source: palm/trunk/SOURCE/radiation_model_mod.f90 @ 1852

Last change on this file since 1852 was 1852, checked in by hoffmann, 5 years ago

last commit documented

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 87.6 KB
Line 
1!> @file radiation_model_mod.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 1997-2016 Leibniz Universitaet Hannover
17!--------------------------------------------------------------------------------!
18!
19! Current revisions:
20! -----------------
21!
22
23! Former revisions:
24! -----------------
25! $Id: radiation_model_mod.f90 1852 2016-04-08 14:07:36Z hoffmann $
26!
27! 1849 2016-04-08 11:33:18Z hoffmann
28! Adapted for modularization of microphysics
29!
30! 1826 2016-04-07 12:01:39Z maronga
31! Further modularization.
32!
33! 1788 2016-03-10 11:01:04Z maronga
34! Added new albedo class for pavements / roads.
35!
36! 1783 2016-03-06 18:36:17Z raasch
37! palm-netcdf-module removed in order to avoid a circular module dependency,
38! netcdf-variables moved to netcdf-module, new routine netcdf_handle_error_rad
39! added
40!
41! 1757 2016-02-22 15:49:32Z maronga
42! Added parameter unscheduled_radiation_calls. Bugfix: interpolation of sounding
43! profiles for pressure and temperature above the LES domain.
44!
45! 1709 2015-11-04 14:47:01Z maronga
46! Bugfix: set initial value for rrtm_lwuflx_dt to zero, small formatting
47! corrections
48!
49! 1701 2015-11-02 07:43:04Z maronga
50! Bugfixes: wrong index for output of timeseries, setting of nz_snd_end
51!
52! 1691 2015-10-26 16:17:44Z maronga
53! Added option for spin-up runs without radiation (skip_time_do_radiation). Bugfix
54! in calculation of pressure profiles. Bugfix in calculation of trace gas profiles.
55! Added output of radiative heating rates.
56!
57! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
58! Code annotations made doxygen readable
59!
60! 1606 2015-06-29 10:43:37Z maronga
61! Added preprocessor directive __netcdf to allow for compiling without netCDF.
62! Note, however, that RRTMG cannot be used without netCDF.
63!
64! 1590 2015-05-08 13:56:27Z maronga
65! Bugfix: definition of character strings requires same length for all elements
66!
67! 1587 2015-05-04 14:19:01Z maronga
68! Added albedo class for snow
69!
70! 1585 2015-04-30 07:05:52Z maronga
71! Added support for RRTMG
72!
73! 1571 2015-03-12 16:12:49Z maronga
74! Added missing KIND attribute. Removed upper-case variable names
75!
76! 1551 2015-03-03 14:18:16Z maronga
77! Added support for data output. Various variables have been renamed. Added
78! interface for different radiation schemes (currently: clear-sky, constant, and
79! RRTM (not yet implemented).
80!
81! 1496 2014-12-02 17:25:50Z maronga
82! Initial revision
83!
84!
85! Description:
86! ------------
87!> Radiation models and interfaces
88!> @todo move variable definitions used in radiation_init only to the subroutine
89!>       as they are no longer required after initialization.
90!> @todo Output of full column vertical profiles used in RRTMG
91!> @todo Output of other rrtm arrays (such as volume mixing ratios)
92!> @todo Adapt for use with topography
93!>
94!> @note Many variables have a leading dummy dimension (0:0) in order to
95!>       match the assume-size shape expected by the RRTMG model.
96!------------------------------------------------------------------------------!
97 MODULE radiation_model_mod
98 
99    USE arrays_3d,                                                             &
100        ONLY:  dzw, hyp, pt, q, ql, zw
101
102    USE cloud_parameters,                                                      &
103        ONLY:  cp, l_d_cp, rho_l
104
105    USE constants,                                                             &
106        ONLY:  pi
107
108    USE control_parameters,                                                    &
109        ONLY:  cloud_droplets, cloud_physics, g, initializing_actions,         &
110               large_scale_forcing, lsf_surf, phi, pt_surface, rho_surface,    &
111               surface_pressure, time_since_reference_point
112
113    USE indices,                                                               &
114        ONLY:  nxl, nxlg, nxr, nxrg, nyn, nyng, nys, nysg, nzb_s_inner, nzb, nzt
115
116    USE kinds
117
118    USE microphysics_mod,                                                      &
119        ONLY:  nc_const, sigma_gc
120
121#if defined ( __netcdf )
122    USE NETCDF
123#endif
124
125#if defined ( __rrtmg )
126
127    USE parrrsw,                                                               &
128        ONLY:  naerec, nbndsw
129
130    USE parrrtm,                                                               &
131        ONLY:  nbndlw
132
133    USE rrtmg_lw_init,                                                         &
134        ONLY:  rrtmg_lw_ini
135
136    USE rrtmg_sw_init,                                                         &
137        ONLY:  rrtmg_sw_ini
138
139    USE rrtmg_lw_rad,                                                          &
140        ONLY:  rrtmg_lw
141
142    USE rrtmg_sw_rad,                                                          &
143        ONLY:  rrtmg_sw
144#endif
145
146
147
148    IMPLICIT NONE
149
150    CHARACTER(10) :: radiation_scheme = 'clear-sky' ! 'constant', 'clear-sky', or 'rrtmg'
151
152!
153!-- Predefined Land surface classes (albedo_type) after Briegleb (1992)
154    CHARACTER(37), DIMENSION(0:17), PARAMETER :: albedo_type_name = (/      &
155                                   'user defined                         ', & !  0
156                                   'ocean                                ', & !  1
157                                   'mixed farming, tall grassland        ', & !  2
158                                   'tall/medium grassland                ', & !  3
159                                   'evergreen shrubland                  ', & !  4
160                                   'short grassland/meadow/shrubland     ', & !  5
161                                   'evergreen needleleaf forest          ', & !  6
162                                   'mixed deciduous evergreen forest     ', & !  7
163                                   'deciduous forest                     ', & !  8
164                                   'tropical evergreen broadleaved forest', & !  9
165                                   'medium/tall grassland/woodland       ', & ! 10
166                                   'desert, sandy                        ', & ! 11
167                                   'desert, rocky                        ', & ! 12
168                                   'tundra                               ', & ! 13
169                                   'land ice                             ', & ! 14
170                                   'sea ice                              ', & ! 15
171                                   'snow                                 ', & ! 16
172                                   'pavement/roads                       '  & ! 17
173                                                         /)
174
175    INTEGER(iwp) :: albedo_type  = 5,    & !< Albedo surface type (default: short grassland)
176                    day,                 & !< current day of the year
177                    day_init     = 172,  & !< day of the year at model start (21/06)
178                    dots_rad     = 0       !< starting index for timeseries output
179
180    LOGICAL ::  unscheduled_radiation_calls = .TRUE., & !< flag parameter indicating whether additional calls of the radiation code are allowed
181                constant_albedo = .FALSE.,            & !< flag parameter indicating whether the albedo may change depending on zenith
182                force_radiation_call = .FALSE.,       & !< flag parameter for unscheduled radiation calls
183                lw_radiation = .TRUE.,                & !< flag parameter indicating whether longwave radiation shall be calculated
184                radiation = .FALSE.,                  & !< flag parameter indicating whether the radiation model is used
185                sun_up    = .TRUE.,                   & !< flag parameter indicating whether the sun is up or down
186                sw_radiation = .TRUE.                   !< flag parameter indicing whether shortwave radiation shall be calculated
187
188
189    REAL(wp), PARAMETER :: d_seconds_hour  = 0.000277777777778_wp,  & !< inverse of seconds per hour (1/3600)
190                           d_hours_day    = 0.0416666666667_wp,     & !< inverse of hours per day (1/24)
191                           sigma_sb       = 5.67037321E-8_wp,       & !< Stefan-Boltzmann constant
192                           solar_constant = 1368.0_wp                 !< solar constant at top of atmosphere
193
194    REAL(wp) :: albedo = 9999999.9_wp,           & !< NAMELIST alpha
195                albedo_lw_dif = 9999999.9_wp,    & !< NAMELIST aldif
196                albedo_lw_dir = 9999999.9_wp,    & !< NAMELIST aldir
197                albedo_sw_dif = 9999999.9_wp,    & !< NAMELIST asdif
198                albedo_sw_dir = 9999999.9_wp,    & !< NAMELIST asdir
199                decl_1,                          & !< declination coef. 1
200                decl_2,                          & !< declination coef. 2
201                decl_3,                          & !< declination coef. 3
202                dt_radiation = 0.0_wp,           & !< radiation model timestep
203                emissivity = 0.98_wp,            & !< NAMELIST surface emissivity
204                lambda = 0.0_wp,                 & !< longitude in degrees
205                lon = 0.0_wp,                    & !< longitude in radians
206                lat = 0.0_wp,                    & !< latitude in radians
207                net_radiation = 0.0_wp,          & !< net radiation at surface
208                skip_time_do_radiation = 0.0_wp, & !< Radiation model is not called before this time
209                sky_trans,                       & !< sky transmissivity
210                time_radiation = 0.0_wp,         & !< time since last call of radiation code
211                time_utc,                        & !< current time in UTC
212                time_utc_init = 43200.0_wp         !< UTC time at model start (noon)
213
214    REAL(wp), DIMENSION(0:0) ::  zenith        !< solar zenith angle
215
216    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE :: &
217                alpha,                       & !< surface broadband albedo (used for clear-sky scheme)
218                rad_lw_out_change_0,         & !< change in LW out due to change in surface temperature
219                rad_net,                     & !< net radiation at the surface
220                rad_net_av                     !< average of rad_net
221
222!
223!-- Land surface albedos for solar zenith angle of 60° after Briegleb (1992)     
224!-- (shortwave, longwave, broadband):   sw,      lw,      bb,
225    REAL(wp), DIMENSION(0:2,1:17), PARAMETER :: albedo_pars = RESHAPE( (/& 
226                                   0.06_wp, 0.06_wp, 0.06_wp,            & !  1
227                                   0.09_wp, 0.28_wp, 0.19_wp,            & !  2
228                                   0.11_wp, 0.33_wp, 0.23_wp,            & !  3
229                                   0.11_wp, 0.33_wp, 0.23_wp,            & !  4
230                                   0.14_wp, 0.34_wp, 0.25_wp,            & !  5
231                                   0.06_wp, 0.22_wp, 0.14_wp,            & !  6
232                                   0.06_wp, 0.27_wp, 0.17_wp,            & !  7
233                                   0.06_wp, 0.31_wp, 0.19_wp,            & !  8
234                                   0.06_wp, 0.22_wp, 0.14_wp,            & !  9
235                                   0.06_wp, 0.28_wp, 0.18_wp,            & ! 10
236                                   0.35_wp, 0.51_wp, 0.43_wp,            & ! 11
237                                   0.24_wp, 0.40_wp, 0.32_wp,            & ! 12
238                                   0.10_wp, 0.27_wp, 0.19_wp,            & ! 13
239                                   0.90_wp, 0.65_wp, 0.77_wp,            & ! 14
240                                   0.90_wp, 0.65_wp, 0.77_wp,            & ! 15
241                                   0.95_wp, 0.70_wp, 0.82_wp,            & ! 16
242                                   0.08_wp, 0.08_wp, 0.08_wp             & ! 17
243                                 /), (/ 3, 17 /) )
244
245    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE, TARGET :: &
246                        rad_lw_cs_hr,                  & !< longwave clear sky radiation heating rate (K/s)
247                        rad_lw_cs_hr_av,               & !< average of rad_lw_cs_hr
248                        rad_lw_hr,                     & !< longwave radiation heating rate (K/s)
249                        rad_lw_hr_av,                  & !< average of rad_sw_hr
250                        rad_lw_in,                     & !< incoming longwave radiation (W/m2)
251                        rad_lw_in_av,                  & !< average of rad_lw_in
252                        rad_lw_out,                    & !< outgoing longwave radiation (W/m2)
253                        rad_lw_out_av,                 & !< average of rad_lw_out
254                        rad_sw_cs_hr,                  & !< shortwave clear sky radiation heating rate (K/s)
255                        rad_sw_cs_hr_av,               & !< average of rad_sw_cs_hr
256                        rad_sw_hr,                     & !< shortwave radiation heating rate (K/s)
257                        rad_sw_hr_av,                  & !< average of rad_sw_hr
258                        rad_sw_in,                     & !< incoming shortwave radiation (W/m2)
259                        rad_sw_in_av,                  & !< average of rad_sw_in
260                        rad_sw_out,                    & !< outgoing shortwave radiation (W/m2)
261                        rad_sw_out_av                    !< average of rad_sw_out
262
263
264!
265!-- Variables and parameters used in RRTMG only
266#if defined ( __rrtmg )
267    CHARACTER(LEN=12) :: rrtm_input_file = "RAD_SND_DATA" !< name of the NetCDF input file (sounding data)
268
269
270!
271!-- Flag parameters for RRTMGS (should not be changed)
272    INTEGER(iwp), PARAMETER :: rrtm_inflglw  = 2, & !< flag for lw cloud optical properties (0,1,2)
273                               rrtm_iceflglw = 0, & !< flag for lw ice particle specifications (0,1,2,3)
274                               rrtm_liqflglw = 1, & !< flag for lw liquid droplet specifications
275                               rrtm_inflgsw  = 2, & !< flag for sw cloud optical properties (0,1,2)
276                               rrtm_iceflgsw = 0, & !< flag for sw ice particle specifications (0,1,2,3)
277                               rrtm_liqflgsw = 1    !< flag for sw liquid droplet specifications
278
279!
280!-- The following variables should be only changed with care, as this will
281!-- require further setting of some variables, which is currently not
282!-- implemented (aerosols, ice phase).
283    INTEGER(iwp) :: nzt_rad,           & !< upper vertical limit for radiation calculations
284                    rrtm_icld = 0,     & !< cloud flag (0: clear sky column, 1: cloudy column)
285                    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)
286                    rrtm_idrv = 1        !< longwave upward flux calculation option (0,1)
287
288    INTEGER(iwp) :: nc_stat !< local variable for storin the result of netCDF calls for error message handling
289
290    LOGICAL :: snd_exists = .FALSE.      !< flag parameter to check whether a user-defined input files exists
291
292    REAL(wp), PARAMETER :: mol_mass_air_d_wv = 1.607793_wp !< molecular weight dry air / water vapor
293
294    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: hyp_snd,     & !< hypostatic pressure from sounding data (hPa)
295                                           q_snd,       & !< specific humidity from sounding data (kg/kg) - dummy at the moment
296                                           rrtm_tsfc,   & !< dummy array for storing surface temperature
297                                           t_snd          !< actual temperature from sounding data (hPa)
298
299    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE :: aldif,          & !< longwave diffuse albedo solar angle of 60°
300                                             aldir,          & !< longwave direct albedo solar angle of 60°
301                                             asdif,          & !< shortwave diffuse albedo solar angle of 60°
302                                             asdir,          & !< shortwave direct albedo solar angle of 60°
303                                             rrtm_ccl4vmr,   & !< CCL4 volume mixing ratio (g/mol)
304                                             rrtm_cfc11vmr,  & !< CFC11 volume mixing ratio (g/mol)
305                                             rrtm_cfc12vmr,  & !< CFC12 volume mixing ratio (g/mol)
306                                             rrtm_cfc22vmr,  & !< CFC22 volume mixing ratio (g/mol)
307                                             rrtm_ch4vmr,    & !< CH4 volume mixing ratio
308                                             rrtm_cicewp,    & !< in-cloud ice water path (g/m²)
309                                             rrtm_cldfr,     & !< cloud fraction (0,1)
310                                             rrtm_cliqwp,    & !< in-cloud liquid water path (g/m²)
311                                             rrtm_co2vmr,    & !< CO2 volume mixing ratio (g/mol)
312                                             rrtm_emis,      & !< surface emissivity (0-1)   
313                                             rrtm_h2ovmr,    & !< H2O volume mixing ratio
314                                             rrtm_n2ovmr,    & !< N2O volume mixing ratio
315                                             rrtm_o2vmr,     & !< O2 volume mixing ratio
316                                             rrtm_o3vmr,     & !< O3 volume mixing ratio
317                                             rrtm_play,      & !< pressure layers (hPa, zu-grid)
318                                             rrtm_plev,      & !< pressure layers (hPa, zw-grid)
319                                             rrtm_reice,     & !< cloud ice effective radius (microns)
320                                             rrtm_reliq,     & !< cloud water drop effective radius (microns)
321                                             rrtm_tlay,      & !< actual temperature (K, zu-grid)
322                                             rrtm_tlev,      & !< actual temperature (K, zw-grid)
323                                             rrtm_lwdflx,    & !< RRTM output of incoming longwave radiation flux (W/m2)
324                                             rrtm_lwdflxc,   & !< RRTM output of outgoing clear sky longwave radiation flux (W/m2)
325                                             rrtm_lwuflx,    & !< RRTM output of outgoing longwave radiation flux (W/m2)
326                                             rrtm_lwuflxc,   & !< RRTM output of incoming clear sky longwave radiation flux (W/m2)
327                                             rrtm_lwuflx_dt, & !< RRTM output of incoming clear sky longwave radiation flux (W/m2)
328                                             rrtm_lwuflxc_dt,& !< RRTM output of outgoing clear sky longwave radiation flux (W/m2)
329                                             rrtm_lwhr,      & !< RRTM output of longwave radiation heating rate (K/d)
330                                             rrtm_lwhrc,     & !< RRTM output of incoming longwave clear sky radiation heating rate (K/d)
331                                             rrtm_swdflx,    & !< RRTM output of incoming shortwave radiation flux (W/m2)
332                                             rrtm_swdflxc,   & !< RRTM output of outgoing clear sky shortwave radiation flux (W/m2)
333                                             rrtm_swuflx,    & !< RRTM output of outgoing shortwave radiation flux (W/m2)
334                                             rrtm_swuflxc,   & !< RRTM output of incoming clear sky shortwave radiation flux (W/m2)
335                                             rrtm_swhr,      & !< RRTM output of shortwave radiation heating rate (K/d)
336                                             rrtm_swhrc        !< RRTM output of incoming shortwave clear sky radiation heating rate (K/d)
337
338!
339!-- Definition of arrays that are currently not used for calling RRTMG (due to setting of flag parameters)
340    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  rad_lw_cs_in,   & !< incoming clear sky longwave radiation (W/m2) (not used)
341                                                rad_lw_cs_out,  & !< outgoing clear sky longwave radiation (W/m2) (not used)
342                                                rad_sw_cs_in,   & !< incoming clear sky shortwave radiation (W/m2) (not used)
343                                                rad_sw_cs_out,  & !< outgoing clear sky shortwave radiation (W/m2) (not used)
344                                                rrtm_aldif,     & !< surface albedo for longwave diffuse radiation
345                                                rrtm_aldir,     & !< surface albedo for longwave direct radiation
346                                                rrtm_asdif,     & !< surface albedo for shortwave diffuse radiation
347                                                rrtm_asdir,     & !< surface albedo for shortwave direct radiation
348                                                rrtm_lw_tauaer, & !< lw aerosol optical depth
349                                                rrtm_lw_taucld, & !< lw in-cloud optical depth
350                                                rrtm_sw_taucld, & !< sw in-cloud optical depth
351                                                rrtm_sw_ssacld, & !< sw in-cloud single scattering albedo
352                                                rrtm_sw_asmcld, & !< sw in-cloud asymmetry parameter
353                                                rrtm_sw_fsfcld, & !< sw in-cloud forward scattering fraction
354                                                rrtm_sw_tauaer, & !< sw aerosol optical depth
355                                                rrtm_sw_ssaaer, & !< sw aerosol single scattering albedo
356                                                rrtm_sw_asmaer, & !< sw aerosol asymmetry parameter
357                                                rrtm_sw_ecaer     !< sw aerosol optical detph at 0.55 microns (rrtm_iaer = 6 only)
358
359#endif
360
361    INTERFACE radiation_check_data_output
362       MODULE PROCEDURE radiation_check_data_output
363    END INTERFACE radiation_check_data_output
364
365    INTERFACE radiation_check_data_output_pr
366       MODULE PROCEDURE radiation_check_data_output_pr
367    END INTERFACE radiation_check_data_output_pr
368 
369    INTERFACE radiation_check_parameters
370       MODULE PROCEDURE radiation_check_parameters
371    END INTERFACE radiation_check_parameters
372 
373    INTERFACE radiation_clearsky
374       MODULE PROCEDURE radiation_clearsky
375    END INTERFACE radiation_clearsky
376 
377    INTERFACE radiation_header
378       MODULE PROCEDURE radiation_header
379    END INTERFACE radiation_header
380 
381    INTERFACE radiation_init
382       MODULE PROCEDURE radiation_init
383    END INTERFACE radiation_init
384
385    INTERFACE radiation_parin
386       MODULE PROCEDURE radiation_parin
387    END INTERFACE radiation_parin
388   
389    INTERFACE radiation_rrtmg
390       MODULE PROCEDURE radiation_rrtmg
391    END INTERFACE radiation_rrtmg
392
393    INTERFACE radiation_tendency
394       MODULE PROCEDURE radiation_tendency
395       MODULE PROCEDURE radiation_tendency_ij
396    END INTERFACE radiation_tendency
397
398    SAVE
399
400    PRIVATE
401
402!
403!-- Public functions
404    PUBLIC radiation_check_data_output, radiation_check_data_output_pr,        &
405           radiation_check_parameters, radiation_clearsky, radiation_header,   &
406           radiation_init, radiation_parin, radiation_rrtmg, radiation_tendency
407   
408!
409!-- Public variables and constants
410    PUBLIC dots_rad, dt_radiation, force_radiation_call,                       &
411           rad_net, rad_net_av, radiation, radiation_scheme, rad_lw_in,        &
412           rad_lw_in_av, rad_lw_out, rad_lw_out_av, rad_lw_out_change_0,       &
413           rad_lw_cs_hr, rad_lw_cs_hr_av, rad_lw_hr, rad_lw_hr_av, rad_sw_in,  &
414           rad_sw_in_av, rad_sw_out, rad_sw_out_av, rad_sw_cs_hr,              &
415           rad_sw_cs_hr_av, rad_sw_hr, rad_sw_hr_av, sigma_sb,                 &
416           skip_time_do_radiation, time_radiation, unscheduled_radiation_calls
417
418
419#if defined ( __rrtmg )
420    PUBLIC rrtm_aldif, rrtm_aldir, rrtm_asdif, rrtm_asdir, rrtm_idrv
421#endif
422
423 CONTAINS
424
425!------------------------------------------------------------------------------!
426! Description:
427! ------------
428!> Check data output for radiation model
429!------------------------------------------------------------------------------!
430    SUBROUTINE radiation_check_data_output( var, unit, i, ilen, k )
431 
432 
433       USE control_parameters,                                                 &
434           ONLY: data_output, message_string
435
436       IMPLICIT NONE
437
438       CHARACTER (LEN=*) ::  unit     !<
439       CHARACTER (LEN=*) ::  var      !<
440
441       INTEGER(iwp) :: i
442       INTEGER(iwp) :: ilen
443       INTEGER(iwp) :: k
444
445       SELECT CASE ( TRIM( var ) )
446
447         CASE ( 'rad_lw_in', 'rad_lw_out', 'rad_lw_cs_hr', 'rad_lw_hr',       &
448                 'rad_sw_in', 'rad_sw_out', 'rad_sw_cs_hr', 'rad_sw_hr' )
449             IF (  .NOT.  radiation  .OR.  radiation_scheme /= 'rrtmg' )  THEN
450                message_string = '"output of "' // TRIM( var ) // '" requi' // &
451                                 'res radiation = .TRUE. and ' //              &
452                                 'radiation_scheme = "rrtmg"'
453                CALL message( 'check_parameters', 'PA0406', 1, 2, 0, 6, 0 )
454             ENDIF
455             unit = 'W/m2'     
456
457          CASE ( 'rad_net*', 'rrtm_aldif*', 'rrtm_aldir*', 'rrtm_asdif*',      &
458                 'rrtm_asdir*' )
459             IF ( k == 0  .OR.  data_output(i)(ilen-2:ilen) /= '_xy' )  THEN
460                message_string = 'illegal value for data_output: "' //         &
461                                 TRIM( var ) // '" & only 2d-horizontal ' //   &
462                                 'cross sections are allowed for this value'
463                CALL message( 'check_parameters', 'PA0111', 1, 2, 0, 6, 0 )
464             ENDIF
465             IF (  .NOT.  radiation  .OR.  radiation_scheme /= "rrtmg" )  THEN
466                IF ( TRIM( var ) == 'rrtm_aldif*'  .OR.                        &
467                     TRIM( var ) == 'rrtm_aldir*'  .OR.                        &
468                     TRIM( var ) == 'rrtm_asdif*'  .OR.                        &
469                     TRIM( var ) == 'rrtm_asdir*'      )                       &
470                THEN
471                   message_string = 'output of "' // TRIM( var ) // '" require'&
472                                    // 's radiation = .TRUE. and radiation_sch'&
473                                    // 'eme = "rrtmg"'
474                   CALL message( 'check_parameters', 'PA0409', 1, 2, 0, 6, 0 )
475                ENDIF
476             ENDIF
477
478             IF ( TRIM( var ) == 'rad_net*'      ) unit = 'W/m2'   
479             IF ( TRIM( var ) == 'rrtm_aldif*'   ) unit = ''   
480             IF ( TRIM( var ) == 'rrtm_aldir*'   ) unit = '' 
481             IF ( TRIM( var ) == 'rrtm_asdif*'   ) unit = '' 
482             IF ( TRIM( var ) == 'rrtm_asdir*'   ) unit = '' 
483
484          CASE DEFAULT
485             unit = 'illegal'
486
487       END SELECT
488
489
490    END SUBROUTINE radiation_check_data_output
491
492!------------------------------------------------------------------------------!
493! Description:
494! ------------
495!> Check data output of profiles for radiation model
496!------------------------------------------------------------------------------! 
497    SUBROUTINE radiation_check_data_output_pr( variable, var_count, unit, dopr_unit )
498 
499       USE arrays_3d,                                                          &
500           ONLY: zu
501
502       USE control_parameters,                                                 &
503           ONLY: data_output_pr, message_string
504
505       USE indices
506
507       USE profil_parameter
508
509       USE statistics
510
511       IMPLICIT NONE
512   
513       CHARACTER (LEN=*) ::  unit      !<
514       CHARACTER (LEN=*) ::  variable  !<
515       CHARACTER (LEN=*) ::  dopr_unit !< local value of dopr_unit
516 
517       INTEGER(iwp) ::  user_pr_index !<
518       INTEGER(iwp) ::  var_count     !<
519
520       SELECT CASE ( TRIM( variable ) )
521       
522         CASE ( 'rad_net' )
523             IF ( (  .NOT.  radiation )  .OR.  radiation_scheme == 'constant' )&
524             THEN
525                message_string = 'data_output_pr = ' //                        &
526                                 TRIM( data_output_pr(var_count) ) // ' is' // &
527                                 'not available for radiation = .FALSE. or ' //&
528                                 'radiation_scheme = "constant"'
529                CALL message( 'check_parameters', 'PA0408', 1, 2, 0, 6, 0 )
530             ELSE
531                dopr_index(var_count) = 101
532                dopr_unit  = 'W/m2'
533                hom(:,2,101,:)  = SPREAD( zw, 2, statistic_regions+1 )
534                unit = dopr_unit
535             ENDIF
536
537          CASE ( 'rad_lw_in' )
538             IF ( (  .NOT.  radiation)  .OR.  radiation_scheme == 'constant' ) &
539             THEN
540                message_string = 'data_output_pr = ' //                        &
541                                 TRIM( data_output_pr(var_count) ) // ' is' // &
542                                 'not available for radiation = .FALSE. or ' //&
543                                 'radiation_scheme = "constant"'
544                CALL message( 'check_parameters', 'PA0408', 1, 2, 0, 6, 0 )
545             ELSE
546                dopr_index(var_count) = 102
547                dopr_unit  = 'W/m2'
548                hom(:,2,102,:)  = SPREAD( zw, 2, statistic_regions+1 )
549                unit = dopr_unit
550             ENDIF
551
552          CASE ( 'rad_lw_out' )
553             IF ( (  .NOT. radiation )  .OR.  radiation_scheme == 'constant' ) &
554             THEN
555                message_string = 'data_output_pr = ' //                        &
556                                 TRIM( data_output_pr(var_count) ) // ' is' // &
557                                 'not available for radiation = .FALSE. or ' //&
558                                 'radiation_scheme = "constant"'
559                CALL message( 'check_parameters', 'PA0408', 1, 2, 0, 6, 0 )
560             ELSE
561                dopr_index(var_count) = 103
562                dopr_unit  = 'W/m2'
563                hom(:,2,103,:)  = SPREAD( zw, 2, statistic_regions+1 )
564                unit = dopr_unit   
565             ENDIF
566
567          CASE ( 'rad_sw_in' )
568             IF ( (  .NOT. radiation )  .OR.  radiation_scheme == 'constant' ) &
569             THEN
570                message_string = 'data_output_pr = ' //                        &
571                                 TRIM( data_output_pr(var_count) ) // ' is' // &
572                                 'not available for radiation = .FALSE. or ' //&
573                                 'radiation_scheme = "constant"'
574                CALL message( 'check_parameters', 'PA0408', 1, 2, 0, 6, 0 )
575             ELSE
576                dopr_index(var_count) = 104
577                dopr_unit  = 'W/m2'
578                hom(:,2,104,:)  = SPREAD( zw, 2, statistic_regions+1 )
579                unit = dopr_unit
580             ENDIF
581
582          CASE ( 'rad_sw_out')
583             IF ( (  .NOT.  radiation )  .OR.  radiation_scheme == 'constant' )&
584             THEN
585                message_string = 'data_output_pr = ' //                        &
586                                 TRIM( data_output_pr(var_count) ) // ' is' // &
587                                 'not available for radiation = .FALSE. or ' //&
588                                 'radiation_scheme = "constant"'
589                CALL message( 'check_parameters', 'PA0408', 1, 2, 0, 6, 0 )
590             ELSE
591                dopr_index(var_count) = 105
592                dopr_unit  = 'W/m2'
593                hom(:,2,105,:)  = SPREAD( zw, 2, statistic_regions+1 )
594                unit = dopr_unit
595             ENDIF
596
597          CASE ( 'rad_lw_cs_hr' )
598             IF ( (  .NOT.  radiation )  .OR.  radiation_scheme /= 'rrtmg' )   &
599             THEN
600                message_string = 'data_output_pr = ' //                        &
601                                 TRIM( data_output_pr(var_count) ) // ' is' // &
602                                 'not available for radiation = .FALSE. or ' //&
603                                 'radiation_scheme /= "rrtmg"'
604                CALL message( 'check_parameters', 'PA0413', 1, 2, 0, 6, 0 )
605             ELSE
606                dopr_index(var_count) = 106
607                dopr_unit  = 'K/h'
608                hom(:,2,106,:)  = SPREAD( zu, 2, statistic_regions+1 )
609                unit = dopr_unit
610             ENDIF
611
612          CASE ( 'rad_lw_hr' )
613             IF ( (  .NOT.  radiation )  .OR.  radiation_scheme /= 'rrtmg' )   &
614             THEN
615                message_string = 'data_output_pr = ' //                        &
616                                 TRIM( data_output_pr(var_count) ) // ' is' // &
617                                 'not available for radiation = .FALSE. or ' //&
618                                 'radiation_scheme /= "rrtmg"'
619                CALL message( 'check_parameters', 'PA0413', 1, 2, 0, 6, 0 )
620             ELSE
621                dopr_index(var_count) = 107
622                dopr_unit  = 'K/h'
623                hom(:,2,107,:)  = SPREAD( zu, 2, statistic_regions+1 )
624                unit = dopr_unit
625             ENDIF
626
627          CASE ( 'rad_sw_cs_hr' )
628             IF ( (  .NOT.  radiation )  .OR.  radiation_scheme /= 'rrtmg' )   &
629             THEN
630                message_string = 'data_output_pr = ' //                        &
631                                 TRIM( data_output_pr(var_count) ) // ' is' // &
632                                 'not available for radiation = .FALSE. or ' //&
633                                 'radiation_scheme /= "rrtmg"'
634                CALL message( 'check_parameters', 'PA0413', 1, 2, 0, 6, 0 )
635             ELSE
636                dopr_index(var_count) = 108
637                dopr_unit  = 'K/h'
638                hom(:,2,108,:)  = SPREAD( zu, 2, statistic_regions+1 )
639                unit = dopr_unit
640             ENDIF
641
642          CASE ( 'rad_sw_hr' )
643             IF ( (  .NOT.  radiation )  .OR.  radiation_scheme /= 'rrtmg' )   &
644             THEN
645                message_string = 'data_output_pr = ' //                        &
646                                 TRIM( data_output_pr(var_count) ) // ' is' // &
647                                 'not available for radiation = .FALSE. or ' //&
648                                 'radiation_scheme /= "rrtmg"'
649                CALL message( 'check_parameters', 'PA0413', 1, 2, 0, 6, 0 )
650             ELSE
651                dopr_index(var_count) = 109
652                dopr_unit  = 'K/h'
653                hom(:,2,109,:)  = SPREAD( zu, 2, statistic_regions+1 )
654                unit = dopr_unit
655             ENDIF
656
657
658          CASE DEFAULT
659             unit = 'illegal'
660
661       END SELECT
662
663
664    END SUBROUTINE radiation_check_data_output_pr
665 
666 
667!------------------------------------------------------------------------------!
668! Description:
669! ------------
670!> Check parameters routine for radiation model
671!------------------------------------------------------------------------------!
672    SUBROUTINE radiation_check_parameters
673
674       USE control_parameters,                                                 &
675           ONLY: message_string, topography
676                 
677   
678       IMPLICIT NONE
679
680       IF ( radiation_scheme /= 'constant'   .AND.                             &
681            radiation_scheme /= 'clear-sky'  .AND.                             &
682            radiation_scheme /= 'rrtmg' )  THEN
683          message_string = 'unknown radiation_scheme = '//                     &
684                           TRIM( radiation_scheme )
685          CALL message( 'check_parameters', 'PA0405', 1, 2, 0, 6, 0 )
686       ELSEIF ( radiation_scheme == 'rrtmg' )  THEN
687#if ! defined ( __rrtmg )
688          message_string = 'radiation_scheme = "rrtmg" requires ' //           & 
689                           'compilation of PALM with pre-processor ' //        &
690                           'directive -D__rrtmg'
691          CALL message( 'check_parameters', 'PA0407', 1, 2, 0, 6, 0 )
692#endif
693#if defined ( __rrtmg ) && ! defined( __netcdf )
694          message_string = 'radiation_scheme = "rrtmg" requires ' //           & 
695                           'the use of NetCDF (preprocessor directive ' //     &
696                           '-D__netcdf'
697          CALL message( 'check_parameters', 'PA0412', 1, 2, 0, 6, 0 )
698#endif
699
700       ENDIF
701
702       IF ( albedo_type == 0  .AND.  albedo == 9999999.9_wp  .AND.             &
703            radiation_scheme == 'clear-sky')  THEN
704          message_string = 'radiation_scheme = "clear-sky" in combination' //  & 
705                           'with albedo_type = 0 requires setting of albedo'// &
706                           ' /= 9999999.9'
707          CALL message( 'check_parameters', 'PA0410', 1, 2, 0, 6, 0 )
708       ENDIF
709
710       IF ( albedo_type == 0  .AND.  radiation_scheme == 'rrtmg'  .AND.        &
711          (    albedo_lw_dif == 9999999.9_wp .OR. albedo_lw_dir == 9999999.9_wp&
712          .OR. albedo_sw_dif == 9999999.9_wp .OR. albedo_sw_dir == 9999999.9_wp& 
713          ) ) THEN
714          message_string = 'radiation_scheme = "rrtmg" in combination' //      & 
715                           'with albedo_type = 0 requires setting of ' //      &
716                           'albedo_lw_dif /= 9999999.9' //                     &
717                           'albedo_lw_dir /= 9999999.9' //                     &
718                           'albedo_sw_dif /= 9999999.9 and' //                 &
719                           'albedo_sw_dir /= 9999999.9'
720          CALL message( 'check_parameters', 'PA0411', 1, 2, 0, 6, 0 )
721       ENDIF
722
723       IF ( topography /= 'flat' )  THEN
724          message_string = 'radiation scheme cannot be used ' //               & 
725                           'in combination with  topography /= "flat"'
726          CALL message( 'check_parameters', 'PA0414', 1, 2, 0, 6, 0 )
727       ENDIF
728 
729    END SUBROUTINE radiation_check_parameters
730 
731 
732!------------------------------------------------------------------------------!
733! Description:
734! ------------
735!> Initialization of the radiation model
736!------------------------------------------------------------------------------!
737    SUBROUTINE radiation_init
738   
739       IMPLICIT NONE
740
741!
742!--    Allocate array for storing the surface net radiation
743       IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_net ) )  THEN
744          ALLOCATE ( rad_net(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
745          rad_net = 0.0_wp
746       ENDIF
747
748!
749!--    Allocate array for storing the surface net radiation
750       IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_lw_out_change_0 ) )  THEN
751          ALLOCATE ( rad_lw_out_change_0(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
752          rad_lw_out_change_0 = 0.0_wp
753       ENDIF
754
755!
756!--    Fix net radiation in case of radiation_scheme = 'constant'
757       IF ( radiation_scheme == 'constant' )  THEN
758          rad_net = net_radiation
759          radiation = .FALSE.
760!
761!--    Calculate orbital constants
762       ELSE
763          decl_1 = SIN(23.45_wp * pi / 180.0_wp)
764          decl_2 = 2.0_wp * pi / 365.0_wp
765          decl_3 = decl_2 * 81.0_wp
766          lat    = phi * pi / 180.0_wp
767          lon    = lambda * pi / 180.0_wp
768       ENDIF
769
770
771       IF ( radiation_scheme == 'clear-sky' )  THEN
772
773          ALLOCATE ( alpha(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
774
775          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_sw_in ) )  THEN
776             ALLOCATE ( rad_sw_in(0:0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
777          ENDIF
778          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_sw_out ) )  THEN
779             ALLOCATE ( rad_sw_out(0:0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
780          ENDIF
781
782          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_sw_in_av ) )  THEN
783             ALLOCATE ( rad_sw_in_av(0:0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
784          ENDIF
785          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_sw_out_av ) )  THEN
786             ALLOCATE ( rad_sw_out_av(0:0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
787          ENDIF
788
789          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_lw_in ) )  THEN
790             ALLOCATE ( rad_lw_in(0:0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
791          ENDIF
792          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_lw_out ) )  THEN
793             ALLOCATE ( rad_lw_out(0:0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
794          ENDIF
795
796          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_lw_in_av ) )  THEN
797             ALLOCATE ( rad_lw_in_av(0:0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
798          ENDIF
799          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_lw_out_av ) )  THEN
800             ALLOCATE ( rad_lw_out_av(0:0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
801          ENDIF
802
803          rad_sw_in  = 0.0_wp
804          rad_sw_out = 0.0_wp
805          rad_lw_in  = 0.0_wp
806          rad_lw_out = 0.0_wp
807
808!
809!--       Overwrite albedo if manually set in parameter file
810          IF ( albedo_type /= 0 .AND. albedo == 9999999.9_wp )  THEN
811             albedo = albedo_pars(2,albedo_type)
812          ENDIF
813   
814          alpha = albedo
815 
816!
817!--    Initialization actions for RRTMG
818       ELSEIF ( radiation_scheme == 'rrtmg' )  THEN
819#if defined ( __rrtmg )
820!
821!--       Allocate albedos
822          ALLOCATE ( rrtm_aldif(0:0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
823          ALLOCATE ( rrtm_aldir(0:0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
824          ALLOCATE ( rrtm_asdif(0:0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
825          ALLOCATE ( rrtm_asdir(0:0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
826          ALLOCATE ( aldif(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
827          ALLOCATE ( aldir(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
828          ALLOCATE ( asdif(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
829          ALLOCATE ( asdir(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
830
831          IF ( albedo_type /= 0 )  THEN
832             IF ( albedo_lw_dif == 9999999.9_wp )  THEN
833                albedo_lw_dif = albedo_pars(0,albedo_type)
834                albedo_lw_dir = albedo_lw_dif
835             ENDIF
836             IF ( albedo_sw_dif == 9999999.9_wp )  THEN
837                albedo_sw_dif = albedo_pars(1,albedo_type)
838                albedo_sw_dir = albedo_sw_dif
839             ENDIF
840          ENDIF
841
842          aldif(:,:) = albedo_lw_dif
843          aldir(:,:) = albedo_lw_dir
844          asdif(:,:) = albedo_sw_dif
845          asdir(:,:) = albedo_sw_dir
846!
847!--       Calculate initial values of current (cosine of) the zenith angle and
848!--       whether the sun is up
849          CALL calc_zenith     
850!
851!--       Calculate initial surface albedo
852          IF ( .NOT. constant_albedo )  THEN
853             CALL calc_albedo
854          ELSE
855             rrtm_aldif(0,:,:) = aldif(:,:)
856             rrtm_aldir(0,:,:) = aldir(:,:)
857             rrtm_asdif(0,:,:) = asdif(:,:) 
858             rrtm_asdir(0,:,:) = asdir(:,:)   
859          ENDIF
860
861!
862!--       Allocate surface emissivity
863          ALLOCATE ( rrtm_emis(0:0,1:nbndlw+1) )
864          rrtm_emis = emissivity
865
866!
867!--       Allocate 3d arrays of radiative fluxes and heating rates
868          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_sw_in ) )  THEN
869             ALLOCATE ( rad_sw_in(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
870             rad_sw_in = 0.0_wp
871          ENDIF
872
873          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_sw_in_av ) )  THEN
874             ALLOCATE ( rad_sw_in_av(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
875          ENDIF
876
877          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_sw_out ) )  THEN
878             ALLOCATE ( rad_sw_out(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
879             rad_sw_out = 0.0_wp
880          ENDIF
881
882          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_sw_out_av ) )  THEN
883             ALLOCATE ( rad_sw_out_av(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
884          ENDIF
885
886          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_sw_hr ) )  THEN
887             ALLOCATE ( rad_sw_hr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
888             rad_sw_hr = 0.0_wp
889          ENDIF
890
891          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_sw_hr_av ) )  THEN
892             ALLOCATE ( rad_sw_hr_av(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
893             rad_sw_hr_av = 0.0_wp
894          ENDIF
895
896          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_sw_cs_hr ) )  THEN
897             ALLOCATE ( rad_sw_cs_hr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
898             rad_sw_cs_hr = 0.0_wp
899          ENDIF
900
901          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_sw_cs_hr_av ) )  THEN
902             ALLOCATE ( rad_sw_cs_hr_av(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
903             rad_sw_cs_hr_av = 0.0_wp
904          ENDIF
905
906          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_lw_in ) )  THEN
907             ALLOCATE ( rad_lw_in(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
908             rad_lw_in     = 0.0_wp
909          ENDIF
910
911          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_lw_in_av ) )  THEN
912             ALLOCATE ( rad_lw_in_av(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
913          ENDIF
914
915          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_lw_out ) )  THEN
916             ALLOCATE ( rad_lw_out(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
917            rad_lw_out    = 0.0_wp
918          ENDIF
919
920          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_lw_out_av ) )  THEN
921             ALLOCATE ( rad_lw_out_av(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
922          ENDIF
923
924          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_lw_hr ) )  THEN
925             ALLOCATE ( rad_lw_hr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
926             rad_lw_hr = 0.0_wp
927          ENDIF
928
929          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_lw_hr_av ) )  THEN
930             ALLOCATE ( rad_lw_hr_av(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
931             rad_lw_hr_av = 0.0_wp
932          ENDIF
933
934          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_lw_cs_hr ) )  THEN
935             ALLOCATE ( rad_lw_cs_hr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
936             rad_lw_cs_hr = 0.0_wp
937          ENDIF
938
939          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_lw_cs_hr_av ) )  THEN
940             ALLOCATE ( rad_lw_cs_hr_av(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
941             rad_lw_cs_hr_av = 0.0_wp
942          ENDIF
943
944          ALLOCATE ( rad_sw_cs_in(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
945          ALLOCATE ( rad_sw_cs_out(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
946          rad_sw_cs_in  = 0.0_wp
947          rad_sw_cs_out = 0.0_wp
948
949          ALLOCATE ( rad_lw_cs_in(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
950          ALLOCATE ( rad_lw_cs_out(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
951          rad_lw_cs_in  = 0.0_wp
952          rad_lw_cs_out = 0.0_wp
953
954!
955!--       Allocate dummy array for storing surface temperature
956          ALLOCATE ( rrtm_tsfc(1) )
957
958!
959!--       Initialize RRTMG
960          IF ( lw_radiation )  CALL rrtmg_lw_ini ( cp )
961          IF ( sw_radiation )  CALL rrtmg_sw_ini ( cp )
962
963!
964!--       Set input files for RRTMG
965          INQUIRE(FILE="RAD_SND_DATA", EXIST=snd_exists) 
966          IF ( .NOT. snd_exists )  THEN
967             rrtm_input_file = "rrtmg_lw.nc"
968          ENDIF
969
970!
971!--       Read vertical layers for RRTMG from sounding data
972!--       The routine provides nzt_rad, hyp_snd(1:nzt_rad),
973!--       t_snd(nzt+2:nzt_rad), rrtm_play(1:nzt_rad), rrtm_plev(1_nzt_rad+1),
974!--       rrtm_tlay(nzt+2:nzt_rad), rrtm_tlev(nzt+2:nzt_rad+1)
975          CALL read_sounding_data
976
977!
978!--       Read trace gas profiles from file. This routine provides
979!--       the rrtm_ arrays (1:nzt_rad+1)
980          CALL read_trace_gas_data
981#endif
982       ENDIF
983
984!
985!--    Perform user actions if required
986       CALL user_init_radiation
987
988!
989!--    Calculate radiative fluxes at model start
990       IF (  TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
991          IF ( radiation_scheme == 'clear-sky' )  THEN
992             CALL radiation_clearsky
993          ELSEIF ( radiation_scheme == 'rrtmg' )  THEN
994             CALL radiation_rrtmg
995          ENDIF
996       ENDIF
997
998       RETURN
999
1000    END SUBROUTINE radiation_init
1001
1002
1003!------------------------------------------------------------------------------!
1004! Description:
1005! ------------
1006!> A simple clear sky radiation model
1007!------------------------------------------------------------------------------!
1008    SUBROUTINE radiation_clearsky
1009
1010       USE indices,                                                            &
1011           ONLY:  nbgp
1012
1013       IMPLICIT NONE
1014
1015       INTEGER(iwp) :: i, j, k   !< loop indices
1016       REAL(wp)     :: exn,   &  !< Exner functions at surface
1017                       exn1,  &  !< Exner functions at first grid level
1018                       pt1       !< potential temperature at first grid level
1019
1020!
1021!--    Calculate current zenith angle
1022       CALL calc_zenith
1023
1024!
1025!--    Calculate sky transmissivity
1026       sky_trans = 0.6_wp + 0.2_wp * zenith(0)
1027
1028!
1029!--    Calculate value of the Exner function
1030       exn = (surface_pressure / 1000.0_wp )**0.286_wp
1031!
1032!--    Calculate radiation fluxes and net radiation (rad_net) for each grid
1033!--    point
1034       DO i = nxlg, nxrg
1035          DO j = nysg, nyng
1036             k = nzb_s_inner(j,i)
1037
1038             exn1 = (hyp(k+1) / 100000.0_wp )**0.286_wp
1039
1040             rad_sw_in(0,j,i)  = solar_constant * sky_trans * zenith(0)
1041             rad_sw_out(0,j,i) = alpha(j,i) * rad_sw_in(0,j,i)
1042             rad_lw_out(0,j,i) = emissivity * sigma_sb * (pt(k,j,i) * exn)**4
1043
1044             IF ( cloud_physics )  THEN
1045                pt1 = pt(k+1,j,i) + l_d_cp / exn1 * ql(k+1,j,i)
1046                rad_lw_in(0,j,i)  = 0.8_wp * sigma_sb * (pt1 * exn1)**4
1047             ELSE
1048                rad_lw_in(0,j,i)  = 0.8_wp * sigma_sb * (pt(k+1,j,i) * exn1)**4
1049             ENDIF
1050
1051             rad_net(j,i) = rad_sw_in(0,j,i) - rad_sw_out(0,j,i)               &
1052                            + rad_lw_in(0,j,i) - rad_lw_out(0,j,i)
1053
1054          ENDDO
1055       ENDDO
1056
1057    END SUBROUTINE radiation_clearsky
1058
1059
1060!------------------------------------------------------------------------------!
1061! Description:
1062! ------------
1063!> Header output for radiation model
1064!------------------------------------------------------------------------------!
1065    SUBROUTINE radiation_header ( io )
1066
1067
1068       IMPLICIT NONE
1069 
1070       INTEGER(iwp), INTENT(IN) ::  io            !< Unit of the output file
1071   
1072
1073       
1074!
1075!--    Write radiation model header
1076       WRITE( io, 3 )
1077
1078       IF ( radiation_scheme == "constant" )  THEN
1079          WRITE( io, 4 ) net_radiation
1080       ELSEIF ( radiation_scheme == "clear-sky" )  THEN
1081          WRITE( io, 5 )
1082       ELSEIF ( radiation_scheme == "rrtmg" )  THEN
1083          WRITE( io, 6 )
1084          IF ( .NOT. lw_radiation )  WRITE( io, 10 )
1085          IF ( .NOT. sw_radiation )  WRITE( io, 11 )
1086       ENDIF
1087
1088       IF ( albedo_type == 0 )  THEN
1089          WRITE( io, 7 ) albedo
1090       ELSE
1091          WRITE( io, 8 ) TRIM( albedo_type_name(albedo_type) )
1092       ENDIF
1093       IF ( constant_albedo )  THEN
1094          WRITE( io, 9 )
1095       ENDIF
1096       
1097       IF ( radiation .AND. radiation_scheme /= 'constant' )  THEN
1098          WRITE ( io, 1 )  lambda
1099          WRITE ( io, 2 )  day_init, time_utc_init
1100       ENDIF
1101
1102       WRITE( io, 12 ) dt_radiation
1103 
1104
1105 1 FORMAT ('    Geograph. longitude            :   lambda = ',F4.1,' degr')
1106 2 FORMAT ('    Day of the year at model start :   day_init = ',I3   &
1107            /'    UTC time at model start        :   time_utc_init = ',F7.1' s')
1108 3 FORMAT (//' Radiation model information:'/                                  &
1109              ' ----------------------------'/)
1110 4 FORMAT ('    --> Using constant net radiation: net_radiation = ', F6.2,        &
1111           // 'W/m**2')
1112 5 FORMAT ('    --> Simple radiation scheme for clear sky is used (no clouds,',   &
1113                   ' default)')
1114 6 FORMAT ('    --> RRTMG scheme is used')
1115 7 FORMAT (/'    User-specific surface albedo: albedo =', F6.3)
1116 8 FORMAT (/'    Albedo is set for land surface type: ', A)
1117 9 FORMAT (/'    --> Albedo is fixed during the run')
111810 FORMAT (/'    --> Longwave radiation is disabled')
111911 FORMAT (/'    --> Shortwave radiation is disabled.')
112012 FORMAT  ('    Timestep: dt_radiation = ', F6.2, '  s')
1121
1122
1123    END SUBROUTINE radiation_header
1124   
1125
1126!------------------------------------------------------------------------------!
1127! Description:
1128! ------------
1129!> Parin for &radiation_par for radiation model
1130!------------------------------------------------------------------------------!
1131    SUBROUTINE radiation_parin
1132
1133
1134       IMPLICIT NONE
1135
1136       CHARACTER (LEN=80) ::  line  !< dummy string that contains the current line of the parameter file
1137       
1138       NAMELIST /radiation_par/   albedo, albedo_type, albedo_lw_dir,          &
1139                                  albedo_lw_dif, albedo_sw_dir, albedo_sw_dif, &
1140                                  constant_albedo, day_init, dt_radiation,     &
1141                                  lambda, lw_radiation, net_radiation,         &
1142                                  radiation_scheme, skip_time_do_radiation,    &
1143                                  sw_radiation, time_utc_init,                 &
1144                                  unscheduled_radiation_calls
1145       
1146       line = ' '
1147       
1148!
1149!--    Try to find radiation model package
1150       REWIND ( 11 )
1151       line = ' '
1152       DO   WHILE ( INDEX( line, '&radiation_par' ) == 0 )
1153          READ ( 11, '(A)', END=10 )  line
1154       ENDDO
1155       BACKSPACE ( 11 )
1156
1157!
1158!--    Read user-defined namelist
1159       READ ( 11, radiation_par )
1160
1161!
1162!--    Set flag that indicates that the radiation model is switched on
1163       radiation = .TRUE.
1164
1165 10    CONTINUE
1166       
1167
1168    END SUBROUTINE radiation_parin
1169
1170
1171!------------------------------------------------------------------------------!
1172! Description:
1173! ------------
1174!> Implementation of the RRTMG radiation_scheme
1175!------------------------------------------------------------------------------!
1176    SUBROUTINE radiation_rrtmg
1177
1178       USE indices,                                                            &
1179           ONLY:  nbgp
1180
1181       USE particle_attributes,                                                &
1182           ONLY:  grid_particles, number_of_particles, particles,              &
1183                  particle_advection_start, prt_count
1184
1185       IMPLICIT NONE
1186
1187#if defined ( __rrtmg )
1188
1189       INTEGER(iwp) :: i, j, k, n !< loop indices
1190
1191       REAL(wp)     ::  s_r2, &   !< weighted sum over all droplets with r^2
1192                        s_r3      !< weighted sum over all droplets with r^3
1193
1194!
1195!--    Calculate current (cosine of) zenith angle and whether the sun is up
1196       CALL calc_zenith     
1197!
1198!--    Calculate surface albedo
1199       IF ( .NOT. constant_albedo )  THEN
1200          CALL calc_albedo
1201       ENDIF
1202
1203!
1204!--    Prepare input data for RRTMG
1205
1206!
1207!--    In case of large scale forcing with surface data, calculate new pressure
1208!--    profile. nzt_rad might be modified by these calls and all required arrays
1209!--    will then be re-allocated
1210       IF ( large_scale_forcing  .AND.  lsf_surf )  THEN
1211          CALL read_sounding_data
1212          CALL read_trace_gas_data
1213       ENDIF
1214!
1215!--    Loop over all grid points
1216       DO i = nxl, nxr
1217          DO j = nys, nyn
1218
1219!
1220!--          Prepare profiles of temperature and H2O volume mixing ratio
1221             rrtm_tlev(0,nzb+1) = pt(nzb,j,i) * ( surface_pressure             &
1222                                                  / 1000.0_wp )**0.286_wp
1223
1224             DO k = nzb+1, nzt+1
1225                rrtm_tlay(0,k) = pt(k,j,i) * ( (hyp(k) ) / 100000.0_wp         &
1226                                 )**0.286_wp + l_d_cp * ql(k,j,i)
1227                rrtm_h2ovmr(0,k) = mol_mass_air_d_wv * (q(k,j,i) - ql(k,j,i))
1228
1229             ENDDO
1230
1231!
1232!--          Avoid temperature/humidity jumps at the top of the LES domain by
1233!--          linear interpolation from nzt+2 to nzt+7
1234             DO k = nzt+2, nzt+7
1235                rrtm_tlay(0,k) = rrtm_tlay(0,nzt+1)                            &
1236                              + ( rrtm_tlay(0,nzt+8) - rrtm_tlay(0,nzt+1) )    &
1237                              / ( rrtm_play(0,nzt+8) - rrtm_play(0,nzt+1) )    &
1238                              * ( rrtm_play(0,k) - rrtm_play(0,nzt+1) )
1239
1240                rrtm_h2ovmr(0,k) = rrtm_h2ovmr(0,nzt+1)                        &
1241                              + ( rrtm_h2ovmr(0,nzt+8) - rrtm_h2ovmr(0,nzt+1) )&
1242                              / ( rrtm_play(0,nzt+8)   - rrtm_play(0,nzt+1)   )&
1243                              * ( rrtm_play(0,k) - rrtm_play(0,nzt+1) )
1244
1245             ENDDO
1246
1247!--          Linear interpolate to zw grid
1248             DO k = nzb+2, nzt+8
1249                rrtm_tlev(0,k)   = rrtm_tlay(0,k-1) + (rrtm_tlay(0,k) -        &
1250                                   rrtm_tlay(0,k-1))                           &
1251                                   / ( rrtm_play(0,k) - rrtm_play(0,k-1) )     &
1252                                   * ( rrtm_plev(0,k) - rrtm_play(0,k-1) )
1253             ENDDO
1254
1255
1256!
1257!--          Calculate liquid water path and cloud fraction for each column.
1258!--          Note that LWP is required in g/m² instead of kg/kg m.
1259             rrtm_cldfr  = 0.0_wp
1260             rrtm_reliq  = 0.0_wp
1261             rrtm_cliqwp = 0.0_wp
1262             rrtm_icld   = 0
1263
1264             DO k = nzb+1, nzt+1
1265                rrtm_cliqwp(0,k) =  ql(k,j,i) * 1000.0_wp *                    &
1266                                    (rrtm_plev(0,k) - rrtm_plev(0,k+1))        &
1267                                    * 100.0_wp / g
1268
1269                IF ( rrtm_cliqwp(0,k) > 0.0_wp )  THEN
1270                   rrtm_cldfr(0,k) = 1.0_wp
1271                   IF ( rrtm_icld == 0 )  rrtm_icld = 1
1272
1273!
1274!--                Calculate cloud droplet effective radius
1275                   IF ( cloud_physics )  THEN
1276                      rrtm_reliq(0,k) = 1.0E6_wp * ( 3.0_wp * ql(k,j,i)        &
1277                                        * rho_surface                          &
1278                                        / ( 4.0_wp * pi * nc_const * rho_l )   &
1279                                        )**0.33333333333333_wp                 &
1280                                        * EXP( LOG( sigma_gc )**2 )
1281
1282                   ELSEIF ( cloud_droplets )  THEN
1283                      number_of_particles = prt_count(k,j,i)
1284
1285                      IF (number_of_particles <= 0)  CYCLE
1286                      particles => grid_particles(k,j,i)%particles(1:number_of_particles)
1287                      s_r2 = 0.0_wp
1288                      s_r3 = 0.0_wp
1289
1290                      DO  n = 1, number_of_particles
1291                         IF ( particles(n)%particle_mask )  THEN
1292                            s_r2 = s_r2 + particles(n)%radius**2 * &
1293                                   particles(n)%weight_factor
1294                            s_r3 = s_r3 + particles(n)%radius**3 * &
1295                                   particles(n)%weight_factor
1296                         ENDIF
1297                      ENDDO
1298
1299                      IF ( s_r2 > 0.0_wp )  rrtm_reliq(0,k) = s_r3 / s_r2
1300
1301                   ENDIF
1302
1303!
1304!--                Limit effective radius
1305                   IF ( rrtm_reliq(0,k) > 0.0_wp )  THEN
1306                      rrtm_reliq(0,k) = MAX(rrtm_reliq(0,k),2.5_wp)
1307                      rrtm_reliq(0,k) = MIN(rrtm_reliq(0,k),60.0_wp)
1308                  ENDIF
1309                ENDIF
1310             ENDDO
1311
1312!
1313!--          Set surface temperature
1314             rrtm_tsfc = pt(nzb,j,i) * (surface_pressure / 1000.0_wp )**0.286_wp
1315
1316             IF ( lw_radiation )  THEN
1317               CALL rrtmg_lw( 1, nzt_rad      , rrtm_icld    , rrtm_idrv      ,&
1318               rrtm_play       , rrtm_plev    , rrtm_tlay    , rrtm_tlev      ,&
1319               rrtm_tsfc       , rrtm_h2ovmr  , rrtm_o3vmr   , rrtm_co2vmr    ,&
1320               rrtm_ch4vmr     , rrtm_n2ovmr  , rrtm_o2vmr   , rrtm_cfc11vmr  ,&
1321               rrtm_cfc12vmr   , rrtm_cfc22vmr, rrtm_ccl4vmr , rrtm_emis      ,&
1322               rrtm_inflglw    , rrtm_iceflglw, rrtm_liqflglw, rrtm_cldfr     ,&
1323               rrtm_lw_taucld  , rrtm_cicewp  , rrtm_cliqwp  , rrtm_reice     ,& 
1324               rrtm_reliq      , rrtm_lw_tauaer,                               &
1325               rrtm_lwuflx     , rrtm_lwdflx  , rrtm_lwhr  ,                   &
1326               rrtm_lwuflxc    , rrtm_lwdflxc , rrtm_lwhrc ,                   &
1327               rrtm_lwuflx_dt  ,  rrtm_lwuflxc_dt )
1328
1329!
1330!--             Save fluxes
1331                DO k = nzb, nzt+1
1332                   rad_lw_in(k,j,i)  = rrtm_lwdflx(0,k)
1333                   rad_lw_out(k,j,i) = rrtm_lwuflx(0,k)
1334                ENDDO
1335
1336!
1337!--             Save heating rates (convert from K/d to K/h)
1338                DO k = nzb+1, nzt+1
1339                   rad_lw_hr(k,j,i)     = rrtm_lwhr(0,k)  * d_hours_day
1340                   rad_lw_cs_hr(k,j,i)  = rrtm_lwhrc(0,k) * d_hours_day
1341                ENDDO
1342
1343!
1344!--             Save change in LW heating rate
1345                rad_lw_out_change_0(j,i) = rrtm_lwuflx_dt(0,nzb)
1346
1347             ENDIF
1348
1349             IF ( sw_radiation .AND. sun_up )  THEN
1350                CALL rrtmg_sw( 1, nzt_rad      , rrtm_icld  , rrtm_iaer       ,&
1351               rrtm_play       , rrtm_plev    , rrtm_tlay  , rrtm_tlev        ,&
1352               rrtm_tsfc       , rrtm_h2ovmr  , rrtm_o3vmr , rrtm_co2vmr      ,&
1353               rrtm_ch4vmr     , rrtm_n2ovmr  , rrtm_o2vmr , rrtm_asdir(:,j,i),&
1354               rrtm_asdif(:,j,i), rrtm_aldir(:,j,i), rrtm_aldif(:,j,i), zenith,&
1355               0.0_wp          , day          , solar_constant,   rrtm_inflgsw,&
1356               rrtm_iceflgsw   , rrtm_liqflgsw, rrtm_cldfr , rrtm_sw_taucld   ,&
1357               rrtm_sw_ssacld  , rrtm_sw_asmcld, rrtm_sw_fsfcld, rrtm_cicewp  ,&
1358               rrtm_cliqwp     , rrtm_reice   , rrtm_reliq , rrtm_sw_tauaer   ,&
1359               rrtm_sw_ssaaer     , rrtm_sw_asmaer  , rrtm_sw_ecaer ,          &
1360               rrtm_swuflx     , rrtm_swdflx  , rrtm_swhr  ,                   &
1361               rrtm_swuflxc    , rrtm_swdflxc , rrtm_swhrc )
1362 
1363!
1364!--             Save fluxes
1365                DO k = nzb, nzt+1
1366                   rad_sw_in(k,j,i)  = rrtm_swdflx(0,k)
1367                   rad_sw_out(k,j,i) = rrtm_swuflx(0,k)
1368                ENDDO
1369
1370!
1371!--             Save heating rates (convert from K/d to K/s)
1372                DO k = nzb+1, nzt+1
1373                   rad_sw_hr(k,j,i)     = rrtm_swhr(0,k)  * d_hours_day
1374                   rad_sw_cs_hr(k,j,i)  = rrtm_swhrc(0,k) * d_hours_day
1375                ENDDO
1376
1377             ENDIF
1378
1379!
1380!--          Calculate surface net radiation
1381             rad_net(j,i) = rad_sw_in(nzb,j,i) - rad_sw_out(nzb,j,i)           &
1382                            + rad_lw_in(nzb,j,i) - rad_lw_out(nzb,j,i)
1383
1384          ENDDO
1385       ENDDO
1386
1387       CALL exchange_horiz( rad_lw_in,  nbgp )
1388       CALL exchange_horiz( rad_lw_out, nbgp )
1389       CALL exchange_horiz( rad_lw_hr,    nbgp )
1390       CALL exchange_horiz( rad_lw_cs_hr, nbgp )
1391
1392       CALL exchange_horiz( rad_sw_in,  nbgp )
1393       CALL exchange_horiz( rad_sw_out, nbgp ) 
1394       CALL exchange_horiz( rad_sw_hr,    nbgp )
1395       CALL exchange_horiz( rad_sw_cs_hr, nbgp )
1396
1397       CALL exchange_horiz_2d( rad_net, nbgp )
1398       CALL exchange_horiz_2d( rad_lw_out_change_0, nbgp )
1399#endif
1400
1401    END SUBROUTINE radiation_rrtmg
1402
1403
1404!------------------------------------------------------------------------------!
1405! Description:
1406! ------------
1407!> Calculate the cosine of the zenith angle (variable is called zenith)
1408!------------------------------------------------------------------------------!
1409    SUBROUTINE calc_zenith
1410
1411       IMPLICIT NONE
1412
1413       REAL(wp) ::  declination,  & !< solar declination angle
1414                    hour_angle      !< solar hour angle
1415!
1416!--    Calculate current day and time based on the initial values and simulation
1417!--    time
1418       day = day_init + INT(FLOOR( (time_utc_init + time_since_reference_point)    &
1419                               / 86400.0_wp ), KIND=iwp)
1420       time_utc = MOD((time_utc_init + time_since_reference_point), 86400.0_wp)
1421
1422
1423!
1424!--    Calculate solar declination and hour angle   
1425       declination = ASIN( decl_1 * SIN(decl_2 * REAL(day, KIND=wp) - decl_3) )
1426       hour_angle  = 2.0_wp * pi * (time_utc / 86400.0_wp) + lon - pi
1427
1428!
1429!--    Calculate zenith angle
1430       zenith(0) = SIN(lat) * SIN(declination) + COS(lat) * COS(declination)      &
1431                                            * COS(hour_angle)
1432       zenith(0) = MAX(0.0_wp,zenith(0))
1433
1434!
1435!--    Check if the sun is up (otheriwse shortwave calculations can be skipped)
1436       IF ( zenith(0) > 0.0_wp )  THEN
1437          sun_up = .TRUE.
1438       ELSE
1439          sun_up = .FALSE.
1440       END IF
1441
1442    END SUBROUTINE calc_zenith
1443
1444#if defined ( __rrtmg ) && defined ( __netcdf )
1445!------------------------------------------------------------------------------!
1446! Description:
1447! ------------
1448!> Calculates surface albedo components based on Briegleb (1992) and
1449!> Briegleb et al. (1986)
1450!------------------------------------------------------------------------------!
1451    SUBROUTINE calc_albedo
1452
1453        IMPLICIT NONE
1454
1455        IF ( sun_up )  THEN
1456!
1457!--        Ocean
1458           IF ( albedo_type == 1 )  THEN
1459              rrtm_aldir(0,:,:) = 0.026_wp / ( zenith(0)**1.7_wp + 0.065_wp )  &
1460                                  + 0.15_wp * ( zenith(0) - 0.1_wp )           &
1461                                            * ( zenith(0) - 0.5_wp )           &
1462                                            * ( zenith(0) - 1.0_wp )
1463              rrtm_asdir(0,:,:) = rrtm_aldir(0,:,:)
1464!
1465!--        Snow
1466           ELSEIF ( albedo_type == 16 )  THEN
1467              IF ( zenith(0) < 0.5_wp )  THEN
1468                 rrtm_aldir(0,:,:) = 0.5_wp * (1.0_wp - aldif)                 &
1469                                     * ( 3.0_wp / (1.0_wp + 4.0_wp             &
1470                                     * zenith(0))) - 1.0_wp
1471                 rrtm_asdir(0,:,:) = 0.5_wp * (1.0_wp - asdif)                 &
1472                                     * ( 3.0_wp / (1.0_wp + 4.0_wp             &
1473                                     * zenith(0))) - 1.0_wp
1474
1475                 rrtm_aldir(0,:,:) = MIN(0.98_wp, rrtm_aldir(0,:,:))
1476                 rrtm_asdir(0,:,:) = MIN(0.98_wp, rrtm_asdir(0,:,:))
1477              ELSE
1478                 rrtm_aldir(0,:,:) = aldif
1479                 rrtm_asdir(0,:,:) = asdif
1480              ENDIF
1481!
1482!--        Sea ice
1483           ELSEIF ( albedo_type == 15 )  THEN
1484                 rrtm_aldir(0,:,:) = aldif
1485                 rrtm_asdir(0,:,:) = asdif
1486
1487!
1488!--        Asphalt
1489           ELSEIF ( albedo_type == 17 )  THEN
1490                 rrtm_aldir(0,:,:) = aldif
1491                 rrtm_asdir(0,:,:) = asdif
1492!
1493!--        Land surfaces
1494           ELSE
1495              SELECT CASE ( albedo_type )
1496
1497!
1498!--              Surface types with strong zenith dependence
1499                 CASE ( 1, 2, 3, 4, 11, 12, 13 )
1500                    rrtm_aldir(0,:,:) = aldif * 1.4_wp /                       &
1501                                        (1.0_wp + 0.8_wp * zenith(0))
1502                    rrtm_asdir(0,:,:) = asdif * 1.4_wp /                       &
1503                                        (1.0_wp + 0.8_wp * zenith(0))
1504!
1505!--              Surface types with weak zenith dependence
1506                 CASE ( 5, 6, 7, 8, 9, 10, 14 )
1507                    rrtm_aldir(0,:,:) = aldif * 1.1_wp /                       &
1508                                        (1.0_wp + 0.2_wp * zenith(0))
1509                    rrtm_asdir(0,:,:) = asdif * 1.1_wp /                       &
1510                                        (1.0_wp + 0.2_wp * zenith(0))
1511
1512                 CASE DEFAULT
1513
1514              END SELECT
1515           ENDIF
1516!
1517!--        Diffusive albedo is taken from Table 2
1518           rrtm_aldif(0,:,:) = aldif
1519           rrtm_asdif(0,:,:) = asdif
1520
1521        ELSE
1522
1523           rrtm_aldir(0,:,:) = 0.0_wp
1524           rrtm_asdir(0,:,:) = 0.0_wp
1525           rrtm_aldif(0,:,:) = 0.0_wp
1526           rrtm_asdif(0,:,:) = 0.0_wp
1527        ENDIF
1528    END SUBROUTINE calc_albedo
1529
1530!------------------------------------------------------------------------------!
1531! Description:
1532! ------------
1533!> Read sounding data (pressure and temperature) from RADIATION_DATA.
1534!------------------------------------------------------------------------------!
1535    SUBROUTINE read_sounding_data
1536
1537       IMPLICIT NONE
1538
1539       INTEGER(iwp) :: id,           & !< NetCDF id of input file
1540                       id_dim_zrad,  & !< pressure level id in the NetCDF file
1541                       id_var,       & !< NetCDF variable id
1542                       k,            & !< loop index
1543                       nz_snd,       & !< number of vertical levels in the sounding data
1544                       nz_snd_start, & !< start vertical index for sounding data to be used
1545                       nz_snd_end      !< end vertical index for souding data to be used
1546
1547       REAL(wp) :: t_surface           !< actual surface temperature
1548
1549       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  hyp_snd_tmp, & !< temporary hydrostatic pressure profile (sounding)
1550                                               t_snd_tmp      !< temporary temperature profile (sounding)
1551
1552!
1553!--    In case of updates, deallocate arrays first (sufficient to check one
1554!--    array as the others are automatically allocated). This is required
1555!--    because nzt_rad might change during the update
1556       IF ( ALLOCATED ( hyp_snd ) )  THEN
1557          DEALLOCATE( hyp_snd )
1558          DEALLOCATE( t_snd )
1559          DEALLOCATE( q_snd  )
1560          DEALLOCATE ( rrtm_play )
1561          DEALLOCATE ( rrtm_plev )
1562          DEALLOCATE ( rrtm_tlay )
1563          DEALLOCATE ( rrtm_tlev )
1564
1565          DEALLOCATE ( rrtm_h2ovmr )
1566          DEALLOCATE ( rrtm_cicewp )
1567          DEALLOCATE ( rrtm_cldfr )
1568          DEALLOCATE ( rrtm_cliqwp )
1569          DEALLOCATE ( rrtm_reice )
1570          DEALLOCATE ( rrtm_reliq )
1571          DEALLOCATE ( rrtm_lw_taucld )
1572          DEALLOCATE ( rrtm_lw_tauaer )
1573
1574          DEALLOCATE ( rrtm_lwdflx  )
1575          DEALLOCATE ( rrtm_lwdflxc )
1576          DEALLOCATE ( rrtm_lwuflx  )
1577          DEALLOCATE ( rrtm_lwuflxc )
1578          DEALLOCATE ( rrtm_lwuflx_dt )
1579          DEALLOCATE ( rrtm_lwuflxc_dt )
1580          DEALLOCATE ( rrtm_lwhr  )
1581          DEALLOCATE ( rrtm_lwhrc )
1582
1583          DEALLOCATE ( rrtm_sw_taucld )
1584          DEALLOCATE ( rrtm_sw_ssacld )
1585          DEALLOCATE ( rrtm_sw_asmcld )
1586          DEALLOCATE ( rrtm_sw_fsfcld )
1587          DEALLOCATE ( rrtm_sw_tauaer )
1588          DEALLOCATE ( rrtm_sw_ssaaer )
1589          DEALLOCATE ( rrtm_sw_asmaer ) 
1590          DEALLOCATE ( rrtm_sw_ecaer )   
1591 
1592          DEALLOCATE ( rrtm_swdflx  )
1593          DEALLOCATE ( rrtm_swdflxc )
1594          DEALLOCATE ( rrtm_swuflx  )
1595          DEALLOCATE ( rrtm_swuflxc )
1596          DEALLOCATE ( rrtm_swhr  )
1597          DEALLOCATE ( rrtm_swhrc )
1598
1599       ENDIF
1600
1601!
1602!--    Open file for reading
1603       nc_stat = NF90_OPEN( rrtm_input_file, NF90_NOWRITE, id )
1604       CALL netcdf_handle_error_rad( 'read_sounding_data', 549 )
1605
1606!
1607!--    Inquire dimension of z axis and save in nz_snd
1608       nc_stat = NF90_INQ_DIMID( id, "Pressure", id_dim_zrad )
1609       nc_stat = NF90_INQUIRE_DIMENSION( id, id_dim_zrad, len = nz_snd )
1610       CALL netcdf_handle_error_rad( 'read_sounding_data', 551 )
1611
1612!
1613! !--    Allocate temporary array for storing pressure data
1614       ALLOCATE( hyp_snd_tmp(1:nz_snd) )
1615       hyp_snd_tmp = 0.0_wp
1616
1617
1618!--    Read pressure from file
1619       nc_stat = NF90_INQ_VARID( id, "Pressure", id_var )
1620       nc_stat = NF90_GET_VAR( id, id_var, hyp_snd_tmp(:), start = (/1/),      &
1621                               count = (/nz_snd/) )
1622       CALL netcdf_handle_error_rad( 'read_sounding_data', 552 )
1623
1624!
1625!--    Allocate temporary array for storing temperature data
1626       ALLOCATE( t_snd_tmp(1:nz_snd) )
1627       t_snd_tmp = 0.0_wp
1628
1629!
1630!--    Read temperature from file
1631       nc_stat = NF90_INQ_VARID( id, "ReferenceTemperature", id_var )
1632       nc_stat = NF90_GET_VAR( id, id_var, t_snd_tmp(:), start = (/1/),        &
1633                               count = (/nz_snd/) )
1634       CALL netcdf_handle_error_rad( 'read_sounding_data', 553 )
1635
1636!
1637!--    Calculate start of sounding data
1638       nz_snd_start = nz_snd + 1
1639       nz_snd_end   = nz_snd + 1
1640
1641!
1642!--    Start filling vertical dimension at 10hPa above the model domain (hyp is
1643!--    in Pa, hyp_snd in hPa).
1644       DO  k = 1, nz_snd
1645          IF ( hyp_snd_tmp(k) < ( hyp(nzt+1) - 1000.0_wp) * 0.01_wp )  THEN
1646             nz_snd_start = k
1647             EXIT
1648          END IF
1649       END DO
1650
1651       IF ( nz_snd_start <= nz_snd )  THEN
1652          nz_snd_end = nz_snd
1653       END IF
1654
1655
1656!
1657!--    Calculate of total grid points for RRTMG calculations
1658       nzt_rad = nzt + nz_snd_end - nz_snd_start + 1
1659
1660!
1661!--    Save data above LES domain in hyp_snd, t_snd and q_snd
1662!--    Note: q_snd_tmp is not calculated at the moment (dry residual atmosphere)
1663       ALLOCATE( hyp_snd(nzb+1:nzt_rad) )
1664       ALLOCATE( t_snd(nzb+1:nzt_rad)   )
1665       ALLOCATE( q_snd(nzb+1:nzt_rad)   )
1666       hyp_snd = 0.0_wp
1667       t_snd = 0.0_wp
1668       q_snd = 0.0_wp
1669
1670       hyp_snd(nzt+2:nzt_rad) = hyp_snd_tmp(nz_snd_start+1:nz_snd_end)
1671       t_snd(nzt+2:nzt_rad)   = t_snd_tmp(nz_snd_start+1:nz_snd_end)
1672
1673       nc_stat = NF90_CLOSE( id )
1674
1675!
1676!--    Calculate pressure levels on zu and zw grid. Sounding data is added at
1677!--    top of the LES domain. This routine does not consider horizontal or
1678!--    vertical variability of pressure and temperature
1679       ALLOCATE ( rrtm_play(0:0,nzb+1:nzt_rad+1)   )
1680       ALLOCATE ( rrtm_plev(0:0,nzb+1:nzt_rad+2)   )
1681
1682       t_surface = pt_surface * ( surface_pressure / 1000.0_wp )**0.286_wp
1683       DO k = nzb+1, nzt+1
1684          rrtm_play(0,k) = hyp(k) * 0.01_wp
1685          rrtm_plev(0,k) = surface_pressure * ( (t_surface - g/cp * zw(k-1)) / &
1686                         t_surface )**(1.0_wp/0.286_wp)
1687       ENDDO
1688
1689       DO k = nzt+2, nzt_rad
1690          rrtm_play(0,k) = hyp_snd(k)
1691          rrtm_plev(0,k) = 0.5_wp * ( rrtm_play(0,k) + rrtm_play(0,k-1) )
1692       ENDDO
1693       rrtm_plev(0,nzt_rad+1) = MAX( 0.5 * hyp_snd(nzt_rad),                   &
1694                                   1.5 * hyp_snd(nzt_rad)                      &
1695                                 - 0.5 * hyp_snd(nzt_rad-1) )
1696       rrtm_plev(0,nzt_rad+2)  = MIN( 1.0E-4_wp,                               &
1697                                      0.25_wp * rrtm_plev(0,nzt_rad+1) )
1698
1699       rrtm_play(0,nzt_rad+1) = 0.5 * rrtm_plev(0,nzt_rad+1)
1700
1701!
1702!--    Calculate temperature/humidity levels at top of the LES domain.
1703!--    Currently, the temperature is taken from sounding data (might lead to a
1704!--    temperature jump at interface. To do: Humidity is currently not
1705!--    calculated above the LES domain.
1706       ALLOCATE ( rrtm_tlay(0:0,nzb+1:nzt_rad+1)   )
1707       ALLOCATE ( rrtm_tlev(0:0,nzb+1:nzt_rad+2)   )
1708       ALLOCATE ( rrtm_h2ovmr(0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
1709
1710       DO k = nzt+8, nzt_rad
1711          rrtm_tlay(0,k)   = t_snd(k)
1712          rrtm_h2ovmr(0,k) = q_snd(k)
1713       ENDDO
1714       rrtm_tlay(0,nzt_rad+1) = 2.0_wp * rrtm_tlay(0,nzt_rad)                 &
1715                                - rrtm_tlay(0,nzt_rad-1)
1716       DO k = nzt+9, nzt_rad+1
1717          rrtm_tlev(0,k)   = rrtm_tlay(0,k-1) + (rrtm_tlay(0,k)                &
1718                             - rrtm_tlay(0,k-1))                               &
1719                             / ( rrtm_play(0,k) - rrtm_play(0,k-1) )           &
1720                             * ( rrtm_plev(0,k) - rrtm_play(0,k-1) )
1721       ENDDO
1722       rrtm_h2ovmr(0,nzt_rad+1) = rrtm_h2ovmr(0,nzt_rad)
1723
1724       rrtm_tlev(0,nzt_rad+2)   = 2.0_wp * rrtm_tlay(0,nzt_rad+1)              &
1725                                  - rrtm_tlev(0,nzt_rad)
1726!
1727!--    Allocate remaining RRTMG arrays
1728       ALLOCATE ( rrtm_cicewp(0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
1729       ALLOCATE ( rrtm_cldfr(0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
1730       ALLOCATE ( rrtm_cliqwp(0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
1731       ALLOCATE ( rrtm_reice(0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
1732       ALLOCATE ( rrtm_reliq(0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
1733       ALLOCATE ( rrtm_lw_taucld(1:nbndlw+1,0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
1734       ALLOCATE ( rrtm_lw_tauaer(0:0,nzb+1:nzt_rad+1,1:nbndlw+1) )
1735       ALLOCATE ( rrtm_sw_taucld(1:nbndsw+1,0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
1736       ALLOCATE ( rrtm_sw_ssacld(1:nbndsw+1,0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
1737       ALLOCATE ( rrtm_sw_asmcld(1:nbndsw+1,0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
1738       ALLOCATE ( rrtm_sw_fsfcld(1:nbndsw+1,0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
1739       ALLOCATE ( rrtm_sw_tauaer(0:0,nzb+1:nzt_rad+1,1:nbndsw+1) )
1740       ALLOCATE ( rrtm_sw_ssaaer(0:0,nzb+1:nzt_rad+1,1:nbndsw+1) )
1741       ALLOCATE ( rrtm_sw_asmaer(0:0,nzb+1:nzt_rad+1,1:nbndsw+1) ) 
1742       ALLOCATE ( rrtm_sw_ecaer(0:0,nzb+1:nzt_rad+1,1:naerec+1) )   
1743
1744!
1745!--    The ice phase is currently not considered in PALM
1746       rrtm_cicewp = 0.0_wp
1747       rrtm_reice  = 0.0_wp
1748
1749!
1750!--    Set other parameters (move to NAMELIST parameters in the future)
1751       rrtm_lw_tauaer = 0.0_wp
1752       rrtm_lw_taucld = 0.0_wp
1753       rrtm_sw_taucld = 0.0_wp
1754       rrtm_sw_ssacld = 0.0_wp
1755       rrtm_sw_asmcld = 0.0_wp
1756       rrtm_sw_fsfcld = 0.0_wp
1757       rrtm_sw_tauaer = 0.0_wp
1758       rrtm_sw_ssaaer = 0.0_wp
1759       rrtm_sw_asmaer = 0.0_wp
1760       rrtm_sw_ecaer  = 0.0_wp
1761
1762
1763       ALLOCATE ( rrtm_swdflx(0:0,nzb:nzt_rad+1)  )
1764       ALLOCATE ( rrtm_swuflx(0:0,nzb:nzt_rad+1)  )
1765       ALLOCATE ( rrtm_swhr(0:0,nzb+1:nzt_rad+1)  )
1766       ALLOCATE ( rrtm_swuflxc(0:0,nzb:nzt_rad+1) )
1767       ALLOCATE ( rrtm_swdflxc(0:0,nzb:nzt_rad+1) )
1768       ALLOCATE ( rrtm_swhrc(0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
1769
1770       rrtm_swdflx  = 0.0_wp
1771       rrtm_swuflx  = 0.0_wp
1772       rrtm_swhr    = 0.0_wp 
1773       rrtm_swuflxc = 0.0_wp
1774       rrtm_swdflxc = 0.0_wp
1775       rrtm_swhrc   = 0.0_wp
1776
1777       ALLOCATE ( rrtm_lwdflx(0:0,nzb:nzt_rad+1)  )
1778       ALLOCATE ( rrtm_lwuflx(0:0,nzb:nzt_rad+1)  )
1779       ALLOCATE ( rrtm_lwhr(0:0,nzb+1:nzt_rad+1)  )
1780       ALLOCATE ( rrtm_lwuflxc(0:0,nzb:nzt_rad+1) )
1781       ALLOCATE ( rrtm_lwdflxc(0:0,nzb:nzt_rad+1) )
1782       ALLOCATE ( rrtm_lwhrc(0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
1783
1784       rrtm_lwdflx  = 0.0_wp
1785       rrtm_lwuflx  = 0.0_wp
1786       rrtm_lwhr    = 0.0_wp 
1787       rrtm_lwuflxc = 0.0_wp
1788       rrtm_lwdflxc = 0.0_wp
1789       rrtm_lwhrc   = 0.0_wp
1790
1791       ALLOCATE ( rrtm_lwuflx_dt(0:0,nzb:nzt_rad+1) )
1792       ALLOCATE ( rrtm_lwuflxc_dt(0:0,nzb:nzt_rad+1) )
1793
1794       rrtm_lwuflx_dt = 0.0_wp
1795       rrtm_lwuflxc_dt = 0.0_wp
1796
1797    END SUBROUTINE read_sounding_data
1798
1799
1800!------------------------------------------------------------------------------!
1801! Description:
1802! ------------
1803!> Read trace gas data from file
1804!------------------------------------------------------------------------------!
1805    SUBROUTINE read_trace_gas_data
1806
1807       USE rrsw_ncpar
1808
1809       IMPLICIT NONE
1810
1811       INTEGER(iwp), PARAMETER :: num_trace_gases = 9 !< number of trace gases (absorbers)
1812
1813       CHARACTER(LEN=5), DIMENSION(num_trace_gases), PARAMETER ::              & !< trace gas names
1814           trace_names = (/'O3   ', 'CO2  ', 'CH4  ', 'N2O  ', 'O2   ',        &
1815                           'CFC11', 'CFC12', 'CFC22', 'CCL4 '/)
1816
1817       INTEGER(iwp) :: id,     & !< NetCDF id
1818                       k,      & !< loop index
1819                       m,      & !< loop index
1820                       n,      & !< loop index
1821                       nabs,   & !< number of absorbers
1822                       np,     & !< number of pressure levels
1823                       id_abs, & !< NetCDF id of the respective absorber
1824                       id_dim, & !< NetCDF id of asborber's dimension
1825                       id_var    !< NetCDf id ot the absorber
1826
1827       REAL(wp) :: p_mls_l, p_mls_u, p_wgt_l, p_wgt_u, p_mls_m
1828
1829
1830       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE   ::  p_mls,         & !< pressure levels for the absorbers
1831                                                 rrtm_play_tmp, & !< temporary array for pressure zu-levels
1832                                                 rrtm_plev_tmp, & !< temporary array for pressure zw-levels
1833                                                 trace_path_tmp   !< temporary array for storing trace gas path data
1834
1835       REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  trace_mls,      & !< array for storing the absorber amounts
1836                                                 trace_mls_path, & !< array for storing trace gas path data
1837                                                 trace_mls_tmp     !< temporary array for storing trace gas data
1838
1839
1840!
1841!--    In case of updates, deallocate arrays first (sufficient to check one
1842!--    array as the others are automatically allocated)
1843       IF ( ALLOCATED ( rrtm_o3vmr ) )  THEN
1844          DEALLOCATE ( rrtm_o3vmr  )
1845          DEALLOCATE ( rrtm_co2vmr )
1846          DEALLOCATE ( rrtm_ch4vmr )
1847          DEALLOCATE ( rrtm_n2ovmr )
1848          DEALLOCATE ( rrtm_o2vmr  )
1849          DEALLOCATE ( rrtm_cfc11vmr )
1850          DEALLOCATE ( rrtm_cfc12vmr )
1851          DEALLOCATE ( rrtm_cfc22vmr )
1852          DEALLOCATE ( rrtm_ccl4vmr  )
1853       ENDIF
1854
1855!
1856!--    Allocate trace gas profiles
1857       ALLOCATE ( rrtm_o3vmr(0:0,1:nzt_rad+1)  )
1858       ALLOCATE ( rrtm_co2vmr(0:0,1:nzt_rad+1) )
1859       ALLOCATE ( rrtm_ch4vmr(0:0,1:nzt_rad+1) )
1860       ALLOCATE ( rrtm_n2ovmr(0:0,1:nzt_rad+1) )
1861       ALLOCATE ( rrtm_o2vmr(0:0,1:nzt_rad+1)  )
1862       ALLOCATE ( rrtm_cfc11vmr(0:0,1:nzt_rad+1) )
1863       ALLOCATE ( rrtm_cfc12vmr(0:0,1:nzt_rad+1) )
1864       ALLOCATE ( rrtm_cfc22vmr(0:0,1:nzt_rad+1) )
1865       ALLOCATE ( rrtm_ccl4vmr(0:0,1:nzt_rad+1)  )
1866
1867!
1868!--    Open file for reading
1869       nc_stat = NF90_OPEN( rrtm_input_file, NF90_NOWRITE, id )
1870       CALL netcdf_handle_error_rad( 'read_trace_gas_data', 549 )
1871!
1872!--    Inquire dimension ids and dimensions
1873       nc_stat = NF90_INQ_DIMID( id, "Pressure", id_dim )
1874       CALL netcdf_handle_error_rad( 'read_trace_gas_data', 550 )
1875       nc_stat = NF90_INQUIRE_DIMENSION( id, id_dim, len = np) 
1876       CALL netcdf_handle_error_rad( 'read_trace_gas_data', 550 )
1877
1878       nc_stat = NF90_INQ_DIMID( id, "Absorber", id_dim )
1879       CALL netcdf_handle_error_rad( 'read_trace_gas_data', 550 )
1880       nc_stat = NF90_INQUIRE_DIMENSION( id, id_dim, len = nabs ) 
1881       CALL netcdf_handle_error_rad( 'read_trace_gas_data', 550 )
1882   
1883
1884!
1885!--    Allocate pressure, and trace gas arrays     
1886       ALLOCATE( p_mls(1:np) )
1887       ALLOCATE( trace_mls(1:num_trace_gases,1:np) ) 
1888       ALLOCATE( trace_mls_tmp(1:nabs,1:np) ) 
1889
1890
1891       nc_stat = NF90_INQ_VARID( id, "Pressure", id_var )
1892       CALL netcdf_handle_error_rad( 'read_trace_gas_data', 550 )
1893       nc_stat = NF90_GET_VAR( id, id_var, p_mls )
1894       CALL netcdf_handle_error_rad( 'read_trace_gas_data', 550 )
1895
1896       nc_stat = NF90_INQ_VARID( id, "AbsorberAmountMLS", id_var )
1897       CALL netcdf_handle_error_rad( 'read_trace_gas_data', 550 )
1898       nc_stat = NF90_GET_VAR( id, id_var, trace_mls_tmp )
1899       CALL netcdf_handle_error_rad( 'read_trace_gas_data', 550 )
1900
1901
1902!
1903!--    Write absorber amounts (mls) to trace_mls
1904       DO n = 1, num_trace_gases
1905          CALL getAbsorberIndex( TRIM( trace_names(n) ), id_abs )
1906
1907          trace_mls(n,1:np) = trace_mls_tmp(id_abs,1:np)
1908
1909!
1910!--       Replace missing values by zero
1911          WHERE ( trace_mls(n,:) > 2.0_wp ) 
1912             trace_mls(n,:) = 0.0_wp
1913          END WHERE
1914       END DO
1915
1916       DEALLOCATE ( trace_mls_tmp )
1917
1918       nc_stat = NF90_CLOSE( id )
1919       CALL netcdf_handle_error_rad( 'read_trace_gas_data', 551 )
1920
1921!
1922!--    Add extra pressure level for calculations of the trace gas paths
1923       ALLOCATE ( rrtm_play_tmp(1:nzt_rad+1) )
1924       ALLOCATE ( rrtm_plev_tmp(1:nzt_rad+2) )
1925
1926       rrtm_play_tmp(1:nzt_rad)   = rrtm_play(0,1:nzt_rad) 
1927       rrtm_plev_tmp(1:nzt_rad+1) = rrtm_plev(0,1:nzt_rad+1)
1928       rrtm_play_tmp(nzt_rad+1)   = rrtm_plev(0,nzt_rad+1) * 0.5_wp
1929       rrtm_plev_tmp(nzt_rad+2)   = MIN( 1.0E-4_wp, 0.25_wp                    &
1930                                         * rrtm_plev(0,nzt_rad+1) )
1931 
1932!
1933!--    Calculate trace gas path (zero at surface) with interpolation to the
1934!--    sounding levels
1935       ALLOCATE ( trace_mls_path(1:nzt_rad+2,1:num_trace_gases) )
1936
1937       trace_mls_path(nzb+1,:) = 0.0_wp
1938       
1939       DO k = nzb+2, nzt_rad+2
1940          DO m = 1, num_trace_gases
1941             trace_mls_path(k,m) = trace_mls_path(k-1,m)
1942
1943!
1944!--          When the pressure level is higher than the trace gas pressure
1945!--          level, assume that
1946             IF ( rrtm_plev_tmp(k-1) > p_mls(1) )  THEN             
1947               
1948                trace_mls_path(k,m) = trace_mls_path(k,m) + trace_mls(m,1)     &
1949                                      * ( rrtm_plev_tmp(k-1)                   &
1950                                          - MAX( p_mls(1), rrtm_plev_tmp(k) )  &
1951                                        ) / g
1952             ENDIF
1953
1954!
1955!--          Integrate for each sounding level from the contributing p_mls
1956!--          levels
1957             DO n = 2, np
1958!
1959!--             Limit p_mls so that it is within the model level
1960                p_mls_u = MIN( rrtm_plev_tmp(k-1),                             &
1961                          MAX( rrtm_plev_tmp(k), p_mls(n) ) )
1962                p_mls_l = MIN( rrtm_plev_tmp(k-1),                             &
1963                          MAX( rrtm_plev_tmp(k), p_mls(n-1) ) )
1964
1965                IF ( p_mls_l > p_mls_u )  THEN
1966
1967!
1968!--                Calculate weights for interpolation
1969                   p_mls_m = 0.5_wp * (p_mls_l + p_mls_u)
1970                   p_wgt_u = (p_mls(n-1) - p_mls_m) / (p_mls(n-1) - p_mls(n))
1971                   p_wgt_l = (p_mls_m - p_mls(n))   / (p_mls(n-1) - p_mls(n))
1972
1973!
1974!--                Add level to trace gas path
1975                   trace_mls_path(k,m) = trace_mls_path(k,m)                   &
1976                                         +  ( p_wgt_u * trace_mls(m,n)         &
1977                                            + p_wgt_l * trace_mls(m,n-1) )     &
1978                                         * (p_mls_l - p_mls_u) / g
1979                ENDIF
1980             ENDDO
1981
1982             IF ( rrtm_plev_tmp(k) < p_mls(np) )  THEN
1983                trace_mls_path(k,m) = trace_mls_path(k,m) + trace_mls(m,np)    &
1984                                      * ( MIN( rrtm_plev_tmp(k-1), p_mls(np) ) &
1985                                          - rrtm_plev_tmp(k)                   &
1986                                        ) / g
1987             ENDIF 
1988          ENDDO
1989       ENDDO
1990
1991
1992!
1993!--    Prepare trace gas path profiles
1994       ALLOCATE ( trace_path_tmp(1:nzt_rad+1) )
1995
1996       DO m = 1, num_trace_gases
1997
1998          trace_path_tmp(1:nzt_rad+1) = ( trace_mls_path(2:nzt_rad+2,m)        &
1999                                       - trace_mls_path(1:nzt_rad+1,m) ) * g   &
2000                                       / ( rrtm_plev_tmp(1:nzt_rad+1)          &
2001                                       - rrtm_plev_tmp(2:nzt_rad+2) )
2002
2003!
2004!--       Save trace gas paths to the respective arrays
2005          SELECT CASE ( TRIM( trace_names(m) ) )
2006
2007             CASE ( 'O3' )
2008
2009                rrtm_o3vmr(0,:) = trace_path_tmp(:)
2010
2011             CASE ( 'CO2' )
2012
2013                rrtm_co2vmr(0,:) = trace_path_tmp(:)
2014
2015             CASE ( 'CH4' )
2016
2017                rrtm_ch4vmr(0,:) = trace_path_tmp(:)
2018
2019             CASE ( 'N2O' )
2020
2021                rrtm_n2ovmr(0,:) = trace_path_tmp(:)
2022
2023             CASE ( 'O2' )
2024
2025                rrtm_o2vmr(0,:) = trace_path_tmp(:)
2026
2027             CASE ( 'CFC11' )
2028
2029                rrtm_cfc11vmr(0,:) = trace_path_tmp(:)
2030
2031             CASE ( 'CFC12' )
2032
2033                rrtm_cfc12vmr(0,:) = trace_path_tmp(:)
2034
2035             CASE ( 'CFC22' )
2036
2037                rrtm_cfc22vmr(0,:) = trace_path_tmp(:)
2038
2039             CASE ( 'CCL4' )
2040
2041                rrtm_ccl4vmr(0,:) = trace_path_tmp(:)
2042
2043             CASE DEFAULT
2044
2045          END SELECT
2046
2047       ENDDO
2048
2049       DEALLOCATE ( trace_path_tmp )
2050       DEALLOCATE ( trace_mls_path )
2051       DEALLOCATE ( rrtm_play_tmp )
2052       DEALLOCATE ( rrtm_plev_tmp )
2053       DEALLOCATE ( trace_mls )
2054       DEALLOCATE ( p_mls )
2055
2056    END SUBROUTINE read_trace_gas_data
2057
2058
2059    SUBROUTINE netcdf_handle_error_rad( routine_name, errno )
2060
2061       USE control_parameters,                                                 &
2062           ONLY:  message_string
2063
2064       USE NETCDF
2065
2066       USE pegrid
2067
2068       IMPLICIT NONE
2069
2070       CHARACTER(LEN=6) ::  message_identifier
2071       CHARACTER(LEN=*) ::  routine_name
2072
2073       INTEGER(iwp) ::  errno
2074
2075       IF ( nc_stat /= NF90_NOERR )  THEN
2076
2077          WRITE( message_identifier, '(''NC'',I4.4)' )  errno
2078          message_string = TRIM( NF90_STRERROR( nc_stat ) )
2079
2080          CALL message( routine_name, message_identifier, 2, 2, 0, 6, 1 )
2081
2082       ENDIF
2083
2084    END SUBROUTINE netcdf_handle_error_rad
2085#endif
2086
2087
2088!------------------------------------------------------------------------------!
2089! Description:
2090! ------------
2091!> Calculate temperature tendency due to radiative cooling/heating.
2092!> Cache-optimized version.
2093!------------------------------------------------------------------------------!
2094    SUBROUTINE radiation_tendency_ij ( i, j, tend )
2095
2096       USE cloud_parameters,                                                   &
2097           ONLY:  pt_d_t
2098
2099       IMPLICIT NONE
2100
2101       INTEGER(iwp) :: i, j, k !< loop indices
2102
2103       REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) :: tend !< pt tendency term
2104
2105#if defined ( __rrtmg )
2106!
2107!--    Calculate tendency based on heating rate
2108       DO k = nzb+1, nzt+1
2109          tend(k,j,i) = tend(k,j,i) + (rad_lw_hr(k,j,i) + rad_sw_hr(k,j,i))    &
2110                                      * pt_d_t(k) * d_seconds_hour
2111       ENDDO
2112
2113#endif
2114
2115    END SUBROUTINE radiation_tendency_ij
2116
2117
2118!------------------------------------------------------------------------------!
2119! Description:
2120! ------------
2121!> Calculate temperature tendency due to radiative cooling/heating.
2122!> Vector-optimized version
2123!------------------------------------------------------------------------------!
2124    SUBROUTINE radiation_tendency ( tend )
2125
2126       USE cloud_parameters,                                                   &
2127           ONLY:  pt_d_t
2128
2129       USE indices,                                                            &
2130           ONLY:  nxl, nxr, nyn, nys
2131
2132       IMPLICIT NONE
2133
2134       INTEGER(iwp) :: i, j, k !< loop indices
2135
2136       REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) :: tend !< pt tendency term
2137
2138#if defined ( __rrtmg )
2139!
2140!--    Calculate tendency based on heating rate
2141       DO  i = nxl, nxr
2142          DO  j = nys, nyn
2143             DO k = nzb+1, nzt+1
2144                tend(k,j,i) = tend(k,j,i) + ( rad_lw_hr(k,j,i)                 &
2145                                            +  rad_sw_hr(k,j,i) ) * pt_d_t(k)  &
2146                                            * d_seconds_hour
2147             ENDDO
2148         ENDDO
2149       ENDDO
2150#endif
2151
2152    END SUBROUTINE radiation_tendency
2153
2154 END MODULE radiation_model_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.