nzt_rad-1) )
1236       rrtm_plev(0,nzt_rad+2)  = MIN( 1.0E-4_wp,                               &
1237                                      0.25_wp * rrtm_plev(0,nzt_rad+1) )
1238
1239       rrtm_play(0,nzt_rad+1) = 0.5 * rrtm_plev(0,nzt_rad+1)
1240
1241!
1242!--    Calculate temperature/humidity levels at top of the LES domain.
1243!--    Currently, the temperature is taken from sounding data (might lead to a
1244!--    temperature jump at interface. To do: Humidity is currently not
1245!--    calculated above the LES domain.
1246       ALLOCATE ( rrtm_tlay(0:0,nzb+1:nzt_rad+1)   )
1247       ALLOCATE ( rrtm_tlev(0:0,nzb+1:nzt_rad+2)   )
1248       ALLOCATE ( rrtm_h2ovmr(0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
1249
1250       DO k = nzt+8, nzt_rad
1251          rrtm_tlay(0,k)   = t_snd(k)
1252          rrtm_h2ovmr(0,k) = q_snd(k)
1253       ENDDO
1254       rrtm_tlay(0,nzt_rad+1) = 2.0_wp * rrtm_tlay(0,nzt_rad)                 &
1255                                - rrtm_tlay(0,nzt_rad-1)
1256       DO k = nzt+9, nzt_rad+1
1257          rrtm_tlev(0,k)   = rrtm_tlay(0,k-1) + (rrtm_tlay(0,k)                &
1258                             - rrtm_tlay(0,k-1))                               &
1259                             / ( rrtm_play(0,k) - rrtm_play(0,k-1) )           &
1260                             * ( rrtm_plev(0,k) - rrtm_play(0,k-1) )
1261       ENDDO
1262       rrtm_h2ovmr(0,nzt_rad+1) = rrtm_h2ovmr(0,nzt_rad)
1263
1264       rrtm_tlev(0,nzt_rad+2)   = 2.0_wp * rrtm_tlay(0,nzt_rad+1)              &
1265                                  - rrtm_tlev(0,nzt_rad)
1266!
1267!--    Allocate remaining RRTMG arrays
1268       ALLOCATE ( rrtm_cicewp(0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
1269       ALLOCATE ( rrtm_cldfr(0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
1270       ALLOCATE ( rrtm_cliqwp(0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
1271       ALLOCATE ( rrtm_reice(0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
1272       ALLOCATE ( rrtm_reliq(0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
1273       ALLOCATE ( rrtm_lw_taucld(1:nbndlw+1,0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
1274       ALLOCATE ( rrtm_lw_tauaer(0:0,nzb+1:nzt_rad+1,1:nbndlw+1) )
1275       ALLOCATE ( rrtm_sw_taucld(1:nbndsw+1,0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
1276       ALLOCATE ( rrtm_sw_ssacld(1:nbndsw+1,0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
1277       ALLOCATE ( rrtm_sw_asmcld(1:nbndsw+1,0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
1278       ALLOCATE ( rrtm_sw_fsfcld(1:nbndsw+1,0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
1279       ALLOCATE ( rrtm_sw_tauaer(0:0,nzb+1:nzt_rad+1,1:nbndsw+1) )
1280       ALLOCATE ( rrtm_sw_ssaaer(0:0,nzb+1:nzt_rad+1,1:nbndsw+1) )
1281       ALLOCATE ( rrtm_sw_asmaer(0:0,nzb+1:nzt_rad+1,1:nbndsw+1) ) 
1282       ALLOCATE ( rrtm_sw_ecaer(0:0,nzb+1:nzt_rad+1,1:naerec+1) )   
1283
1284!
1285!--    The ice phase is currently not considered in PALM
1286       rrtm_cicewp = 0.0_wp
1287       rrtm_reice  = 0.0_wp
1288
1289!
1290!--    Set other parameters (move to NAMELIST parameters in the future)
1291       rrtm_lw_tauaer = 0.0_wp
1292       rrtm_lw_taucld = 0.0_wp
1293       rrtm_sw_taucld = 0.0_wp
1294       rrtm_sw_ssacld = 0.0_wp
1295       rrtm_sw_asmcld = 0.0_wp
1296       rrtm_sw_fsfcld = 0.0_wp
1297       rrtm_sw_tauaer = 0.0_wp
1298       rrtm_sw_ssaaer = 0.0_wp
1299       rrtm_sw_asmaer = 0.0_wp
1300       rrtm_sw_ecaer  = 0.0_wp
1301
1302
1303       ALLOCATE ( rrtm_swdflx(0:0,nzb:nzt_rad+1)  )
1304       ALLOCATE ( rrtm_swuflx(0:0,nzb:nzt_rad+1)  )
1305       ALLOCATE ( rrtm_swhr(0:0,nzb+1:nzt_rad+1)  )
1306       ALLOCATE ( rrtm_swuflxc(0:0,nzb:nzt_rad+1) )
1307       ALLOCATE ( rrtm_swdflxc(0:0,nzb:nzt_rad+1) )
1308       ALLOCATE ( rrtm_swhrc(0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
1309
1310       rrtm_swdflx  = 0.0_wp
1311       rrtm_swuflx  = 0.0_wp
1312       rrtm_swhr    = 0.0_wp 
1313       rrtm_swuflxc = 0.0_wp
1314       rrtm_swdflxc = 0.0_wp
1315       rrtm_swhrc   = 0.0_wp
1316
1317       ALLOCATE ( rrtm_lwdflx(0:0,nzb:nzt_rad+1)  )
1318       ALLOCATE ( rrtm_lwuflx(0:0,nzb:nzt_rad+1)  )
1319       ALLOCATE ( rrtm_lwhr(0:0,nzb+1:nzt_rad+1)  )
1320       ALLOCATE ( rrtm_lwuflxc(0:0,nzb:nzt_rad+1) )
1321       ALLOCATE ( rrtm_lwdflxc(0:0,nzb:nzt_rad+1) )
1322       ALLOCATE ( rrtm_lwhrc(0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
1323
1324       rrtm_lwdflx  = 0.0_wp
1325       rrtm_lwuflx  = 0.0_wp
1326       rrtm_lwhr    = 0.0_wp 
1327       rrtm_lwuflxc = 0.0_wp
1328       rrtm_lwdflxc = 0.0_wp
1329       rrtm_lwhrc   = 0.0_wp
1330
1331       ALLOCATE ( rrtm_lwuflx_dt(0:0,nzb:nzt_rad+1) )
1332       ALLOCATE ( rrtm_lwuflxc_dt(0:0,nzb:nzt_rad+1) )
1333
1334       rrtm_lwuflx_dt = 0.0_wp
1335       rrtm_lwuflxc_dt = 0.0_wp
1336
1337    END SUBROUTINE read_sounding_data
1338
1339
1340!------------------------------------------------------------------------------!
1341! Description:
1342! ------------
1343!> Read trace gas data from file
1344!------------------------------------------------------------------------------!
1345    SUBROUTINE read_trace_gas_data
1346
1347       USE rrsw_ncpar
1348
1349       IMPLICIT NONE
1350
1351       INTEGER(iwp), PARAMETER :: num_trace_gases = 9 !< number of trace gases (absorbers)
1352
1353       CHARACTER(LEN=5), DIMENSION(num_trace_gases), PARAMETER ::              & !< trace gas names
1354           trace_names = (/'O3   ', 'CO2  ', 'CH4  ', 'N2O  ', 'O2   ',        &
1355                           'CFC11', 'CFC12', 'CFC22', 'CCL4 '/)
1356
1357       INTEGER(iwp) :: id,     & !< NetCDF id
1358                       k,      & !< loop index
1359                       m,      & !< loop index
1360                       n,      & !< loop index
1361                       nabs,   & !< number of absorbers
1362                       np,     & !< number of pressure levels
1363                       id_abs, & !< NetCDF id of the respective absorber
1364                       id_dim, & !< NetCDF id of asborber's dimension
1365                       id_var    !< NetCDf id ot the absorber
1366
1367       REAL(wp) :: p_mls_l, p_mls_u, p_wgt_l, p_wgt_u, p_mls_m
1368
1369
1370       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE   ::  p_mls,         & !< pressure levels for the absorbers
1371                                                 rrtm_play_tmp, & !< temporary array for pressure zu-levels
1372                                                 rrtm_plev_tmp, & !< temporary array for pressure zw-levels
1373                                                 trace_path_tmp   !< temporary array for storing trace gas path data
1374
1375       REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  trace_mls,      & !< array for storing the absorber amounts
1376                                                 trace_mls_path, & !< array for storing trace gas path data
1377                                                 trace_mls_tmp     !< temporary array for storing trace gas data
1378
1379
1380!
1381!--    In case of updates, deallocate arrays first (sufficient to check one
1382!--    array as the others are automatically allocated)
1383       IF ( ALLOCATED ( rrtm_o3vmr ) )  THEN
1384          DEALLOCATE ( rrtm_o3vmr  )
1385          DEALLOCATE ( rrtm_co2vmr )
1386          DEALLOCATE ( rrtm_ch4vmr )
1387          DEALLOCATE ( rrtm_n2ovmr )
1388          DEALLOCATE ( rrtm_o2vmr  )
1389          DEALLOCATE ( rrtm_cfc11vmr )
1390          DEALLOCATE ( rrtm_cfc12vmr )
1391          DEALLOCATE ( rrtm_cfc22vmr )
1392          DEALLOCATE ( rrtm_ccl4vmr  )
1393       ENDIF
1394
1395!
1396!--    Allocate trace gas profiles
1397       ALLOCATE ( rrtm_o3vmr(0:0,1:nzt_rad+1)  )
1398       ALLOCATE ( rrtm_co2vmr(0:0,1:nzt_rad+1) )
1399       ALLOCATE ( rrtm_ch4vmr(0:0,1:nzt_rad+1) )
1400       ALLOCATE ( rrtm_n2ovmr(0:0,1:nzt_rad+1) )
1401       ALLOCATE ( rrtm_o2vmr(0:0,1:nzt_rad+1)  )
1402       ALLOCATE ( rrtm_cfc11vmr(0:0,1:nzt_rad+1) )
1403       ALLOCATE ( rrtm_cfc12vmr(0:0,1:nzt_rad+1) )
1404       ALLOCATE ( rrtm_cfc22vmr(0:0,1:nzt_rad+1) )
1405       ALLOCATE ( rrtm_ccl4vmr(0:0,1:nzt_rad+1)  )
1406
1407!
1408!--    Open file for reading
1409       nc_stat = NF90_OPEN( rrtm_input_file, NF90_NOWRITE, id )
1410       CALL netcdf_handle_error_rad( 'read_trace_gas_data', 549 )
1411!
1412!--    Inquire dimension ids and dimensions
1413       nc_stat = NF90_INQ_DIMID( id, "Pressure", id_dim )
1414       CALL netcdf_handle_error_rad( 'read_trace_gas_data', 550 )
1415       nc_stat = NF90_INQUIRE_DIMENSION( id, id_dim, len = np) 
1416       CALL netcdf_handle_error_rad( 'read_trace_gas_data', 550 )
1417
1418       nc_stat = NF90_INQ_DIMID( id, "Absorber", id_dim )
1419       CALL netcdf_handle_error_rad( 'read_trace_gas_data', 550 )
1420       nc_stat = NF90_INQUIRE_DIMENSION( id, id_dim, len = nabs ) 
1421       CALL netcdf_handle_error_rad( 'read_trace_gas_data', 550 )
1422   
1423
1424!
1425!--    Allocate pressure, and trace gas arrays     
1426       ALLOCATE( p_mls(1:np) )
1427       ALLOCATE( trace_mls(1:num_trace_gases,1:np) ) 
1428       ALLOCATE( trace_mls_tmp(1:nabs,1:np) ) 
1429
1430
1431       nc_stat = NF90_INQ_VARID( id, "Pressure", id_var )
1432       CALL netcdf_handle_error_rad( 'read_trace_gas_data', 550 )
1433       nc_stat = NF90_GET_VAR( id, id_var, p_mls )
1434       CALL netcdf_handle_error_rad( 'read_trace_gas_data', 550 )
1435
1436       nc_stat = NF90_INQ_VARID( id, "AbsorberAmountMLS", id_var )
1437       CALL netcdf_handle_error_rad( 'read_trace_gas_data', 550 )
1438       nc_stat = NF90_GET_VAR( id, id_var, trace_mls_tmp )
1439       CALL netcdf_handle_error_rad( 'read_trace_gas_data', 550 )
1440
1441
1442!
1443!--    Write absorber amounts (mls) to trace_mls
1444       DO n = 1, num_trace_gases
1445          CALL getAbsorberIndex( TRIM( trace_names(n) ), id_abs )
1446
1447          trace_mls(n,1:np) = trace_mls_tmp(id_abs,1:np)
1448
1449!
1450!--       Replace missing values by zero
1451          WHERE ( trace_mls(n,:) > 2.0_wp ) 
1452             trace_mls(n,:) = 0.0_wp
1453          END WHERE
1454       END DO
1455
1456       DEALLOCATE ( trace_mls_tmp )
1457
1458       nc_stat = NF90_CLOSE( id )
1459       CALL netcdf_handle_error_rad( 'read_trace_gas_data', 551 )
1460
1461!
1462!--    Add extra pressure level for calculations of the trace gas paths
1463       ALLOCATE ( rrtm_play_tmp(1:nzt_rad+1) )
1464       ALLOCATE ( rrtm_plev_tmp(1:nzt_rad+2) )
1465
1466       rrtm_play_tmp(1:nzt_rad)   = rrtm_play(0,1:nzt_rad) 
1467       rrtm_plev_tmp(1:nzt_rad+1) = rrtm_plev(0,1:nzt_rad+1)
1468       rrtm_play_tmp(nzt_rad+1)   = rrtm_plev(0,nzt_rad+1) * 0.5_wp
1469       rrtm_plev_tmp(nzt_rad+2)   = MIN( 1.0E-4_wp, 0.25_wp                    &
1470                                         * rrtm_plev(0,nzt_rad+1) )
1471 
1472!
1473!--    Calculate trace gas path (zero at surface) with interpolation to the
1474!--    sounding levels
1475       ALLOCATE ( trace_mls_path(1:nzt_rad+2,1:num_trace_gases) )
1476
1477       trace_mls_path(nzb+1,:) = 0.0_wp
1478       
1479       DO k = nzb+2, nzt_rad+2
1480          DO m = 1, num_trace_gases
1481             trace_mls_path(k,m) = trace_mls_path(k-1,m)
1482
1483!
1484!--          When the pressure level is higher than the trace gas pressure
1485!--          level, assume that
1486             IF ( rrtm_plev_tmp(k-1) > p_mls(1) )  THEN             
1487               
1488                trace_mls_path(k,m) = trace_mls_path(k,m) + trace_mls(m,1)     &
1489                                      * ( rrtm_plev_tmp(k-1)                   &
1490                                          - MAX( p_mls(1), rrtm_plev_tmp(k) )  &
1491                                        ) / g
1492             ENDIF
1493
1494!
1495!--          Integrate for each sounding level from the contributing p_mls
1496!--          levels
1497             DO n = 2, np
1498!
1499!--             Limit p_mls so that it is within the model level
1500                p_mls_u = MIN( rrtm_plev_tmp(k-1),                             &
1501                          MAX( rrtm_plev_tmp(k), p_mls(n) ) )
1502                p_mls_l = MIN( rrtm_plev_tmp(k-1),                             &
1503                          MAX( rrtm_plev_tmp(k), p_mls(n-1) ) )
1504
1505                IF ( p_mls_l > p_mls_u )  THEN
1506
1507!
1508!--                Calculate weights for interpolation
1509                   p_mls_m = 0.5_wp * (p_mls_l + p_mls_u)
1510                   p_wgt_u = (p_mls(n-1) - p_mls_m) / (p_mls(n-1) - p_mls(n))
1511                   p_wgt_l = (p_mls_m - p_mls(n))   / (p_mls(n-1) - p_mls(n))
1512
1513!
1514!--                Add level to trace gas path
1515                   trace_mls_path(k,m) = trace_mls_path(k,m)                   &
1516                                         +  ( p_wgt_u * trace_mls(m,n)         &
1517                                            + p_wgt_l * trace_mls(m,n-1) )     &
1518                                         * (p_mls_l - p_mls_u) / g
1519                ENDIF
1520             ENDDO
1521
1522             IF ( rrtm_plev_tmp(k) < p_mls(np) )  THEN
1523                trace_mls_path(k,m) = trace_mls_path(k,m) + trace_mls(m,np)    &
1524                                      * ( MIN( rrtm_plev_tmp(k-1), p_mls(np) ) &
1525                                          - rrtm_plev_tmp(k)                   &
1526                                        ) / g
1527             ENDIF 
1528          ENDDO
1529       ENDDO
1530
1531
1532!
1533!--    Prepare trace gas path profiles
1534       ALLOCATE ( trace_path_tmp(1:nzt_rad+1) )
1535
1536       DO m = 1, num_trace_gases
1537
1538          trace_path_tmp(1:nzt_rad+1) = ( trace_mls_path(2:nzt_rad+2,m)        &
1539                                       - trace_mls_path(1:nzt_rad+1,m) ) * g   &
1540                                       / ( rrtm_plev_tmp(1:nzt_rad+1)          &
1541                                       - rrtm_plev_tmp(2:nzt_rad+2) )
1542
1543!
1544!--       Save trace gas paths to the respective arrays
1545          SELECT CASE ( TRIM( trace_names(m) ) )
1546
1547             CASE ( 'O3' )
1548
1549                rrtm_o3vmr(0,:) = trace_path_tmp(:)
1550
1551             CASE ( 'CO2' )
1552
1553                rrtm_co2vmr(0,:) = trace_path_tmp(:)
1554
1555             CASE ( 'CH4' )
1556
1557                rrtm_ch4vmr(0,:) = trace_path_tmp(:)
1558
1559             CASE ( 'N2O' )
1560
1561                rrtm_n2ovmr(0,:) = trace_path_tmp(:)
1562
1563             CASE ( 'O2' )
1564
1565                rrtm_o2vmr(0,:) = trace_path_tmp(:)
1566
1567             CASE ( 'CFC11' )
1568
1569                rrtm_cfc11vmr(0,:) = trace_path_tmp(:)
1570
1571             CASE ( 'CFC12' )
1572
1573                rrtm_cfc12vmr(0,:) = trace_path_tmp(:)
1574
1575             CASE ( 'CFC22' )
1576
1577                rrtm_cfc22vmr(0,:) = trace_path_tmp(:)
1578
1579             CASE ( 'CCL4' )
1580
1581                rrtm_ccl4vmr(0,:) = trace_path_tmp(:)
1582
1583             CASE DEFAULT
1584
1585          END SELECT
1586
1587       ENDDO
1588
1589       DEALLOCATE ( trace_path_tmp )
1590       DEALLOCATE ( trace_mls_path )
1591       DEALLOCATE ( rrtm_play_tmp )
1592       DEALLOCATE ( rrtm_plev_tmp )
1593       DEALLOCATE ( trace_mls )
1594       DEALLOCATE ( p_mls )
1595
1596    END SUBROUTINE read_trace_gas_data
1597
1598    SUBROUTINE netcdf_handle_error_rad( routine_name, errno )
1599
1600       USE control_parameters,                                                 &
1601           ONLY:  message_string
1602
1603       USE NETCDF
1604
1605       USE pegrid
1606
1607       IMPLICIT NONE
1608
1609       CHARACTER(LEN=6) ::  message_identifier
1610       CHARACTER(LEN=*) ::  routine_name
1611
1612       INTEGER(iwp) ::  errno
1613
1614       IF ( nc_stat /= NF90_NOERR )  THEN
1615
1616          WRITE( message_identifier, '(''NC'',I4.4)' )  errno
1617          message_string = TRIM( NF90_STRERROR( nc_stat ) )
1618
1619          CALL message( routine_name, message_identifier, 2, 2, 0, 6, 1 )
1620
1621       ENDIF
1622
1623    END SUBROUTINE netcdf_handle_error_rad
1624#endif
1625
1626
1627!------------------------------------------------------------------------------!
1628! Description:
1629! ------------
1630!> Calculate temperature tendency due to radiative cooling/heating.
1631!> Cache-optimized version.
1632!------------------------------------------------------------------------------!
1633    SUBROUTINE radiation_tendency_ij ( i, j, tend )
1634
1635       USE cloud_parameters,                                                   &
1636           ONLY:  pt_d_t
1637
1638       IMPLICIT NONE
1639
1640       INTEGER(iwp) :: i, j, k !< loop indices
1641
1642       REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) :: tend !< pt tendency term
1643
1644#if defined ( __rrtmg )
1645!
1646!--    Calculate tendency based on heating rate
1647       DO k = nzb+1, nzt+1
1648          tend(k,j,i) = tend(k,j,i) + (rad_lw_hr(k,j,i) + rad_sw_hr(k,j,i))    &
1649                                      * pt_d_t(k) * d_seconds_hour
1650       ENDDO
1651
1652#endif
1653
1654    END SUBROUTINE radiation_tendency_ij
1655
1656
1657!------------------------------------------------------------------------------!
1658! Description:
1659! ------------
1660!> Calculate temperature tendency due to radiative cooling/heating.
1661!> Vector-optimized version
1662!------------------------------------------------------------------------------!
1663    SUBROUTINE radiation_tendency ( tend )
1664
1665       USE cloud_parameters,                                                   &
1666           ONLY:  pt_d_t
1667
1668       USE indices,                                                            &
1669           ONLY:  nxl, nxr, nyn, nys
1670
1671       IMPLICIT NONE
1672
1673       INTEGER(iwp) :: i, j, k !< loop indices
1674
1675       REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) :: tend !< pt tendency term
1676
1677#if defined ( __rrtmg )
1678!
1679!--    Calculate tendency based on heating rate
1680       DO  i = nxl, nxr
1681          DO  j = nys, nyn
1682             DO k = nzb+1, nzt+1
1683                tend(k,j,i) = tend(k,j,i) + ( rad_lw_hr(k,j,i)                 &
1684                                            +  rad_sw_hr(k,j,i) ) * pt_d_t(k)  &
1685                                            * d_seconds_hour
1686             ENDDO
1687         ENDDO
1688       ENDDO
1689#endif
1690
1691    END SUBROUTINE radiation_tendency
1692
1693 END MODULE radiation_model_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.