source: palm/trunk/SOURCE/radiation_model_mod.f90 @ 1854

Last change on this file since 1854 was 1854, checked in by maronga, 5 years ago

last commit documented

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 88.9 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 1854 2016-04-11 09:03:15Z maronga $
26!
27! 1853 2016-04-11 09:00:35Z maronga
28! Added routine for radiation_scheme = constant.
29
30! 1849 2016-04-08 11:33:18Z hoffmann
31! Adapted for modularization of microphysics
32!
33! 1826 2016-04-07 12:01:39Z maronga
34! Further modularization.
35!
36! 1788 2016-03-10 11:01:04Z maronga
37! Added new albedo class for pavements / roads.
38!
39! 1783 2016-03-06 18:36:17Z raasch
40! palm-netcdf-module removed in order to avoid a circular module dependency,
41! netcdf-variables moved to netcdf-module, new routine netcdf_handle_error_rad
42! added
43!
44! 1757 2016-02-22 15:49:32Z maronga
45! Added parameter unscheduled_radiation_calls. Bugfix: interpolation of sounding
46! profiles for pressure and temperature above the LES domain.
47!
48! 1709 2015-11-04 14:47:01Z maronga
49! Bugfix: set initial value for rrtm_lwuflx_dt to zero, small formatting
50! corrections
51!
52! 1701 2015-11-02 07:43:04Z maronga
53! Bugfixes: wrong index for output of timeseries, setting of nz_snd_end
54!
55! 1691 2015-10-26 16:17:44Z maronga
56! Added option for spin-up runs without radiation (skip_time_do_radiation). Bugfix
57! in calculation of pressure profiles. Bugfix in calculation of trace gas profiles.
58! Added output of radiative heating rates.
59!
60! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
61! Code annotations made doxygen readable
62!
63! 1606 2015-06-29 10:43:37Z maronga
64! Added preprocessor directive __netcdf to allow for compiling without netCDF.
65! Note, however, that RRTMG cannot be used without netCDF.
66!
67! 1590 2015-05-08 13:56:27Z maronga
68! Bugfix: definition of character strings requires same length for all elements
69!
70! 1587 2015-05-04 14:19:01Z maronga
71! Added albedo class for snow
72!
73! 1585 2015-04-30 07:05:52Z maronga
74! Added support for RRTMG
75!
76! 1571 2015-03-12 16:12:49Z maronga
77! Added missing KIND attribute. Removed upper-case variable names
78!
79! 1551 2015-03-03 14:18:16Z maronga
80! Added support for data output. Various variables have been renamed. Added
81! interface for different radiation schemes (currently: clear-sky, constant, and
82! RRTM (not yet implemented).
83!
84! 1496 2014-12-02 17:25:50Z maronga
85! Initial revision
86!
87!
88! Description:
89! ------------
90!> Radiation models and interfaces
91!> @todo move variable definitions used in radiation_init only to the subroutine
92!>       as they are no longer required after initialization.
93!> @todo Output of full column vertical profiles used in RRTMG
94!> @todo Output of other rrtm arrays (such as volume mixing ratios)
95!> @todo Adapt for use with topography
96!>
97!> @note Many variables have a leading dummy dimension (0:0) in order to
98!>       match the assume-size shape expected by the RRTMG model.
99!------------------------------------------------------------------------------!
100 MODULE radiation_model_mod
101 
102    USE arrays_3d,                                                             &
103        ONLY:  dzw, hyp, pt, q, ql, zw
104
105    USE cloud_parameters,                                                      &
106        ONLY:  cp, l_d_cp, rho_l
107
108    USE constants,                                                             &
109        ONLY:  pi
110
111    USE control_parameters,                                                    &
112        ONLY:  cloud_droplets, cloud_physics, g, initializing_actions,         &
113               large_scale_forcing, lsf_surf, phi, pt_surface, rho_surface,    &
114               surface_pressure, time_since_reference_point
115
116    USE indices,                                                               &
117        ONLY:  nxl, nxlg, nxr, nxrg, nyn, nyng, nys, nysg, nzb_s_inner, nzb, nzt
118
119    USE kinds
120
121    USE microphysics_mod,                                                      &
122        ONLY:  nc_const, sigma_gc
123
124#if defined ( __netcdf )
125    USE NETCDF
126#endif
127
128#if defined ( __rrtmg )
129
130    USE parrrsw,                                                               &
131        ONLY:  naerec, nbndsw
132
133    USE parrrtm,                                                               &
134        ONLY:  nbndlw
135
136    USE rrtmg_lw_init,                                                         &
137        ONLY:  rrtmg_lw_ini
138
139    USE rrtmg_sw_init,                                                         &
140        ONLY:  rrtmg_sw_ini
141
142    USE rrtmg_lw_rad,                                                          &
143        ONLY:  rrtmg_lw
144
145    USE rrtmg_sw_rad,                                                          &
146        ONLY:  rrtmg_sw
147#endif
148
149
150
151    IMPLICIT NONE
152
153    CHARACTER(10) :: radiation_scheme = 'clear-sky' ! 'constant', 'clear-sky', or 'rrtmg'
154
155!
156!-- Predefined Land surface classes (albedo_type) after Briegleb (1992)
157    CHARACTER(37), DIMENSION(0:17), PARAMETER :: albedo_type_name = (/      &
158                                   'user defined                         ', & !  0
159                                   'ocean                                ', & !  1
160                                   'mixed farming, tall grassland        ', & !  2
161                                   'tall/medium grassland                ', & !  3
162                                   'evergreen shrubland                  ', & !  4
163                                   'short grassland/meadow/shrubland     ', & !  5
164                                   'evergreen needleleaf forest          ', & !  6
165                                   'mixed deciduous evergreen forest     ', & !  7
166                                   'deciduous forest                     ', & !  8
167                                   'tropical evergreen broadleaved forest', & !  9
168                                   'medium/tall grassland/woodland       ', & ! 10
169                                   'desert, sandy                        ', & ! 11
170                                   'desert, rocky                        ', & ! 12
171                                   'tundra                               ', & ! 13
172                                   'land ice                             ', & ! 14
173                                   'sea ice                              ', & ! 15
174                                   'snow                                 ', & ! 16
175                                   'pavement/roads                       '  & ! 17
176                                                         /)
177
178    INTEGER(iwp) :: albedo_type  = 5,    & !< Albedo surface type (default: short grassland)
179                    day,                 & !< current day of the year
180                    day_init     = 172,  & !< day of the year at model start (21/06)
181                    dots_rad     = 0       !< starting index for timeseries output
182
183    LOGICAL ::  unscheduled_radiation_calls = .TRUE., & !< flag parameter indicating whether additional calls of the radiation code are allowed
184                constant_albedo = .FALSE.,            & !< flag parameter indicating whether the albedo may change depending on zenith
185                force_radiation_call = .FALSE.,       & !< flag parameter for unscheduled radiation calls
186                lw_radiation = .TRUE.,                & !< flag parameter indicating whether longwave radiation shall be calculated
187                radiation = .FALSE.,                  & !< flag parameter indicating whether the radiation model is used
188                sun_up    = .TRUE.,                   & !< flag parameter indicating whether the sun is up or down
189                sw_radiation = .TRUE.                   !< flag parameter indicing whether shortwave radiation shall be calculated
190
191
192    REAL(wp), PARAMETER :: d_seconds_hour  = 0.000277777777778_wp,  & !< inverse of seconds per hour (1/3600)
193                           d_hours_day    = 0.0416666666667_wp,     & !< inverse of hours per day (1/24)
194                           sigma_sb       = 5.67037321E-8_wp,       & !< Stefan-Boltzmann constant
195                           solar_constant = 1368.0_wp                 !< solar constant at top of atmosphere
196
197    REAL(wp) :: albedo = 9999999.9_wp,           & !< NAMELIST alpha
198                albedo_lw_dif = 9999999.9_wp,    & !< NAMELIST aldif
199                albedo_lw_dir = 9999999.9_wp,    & !< NAMELIST aldir
200                albedo_sw_dif = 9999999.9_wp,    & !< NAMELIST asdif
201                albedo_sw_dir = 9999999.9_wp,    & !< NAMELIST asdir
202                decl_1,                          & !< declination coef. 1
203                decl_2,                          & !< declination coef. 2
204                decl_3,                          & !< declination coef. 3
205                dt_radiation = 0.0_wp,           & !< radiation model timestep
206                emissivity = 0.98_wp,            & !< NAMELIST surface emissivity
207                lambda = 0.0_wp,                 & !< longitude in degrees
208                lon = 0.0_wp,                    & !< longitude in radians
209                lat = 0.0_wp,                    & !< latitude in radians
210                net_radiation = 0.0_wp,          & !< net radiation at surface
211                skip_time_do_radiation = 0.0_wp, & !< Radiation model is not called before this time
212                sky_trans,                       & !< sky transmissivity
213                time_radiation = 0.0_wp,         & !< time since last call of radiation code
214                time_utc,                        & !< current time in UTC
215                time_utc_init = 43200.0_wp         !< UTC time at model start (noon)
216
217    REAL(wp), DIMENSION(0:0) ::  zenith        !< solar zenith angle
218
219    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE :: &
220                alpha,                       & !< surface broadband albedo (used for clear-sky scheme)
221                rad_lw_out_change_0,         & !< change in LW out due to change in surface temperature
222                rad_net,                     & !< net radiation at the surface
223                rad_net_av                     !< average of rad_net
224
225!
226!-- Land surface albedos for solar zenith angle of 60° after Briegleb (1992)     
227!-- (shortwave, longwave, broadband):   sw,      lw,      bb,
228    REAL(wp), DIMENSION(0:2,1:17), PARAMETER :: albedo_pars = RESHAPE( (/& 
229                                   0.06_wp, 0.06_wp, 0.06_wp,            & !  1
230                                   0.09_wp, 0.28_wp, 0.19_wp,            & !  2
231                                   0.11_wp, 0.33_wp, 0.23_wp,            & !  3
232                                   0.11_wp, 0.33_wp, 0.23_wp,            & !  4
233                                   0.14_wp, 0.34_wp, 0.25_wp,            & !  5
234                                   0.06_wp, 0.22_wp, 0.14_wp,            & !  6
235                                   0.06_wp, 0.27_wp, 0.17_wp,            & !  7
236                                   0.06_wp, 0.31_wp, 0.19_wp,            & !  8
237                                   0.06_wp, 0.22_wp, 0.14_wp,            & !  9
238                                   0.06_wp, 0.28_wp, 0.18_wp,            & ! 10
239                                   0.35_wp, 0.51_wp, 0.43_wp,            & ! 11
240                                   0.24_wp, 0.40_wp, 0.32_wp,            & ! 12
241                                   0.10_wp, 0.27_wp, 0.19_wp,            & ! 13
242                                   0.90_wp, 0.65_wp, 0.77_wp,            & ! 14
243                                   0.90_wp, 0.65_wp, 0.77_wp,            & ! 15
244                                   0.95_wp, 0.70_wp, 0.82_wp,            & ! 16
245                                   0.08_wp, 0.08_wp, 0.08_wp             & ! 17
246                                 /), (/ 3, 17 /) )
247
248    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE, TARGET :: &
249                        rad_lw_cs_hr,                  & !< longwave clear sky radiation heating rate (K/s)
250                        rad_lw_cs_hr_av,               & !< average of rad_lw_cs_hr
251                        rad_lw_hr,                     & !< longwave radiation heating rate (K/s)
252                        rad_lw_hr_av,                  & !< average of rad_sw_hr
253                        rad_lw_in,                     & !< incoming longwave radiation (W/m2)
254                        rad_lw_in_av,                  & !< average of rad_lw_in
255                        rad_lw_out,                    & !< outgoing longwave radiation (W/m2)
256                        rad_lw_out_av,                 & !< average of rad_lw_out
257                        rad_sw_cs_hr,                  & !< shortwave clear sky radiation heating rate (K/s)
258                        rad_sw_cs_hr_av,               & !< average of rad_sw_cs_hr
259                        rad_sw_hr,                     & !< shortwave radiation heating rate (K/s)
260                        rad_sw_hr_av,                  & !< average of rad_sw_hr
261                        rad_sw_in,                     & !< incoming shortwave radiation (W/m2)
262                        rad_sw_in_av,                  & !< average of rad_sw_in
263                        rad_sw_out,                    & !< outgoing shortwave radiation (W/m2)
264                        rad_sw_out_av                    !< average of rad_sw_out
265
266
267!
268!-- Variables and parameters used in RRTMG only
269#if defined ( __rrtmg )
270    CHARACTER(LEN=12) :: rrtm_input_file = "RAD_SND_DATA" !< name of the NetCDF input file (sounding data)
271
272
273!
274!-- Flag parameters for RRTMGS (should not be changed)
275    INTEGER(iwp), PARAMETER :: rrtm_inflglw  = 2, & !< flag for lw cloud optical properties (0,1,2)
276                               rrtm_iceflglw = 0, & !< flag for lw ice particle specifications (0,1,2,3)
277                               rrtm_liqflglw = 1, & !< flag for lw liquid droplet specifications
278                               rrtm_inflgsw  = 2, & !< flag for sw cloud optical properties (0,1,2)
279                               rrtm_iceflgsw = 0, & !< flag for sw ice particle specifications (0,1,2,3)
280                               rrtm_liqflgsw = 1    !< flag for sw liquid droplet specifications
281
282!
283!-- The following variables should be only changed with care, as this will
284!-- require further setting of some variables, which is currently not
285!-- implemented (aerosols, ice phase).
286    INTEGER(iwp) :: nzt_rad,           & !< upper vertical limit for radiation calculations
287                    rrtm_icld = 0,     & !< cloud flag (0: clear sky column, 1: cloudy column)
288                    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)
289                    rrtm_idrv = 1        !< longwave upward flux calculation option (0,1)
290
291    INTEGER(iwp) :: nc_stat !< local variable for storin the result of netCDF calls for error message handling
292
293    LOGICAL :: snd_exists = .FALSE.      !< flag parameter to check whether a user-defined input files exists
294
295    REAL(wp), PARAMETER :: mol_mass_air_d_wv = 1.607793_wp !< molecular weight dry air / water vapor
296
297    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: hyp_snd,     & !< hypostatic pressure from sounding data (hPa)
298                                           q_snd,       & !< specific humidity from sounding data (kg/kg) - dummy at the moment
299                                           rrtm_tsfc,   & !< dummy array for storing surface temperature
300                                           t_snd          !< actual temperature from sounding data (hPa)
301
302    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE :: aldif,          & !< longwave diffuse albedo solar angle of 60°
303                                             aldir,          & !< longwave direct albedo solar angle of 60°
304                                             asdif,          & !< shortwave diffuse albedo solar angle of 60°
305                                             asdir,          & !< shortwave direct albedo solar angle of 60°
306                                             rrtm_ccl4vmr,   & !< CCL4 volume mixing ratio (g/mol)
307                                             rrtm_cfc11vmr,  & !< CFC11 volume mixing ratio (g/mol)
308                                             rrtm_cfc12vmr,  & !< CFC12 volume mixing ratio (g/mol)
309                                             rrtm_cfc22vmr,  & !< CFC22 volume mixing ratio (g/mol)
310                                             rrtm_ch4vmr,    & !< CH4 volume mixing ratio
311                                             rrtm_cicewp,    & !< in-cloud ice water path (g/m²)
312                                             rrtm_cldfr,     & !< cloud fraction (0,1)
313                                             rrtm_cliqwp,    & !< in-cloud liquid water path (g/m²)
314                                             rrtm_co2vmr,    & !< CO2 volume mixing ratio (g/mol)
315                                             rrtm_emis,      & !< surface emissivity (0-1)   
316                                             rrtm_h2ovmr,    & !< H2O volume mixing ratio
317                                             rrtm_n2ovmr,    & !< N2O volume mixing ratio
318                                             rrtm_o2vmr,     & !< O2 volume mixing ratio
319                                             rrtm_o3vmr,     & !< O3 volume mixing ratio
320                                             rrtm_play,      & !< pressure layers (hPa, zu-grid)
321                                             rrtm_plev,      & !< pressure layers (hPa, zw-grid)
322                                             rrtm_reice,     & !< cloud ice effective radius (microns)
323                                             rrtm_reliq,     & !< cloud water drop effective radius (microns)
324                                             rrtm_tlay,      & !< actual temperature (K, zu-grid)
325                                             rrtm_tlev,      & !< actual temperature (K, zw-grid)
326                                             rrtm_lwdflx,    & !< RRTM output of incoming longwave radiation flux (W/m2)
327                                             rrtm_lwdflxc,   & !< RRTM output of outgoing clear sky longwave radiation flux (W/m2)
328                                             rrtm_lwuflx,    & !< RRTM output of outgoing longwave radiation flux (W/m2)
329                                             rrtm_lwuflxc,   & !< RRTM output of incoming clear sky longwave radiation flux (W/m2)
330                                             rrtm_lwuflx_dt, & !< RRTM output of incoming clear sky longwave radiation flux (W/m2)
331                                             rrtm_lwuflxc_dt,& !< RRTM output of outgoing clear sky longwave radiation flux (W/m2)
332                                             rrtm_lwhr,      & !< RRTM output of longwave radiation heating rate (K/d)
333                                             rrtm_lwhrc,     & !< RRTM output of incoming longwave clear sky radiation heating rate (K/d)
334                                             rrtm_swdflx,    & !< RRTM output of incoming shortwave radiation flux (W/m2)
335                                             rrtm_swdflxc,   & !< RRTM output of outgoing clear sky shortwave radiation flux (W/m2)
336                                             rrtm_swuflx,    & !< RRTM output of outgoing shortwave radiation flux (W/m2)
337                                             rrtm_swuflxc,   & !< RRTM output of incoming clear sky shortwave radiation flux (W/m2)
338                                             rrtm_swhr,      & !< RRTM output of shortwave radiation heating rate (K/d)
339                                             rrtm_swhrc        !< RRTM output of incoming shortwave clear sky radiation heating rate (K/d)
340
341!
342!-- Definition of arrays that are currently not used for calling RRTMG (due to setting of flag parameters)
343    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  rad_lw_cs_in,   & !< incoming clear sky longwave radiation (W/m2) (not used)
344                                                rad_lw_cs_out,  & !< outgoing clear sky longwave radiation (W/m2) (not used)
345                                                rad_sw_cs_in,   & !< incoming clear sky shortwave radiation (W/m2) (not used)
346                                                rad_sw_cs_out,  & !< outgoing clear sky shortwave radiation (W/m2) (not used)
347                                                rrtm_aldif,     & !< surface albedo for longwave diffuse radiation
348                                                rrtm_aldir,     & !< surface albedo for longwave direct radiation
349                                                rrtm_asdif,     & !< surface albedo for shortwave diffuse radiation
350                                                rrtm_asdir,     & !< surface albedo for shortwave direct radiation
351                                                rrtm_lw_tauaer, & !< lw aerosol optical depth
352                                                rrtm_lw_taucld, & !< lw in-cloud optical depth
353                                                rrtm_sw_taucld, & !< sw in-cloud optical depth
354                                                rrtm_sw_ssacld, & !< sw in-cloud single scattering albedo
355                                                rrtm_sw_asmcld, & !< sw in-cloud asymmetry parameter
356                                                rrtm_sw_fsfcld, & !< sw in-cloud forward scattering fraction
357                                                rrtm_sw_tauaer, & !< sw aerosol optical depth
358                                                rrtm_sw_ssaaer, & !< sw aerosol single scattering albedo
359                                                rrtm_sw_asmaer, & !< sw aerosol asymmetry parameter
360                                                rrtm_sw_ecaer     !< sw aerosol optical detph at 0.55 microns (rrtm_iaer = 6 only)
361
362#endif
363
364    INTERFACE radiation_check_data_output
365       MODULE PROCEDURE radiation_check_data_output
366    END INTERFACE radiation_check_data_output
367
368    INTERFACE radiation_check_data_output_pr
369       MODULE PROCEDURE radiation_check_data_output_pr
370    END INTERFACE radiation_check_data_output_pr
371 
372    INTERFACE radiation_check_parameters
373       MODULE PROCEDURE radiation_check_parameters
374    END INTERFACE radiation_check_parameters
375 
376    INTERFACE radiation_clearsky
377       MODULE PROCEDURE radiation_clearsky
378    END INTERFACE radiation_clearsky
379 
380    INTERFACE radiation_constant
381       MODULE PROCEDURE radiation_constant
382    END INTERFACE radiation_constant
383 
384    INTERFACE radiation_header
385       MODULE PROCEDURE radiation_header
386    END INTERFACE radiation_header
387 
388    INTERFACE radiation_init
389       MODULE PROCEDURE radiation_init
390    END INTERFACE radiation_init
391
392    INTERFACE radiation_parin
393       MODULE PROCEDURE radiation_parin
394    END INTERFACE radiation_parin
395   
396    INTERFACE radiation_rrtmg
397       MODULE PROCEDURE radiation_rrtmg
398    END INTERFACE radiation_rrtmg
399
400    INTERFACE radiation_tendency
401       MODULE PROCEDURE radiation_tendency
402       MODULE PROCEDURE radiation_tendency_ij
403    END INTERFACE radiation_tendency
404
405    SAVE
406
407    PRIVATE
408
409!
410!-- Public functions
411    PUBLIC radiation_check_data_output, radiation_check_data_output_pr,        &
412           radiation_check_parameters, radiation_clearsky, radiation_constant, &
413           radiation_header, radiation_init, radiation_parin, radiation_rrtmg, &
414           radiation_tendency
415   
416!
417!-- Public variables and constants
418    PUBLIC dots_rad, dt_radiation, force_radiation_call,                       &
419           rad_net, rad_net_av, radiation, radiation_scheme, rad_lw_in,        &
420           rad_lw_in_av, rad_lw_out, rad_lw_out_av, rad_lw_out_change_0,       &
421           rad_lw_cs_hr, rad_lw_cs_hr_av, rad_lw_hr, rad_lw_hr_av, rad_sw_in,  &
422           rad_sw_in_av, rad_sw_out, rad_sw_out_av, rad_sw_cs_hr,              &
423           rad_sw_cs_hr_av, rad_sw_hr, rad_sw_hr_av, sigma_sb,                 &
424           skip_time_do_radiation, time_radiation, unscheduled_radiation_calls
425
426
427#if defined ( __rrtmg )
428    PUBLIC rrtm_aldif, rrtm_aldir, rrtm_asdif, rrtm_asdir, rrtm_idrv
429#endif
430
431 CONTAINS
432
433!------------------------------------------------------------------------------!
434! Description:
435! ------------
436!> Check data output for radiation model
437!------------------------------------------------------------------------------!
438    SUBROUTINE radiation_check_data_output( var, unit, i, ilen, k )
439 
440 
441       USE control_parameters,                                                 &
442           ONLY: data_output, message_string
443
444       IMPLICIT NONE
445
446       CHARACTER (LEN=*) ::  unit     !<
447       CHARACTER (LEN=*) ::  var      !<
448
449       INTEGER(iwp) :: i
450       INTEGER(iwp) :: ilen
451       INTEGER(iwp) :: k
452
453       SELECT CASE ( TRIM( var ) )
454
455         CASE ( 'rad_lw_in', 'rad_lw_out', 'rad_lw_cs_hr', 'rad_lw_hr',       &
456                 'rad_sw_in', 'rad_sw_out', 'rad_sw_cs_hr', 'rad_sw_hr' )
457             IF (  .NOT.  radiation  .OR.  radiation_scheme /= 'rrtmg' )  THEN
458                message_string = '"output of "' // TRIM( var ) // '" requi' // &
459                                 'res radiation = .TRUE. and ' //              &
460                                 'radiation_scheme = "rrtmg"'
461                CALL message( 'check_parameters', 'PA0406', 1, 2, 0, 6, 0 )
462             ENDIF
463             unit = 'W/m2'     
464
465          CASE ( 'rad_net*', 'rrtm_aldif*', 'rrtm_aldir*', 'rrtm_asdif*',      &
466                 'rrtm_asdir*' )
467             IF ( k == 0  .OR.  data_output(i)(ilen-2:ilen) /= '_xy' )  THEN
468                message_string = 'illegal value for data_output: "' //         &
469                                 TRIM( var ) // '" & only 2d-horizontal ' //   &
470                                 'cross sections are allowed for this value'
471                CALL message( 'check_parameters', 'PA0111', 1, 2, 0, 6, 0 )
472             ENDIF
473             IF (  .NOT.  radiation  .OR.  radiation_scheme /= "rrtmg" )  THEN
474                IF ( TRIM( var ) == 'rrtm_aldif*'  .OR.                        &
475                     TRIM( var ) == 'rrtm_aldir*'  .OR.                        &
476                     TRIM( var ) == 'rrtm_asdif*'  .OR.                        &
477                     TRIM( var ) == 'rrtm_asdir*'      )                       &
478                THEN
479                   message_string = 'output of "' // TRIM( var ) // '" require'&
480                                    // 's radiation = .TRUE. and radiation_sch'&
481                                    // 'eme = "rrtmg"'
482                   CALL message( 'check_parameters', 'PA0409', 1, 2, 0, 6, 0 )
483                ENDIF
484             ENDIF
485
486             IF ( TRIM( var ) == 'rad_net*'      ) unit = 'W/m2'   
487             IF ( TRIM( var ) == 'rrtm_aldif*'   ) unit = ''   
488             IF ( TRIM( var ) == 'rrtm_aldir*'   ) unit = '' 
489             IF ( TRIM( var ) == 'rrtm_asdif*'   ) unit = '' 
490             IF ( TRIM( var ) == 'rrtm_asdir*'   ) unit = '' 
491
492          CASE DEFAULT
493             unit = 'illegal'
494
495       END SELECT
496
497
498    END SUBROUTINE radiation_check_data_output
499
500!------------------------------------------------------------------------------!
501! Description:
502! ------------
503!> Check data output of profiles for radiation model
504!------------------------------------------------------------------------------! 
505    SUBROUTINE radiation_check_data_output_pr( variable, var_count, unit, dopr_unit )
506 
507       USE arrays_3d,                                                          &
508           ONLY: zu
509
510       USE control_parameters,                                                 &
511           ONLY: data_output_pr, message_string
512
513       USE indices
514
515       USE profil_parameter
516
517       USE statistics
518
519       IMPLICIT NONE
520   
521       CHARACTER (LEN=*) ::  unit      !<
522       CHARACTER (LEN=*) ::  variable  !<
523       CHARACTER (LEN=*) ::  dopr_unit !< local value of dopr_unit
524 
525       INTEGER(iwp) ::  user_pr_index !<
526       INTEGER(iwp) ::  var_count     !<
527
528       SELECT CASE ( TRIM( variable ) )
529       
530         CASE ( 'rad_net' )
531             IF ( (  .NOT.  radiation )  .OR.  radiation_scheme == 'constant' )&
532             THEN
533                message_string = 'data_output_pr = ' //                        &
534                                 TRIM( data_output_pr(var_count) ) // ' is' // &
535                                 'not available for radiation = .FALSE. or ' //&
536                                 'radiation_scheme = "constant"'
537                CALL message( 'check_parameters', 'PA0408', 1, 2, 0, 6, 0 )
538             ELSE
539                dopr_index(var_count) = 101
540                dopr_unit  = 'W/m2'
541                hom(:,2,101,:)  = SPREAD( zw, 2, statistic_regions+1 )
542                unit = dopr_unit
543             ENDIF
544
545          CASE ( 'rad_lw_in' )
546             IF ( (  .NOT.  radiation)  .OR.  radiation_scheme == 'constant' ) &
547             THEN
548                message_string = 'data_output_pr = ' //                        &
549                                 TRIM( data_output_pr(var_count) ) // ' is' // &
550                                 'not available for radiation = .FALSE. or ' //&
551                                 'radiation_scheme = "constant"'
552                CALL message( 'check_parameters', 'PA0408', 1, 2, 0, 6, 0 )
553             ELSE
554                dopr_index(var_count) = 102
555                dopr_unit  = 'W/m2'
556                hom(:,2,102,:)  = SPREAD( zw, 2, statistic_regions+1 )
557                unit = dopr_unit
558             ENDIF
559
560          CASE ( 'rad_lw_out' )
561             IF ( (  .NOT. radiation )  .OR.  radiation_scheme == 'constant' ) &
562             THEN
563                message_string = 'data_output_pr = ' //                        &
564                                 TRIM( data_output_pr(var_count) ) // ' is' // &
565                                 'not available for radiation = .FALSE. or ' //&
566                                 'radiation_scheme = "constant"'
567                CALL message( 'check_parameters', 'PA0408', 1, 2, 0, 6, 0 )
568             ELSE
569                dopr_index(var_count) = 103
570                dopr_unit  = 'W/m2'
571                hom(:,2,103,:)  = SPREAD( zw, 2, statistic_regions+1 )
572                unit = dopr_unit   
573             ENDIF
574
575          CASE ( 'rad_sw_in' )
576             IF ( (  .NOT. radiation )  .OR.  radiation_scheme == 'constant' ) &
577             THEN
578                message_string = 'data_output_pr = ' //                        &
579                                 TRIM( data_output_pr(var_count) ) // ' is' // &
580                                 'not available for radiation = .FALSE. or ' //&
581                                 'radiation_scheme = "constant"'
582                CALL message( 'check_parameters', 'PA0408', 1, 2, 0, 6, 0 )
583             ELSE
584                dopr_index(var_count) = 104
585                dopr_unit  = 'W/m2'
586                hom(:,2,104,:)  = SPREAD( zw, 2, statistic_regions+1 )
587                unit = dopr_unit
588             ENDIF
589
590          CASE ( 'rad_sw_out')
591             IF ( (  .NOT.  radiation )  .OR.  radiation_scheme == 'constant' )&
592             THEN
593                message_string = 'data_output_pr = ' //                        &
594                                 TRIM( data_output_pr(var_count) ) // ' is' // &
595                                 'not available for radiation = .FALSE. or ' //&
596                                 'radiation_scheme = "constant"'
597                CALL message( 'check_parameters', 'PA0408', 1, 2, 0, 6, 0 )
598             ELSE
599                dopr_index(var_count) = 105
600                dopr_unit  = 'W/m2'
601                hom(:,2,105,:)  = SPREAD( zw, 2, statistic_regions+1 )
602                unit = dopr_unit
603             ENDIF
604
605          CASE ( 'rad_lw_cs_hr' )
606             IF ( (  .NOT.  radiation )  .OR.  radiation_scheme /= 'rrtmg' )   &
607             THEN
608                message_string = 'data_output_pr = ' //                        &
609                                 TRIM( data_output_pr(var_count) ) // ' is' // &
610                                 'not available for radiation = .FALSE. or ' //&
611                                 'radiation_scheme /= "rrtmg"'
612                CALL message( 'check_parameters', 'PA0413', 1, 2, 0, 6, 0 )
613             ELSE
614                dopr_index(var_count) = 106
615                dopr_unit  = 'K/h'
616                hom(:,2,106,:)  = SPREAD( zu, 2, statistic_regions+1 )
617                unit = dopr_unit
618             ENDIF
619
620          CASE ( 'rad_lw_hr' )
621             IF ( (  .NOT.  radiation )  .OR.  radiation_scheme /= 'rrtmg' )   &
622             THEN
623                message_string = 'data_output_pr = ' //                        &
624                                 TRIM( data_output_pr(var_count) ) // ' is' // &
625                                 'not available for radiation = .FALSE. or ' //&
626                                 'radiation_scheme /= "rrtmg"'
627                CALL message( 'check_parameters', 'PA0413', 1, 2, 0, 6, 0 )
628             ELSE
629                dopr_index(var_count) = 107
630                dopr_unit  = 'K/h'
631                hom(:,2,107,:)  = SPREAD( zu, 2, statistic_regions+1 )
632                unit = dopr_unit
633             ENDIF
634
635          CASE ( 'rad_sw_cs_hr' )
636             IF ( (  .NOT.  radiation )  .OR.  radiation_scheme /= 'rrtmg' )   &
637             THEN
638                message_string = 'data_output_pr = ' //                        &
639                                 TRIM( data_output_pr(var_count) ) // ' is' // &
640                                 'not available for radiation = .FALSE. or ' //&
641                                 'radiation_scheme /= "rrtmg"'
642                CALL message( 'check_parameters', 'PA0413', 1, 2, 0, 6, 0 )
643             ELSE
644                dopr_index(var_count) = 108
645                dopr_unit  = 'K/h'
646                hom(:,2,108,:)  = SPREAD( zu, 2, statistic_regions+1 )
647                unit = dopr_unit
648             ENDIF
649
650          CASE ( 'rad_sw_hr' )
651             IF ( (  .NOT.  radiation )  .OR.  radiation_scheme /= 'rrtmg' )   &
652             THEN
653                message_string = 'data_output_pr = ' //                        &
654                                 TRIM( data_output_pr(var_count) ) // ' is' // &
655                                 'not available for radiation = .FALSE. or ' //&
656                                 'radiation_scheme /= "rrtmg"'
657                CALL message( 'check_parameters', 'PA0413', 1, 2, 0, 6, 0 )
658             ELSE
659                dopr_index(var_count) = 109
660                dopr_unit  = 'K/h'
661                hom(:,2,109,:)  = SPREAD( zu, 2, statistic_regions+1 )
662                unit = dopr_unit
663             ENDIF
664
665
666          CASE DEFAULT
667             unit = 'illegal'
668
669       END SELECT
670
671
672    END SUBROUTINE radiation_check_data_output_pr
673 
674 
675!------------------------------------------------------------------------------!
676! Description:
677! ------------
678!> Check parameters routine for radiation model
679!------------------------------------------------------------------------------!
680    SUBROUTINE radiation_check_parameters
681
682       USE control_parameters,                                                 &
683           ONLY: message_string, topography
684                 
685   
686       IMPLICIT NONE
687
688       IF ( radiation_scheme /= 'constant'   .AND.                             &
689            radiation_scheme /= 'clear-sky'  .AND.                             &
690            radiation_scheme /= 'rrtmg' )  THEN
691          message_string = 'unknown radiation_scheme = '//                     &
692                           TRIM( radiation_scheme )
693          CALL message( 'check_parameters', 'PA0405', 1, 2, 0, 6, 0 )
694       ELSEIF ( radiation_scheme == 'rrtmg' )  THEN
695#if ! defined ( __rrtmg )
696          message_string = 'radiation_scheme = "rrtmg" requires ' //           & 
697                           'compilation of PALM with pre-processor ' //        &
698                           'directive -D__rrtmg'
699          CALL message( 'check_parameters', 'PA0407', 1, 2, 0, 6, 0 )
700#endif
701#if defined ( __rrtmg ) && ! defined( __netcdf )
702          message_string = 'radiation_scheme = "rrtmg" requires ' //           & 
703                           'the use of NetCDF (preprocessor directive ' //     &
704                           '-D__netcdf'
705          CALL message( 'check_parameters', 'PA0412', 1, 2, 0, 6, 0 )
706#endif
707
708       ENDIF
709
710       IF ( albedo_type == 0  .AND.  albedo == 9999999.9_wp  .AND.             &
711            radiation_scheme == 'clear-sky')  THEN
712          message_string = 'radiation_scheme = "clear-sky" in combination' //  & 
713                           'with albedo_type = 0 requires setting of albedo'// &
714                           ' /= 9999999.9'
715          CALL message( 'check_parameters', 'PA0410', 1, 2, 0, 6, 0 )
716       ENDIF
717
718       IF ( albedo_type == 0  .AND.  radiation_scheme == 'rrtmg'  .AND.        &
719          (    albedo_lw_dif == 9999999.9_wp .OR. albedo_lw_dir == 9999999.9_wp&
720          .OR. albedo_sw_dif == 9999999.9_wp .OR. albedo_sw_dir == 9999999.9_wp& 
721          ) ) THEN
722          message_string = 'radiation_scheme = "rrtmg" in combination' //      & 
723                           'with albedo_type = 0 requires setting of ' //      &
724                           'albedo_lw_dif /= 9999999.9' //                     &
725                           'albedo_lw_dir /= 9999999.9' //                     &
726                           'albedo_sw_dif /= 9999999.9 and' //                 &
727                           'albedo_sw_dir /= 9999999.9'
728          CALL message( 'check_parameters', 'PA0411', 1, 2, 0, 6, 0 )
729       ENDIF
730
731       IF ( topography /= 'flat' )  THEN
732          message_string = 'radiation scheme cannot be used ' //               & 
733                           'in combination with  topography /= "flat"'
734          CALL message( 'check_parameters', 'PA0414', 1, 2, 0, 6, 0 )
735       ENDIF
736 
737    END SUBROUTINE radiation_check_parameters
738 
739 
740!------------------------------------------------------------------------------!
741! Description:
742! ------------
743!> Initialization of the radiation model
744!------------------------------------------------------------------------------!
745    SUBROUTINE radiation_init
746   
747       IMPLICIT NONE
748
749!
750!--    Allocate array for storing the surface net radiation
751       IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_net ) )  THEN
752          ALLOCATE ( rad_net(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
753          rad_net = 0.0_wp
754       ENDIF
755
756!
757!--    Allocate array for storing the surface net radiation
758       IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_lw_out_change_0 ) )  THEN
759          ALLOCATE ( rad_lw_out_change_0(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
760          rad_lw_out_change_0 = 0.0_wp
761       ENDIF
762
763!
764!--    Fix net radiation in case of radiation_scheme = 'constant'
765       IF ( radiation_scheme == 'constant' )  THEN
766          rad_net = net_radiation
767!          radiation = .FALSE.
768!
769!--    Calculate orbital constants
770       ELSE
771          decl_1 = SIN(23.45_wp * pi / 180.0_wp)
772          decl_2 = 2.0_wp * pi / 365.0_wp
773          decl_3 = decl_2 * 81.0_wp
774          lat    = phi * pi / 180.0_wp
775          lon    = lambda * pi / 180.0_wp
776       ENDIF
777
778
779       IF ( radiation_scheme == 'constant' )  THEN
780
781          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_lw_out ) )  THEN
782             ALLOCATE ( rad_lw_out(0:0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
783          ENDIF
784
785       ENDIF
786
787       IF ( radiation_scheme == 'clear-sky' )  THEN
788
789          ALLOCATE ( alpha(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
790
791          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_sw_in ) )  THEN
792             ALLOCATE ( rad_sw_in(0:0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
793          ENDIF
794          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_sw_out ) )  THEN
795             ALLOCATE ( rad_sw_out(0:0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
796          ENDIF
797
798          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_sw_in_av ) )  THEN
799             ALLOCATE ( rad_sw_in_av(0:0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
800          ENDIF
801          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_sw_out_av ) )  THEN
802             ALLOCATE ( rad_sw_out_av(0:0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
803          ENDIF
804
805          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_lw_in ) )  THEN
806             ALLOCATE ( rad_lw_in(0:0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
807          ENDIF
808
809          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_lw_in_av ) )  THEN
810             ALLOCATE ( rad_lw_in_av(0:0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
811          ENDIF
812          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_lw_out_av ) )  THEN
813             ALLOCATE ( rad_lw_out_av(0:0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
814          ENDIF
815
816          rad_sw_in  = 0.0_wp
817          rad_sw_out = 0.0_wp
818          rad_lw_in  = 0.0_wp
819          rad_lw_out = 0.0_wp
820
821!
822!--       Overwrite albedo if manually set in parameter file
823          IF ( albedo_type /= 0 .AND. albedo == 9999999.9_wp )  THEN
824             albedo = albedo_pars(2,albedo_type)
825          ENDIF
826   
827          alpha = albedo
828 
829!
830!--    Initialization actions for RRTMG
831       ELSEIF ( radiation_scheme == 'rrtmg' )  THEN
832#if defined ( __rrtmg )
833!
834!--       Allocate albedos
835          ALLOCATE ( rrtm_aldif(0:0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
836          ALLOCATE ( rrtm_aldir(0:0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
837          ALLOCATE ( rrtm_asdif(0:0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
838          ALLOCATE ( rrtm_asdir(0:0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
839          ALLOCATE ( aldif(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
840          ALLOCATE ( aldir(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
841          ALLOCATE ( asdif(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
842          ALLOCATE ( asdir(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
843
844          IF ( albedo_type /= 0 )  THEN
845             IF ( albedo_lw_dif == 9999999.9_wp )  THEN
846                albedo_lw_dif = albedo_pars(0,albedo_type)
847                albedo_lw_dir = albedo_lw_dif
848             ENDIF
849             IF ( albedo_sw_dif == 9999999.9_wp )  THEN
850                albedo_sw_dif = albedo_pars(1,albedo_type)
851                albedo_sw_dir = albedo_sw_dif
852             ENDIF
853          ENDIF
854
855          aldif(:,:) = albedo_lw_dif
856          aldir(:,:) = albedo_lw_dir
857          asdif(:,:) = albedo_sw_dif
858          asdir(:,:) = albedo_sw_dir
859!
860!--       Calculate initial values of current (cosine of) the zenith angle and
861!--       whether the sun is up
862          CALL calc_zenith     
863!
864!--       Calculate initial surface albedo
865          IF ( .NOT. constant_albedo )  THEN
866             CALL calc_albedo
867          ELSE
868             rrtm_aldif(0,:,:) = aldif(:,:)
869             rrtm_aldir(0,:,:) = aldir(:,:)
870             rrtm_asdif(0,:,:) = asdif(:,:) 
871             rrtm_asdir(0,:,:) = asdir(:,:)   
872          ENDIF
873
874!
875!--       Allocate surface emissivity
876          ALLOCATE ( rrtm_emis(0:0,1:nbndlw+1) )
877          rrtm_emis = emissivity
878
879!
880!--       Allocate 3d arrays of radiative fluxes and heating rates
881          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_sw_in ) )  THEN
882             ALLOCATE ( rad_sw_in(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
883             rad_sw_in = 0.0_wp
884          ENDIF
885
886          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_sw_in_av ) )  THEN
887             ALLOCATE ( rad_sw_in_av(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
888          ENDIF
889
890          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_sw_out ) )  THEN
891             ALLOCATE ( rad_sw_out(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
892             rad_sw_out = 0.0_wp
893          ENDIF
894
895          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_sw_out_av ) )  THEN
896             ALLOCATE ( rad_sw_out_av(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
897          ENDIF
898
899          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_sw_hr ) )  THEN
900             ALLOCATE ( rad_sw_hr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
901             rad_sw_hr = 0.0_wp
902          ENDIF
903
904          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_sw_hr_av ) )  THEN
905             ALLOCATE ( rad_sw_hr_av(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
906             rad_sw_hr_av = 0.0_wp
907          ENDIF
908
909          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_sw_cs_hr ) )  THEN
910             ALLOCATE ( rad_sw_cs_hr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
911             rad_sw_cs_hr = 0.0_wp
912          ENDIF
913
914          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_sw_cs_hr_av ) )  THEN
915             ALLOCATE ( rad_sw_cs_hr_av(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
916             rad_sw_cs_hr_av = 0.0_wp
917          ENDIF
918
919          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_lw_in ) )  THEN
920             ALLOCATE ( rad_lw_in(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
921             rad_lw_in     = 0.0_wp
922          ENDIF
923
924          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_lw_in_av ) )  THEN
925             ALLOCATE ( rad_lw_in_av(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
926          ENDIF
927
928          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_lw_out ) )  THEN
929             ALLOCATE ( rad_lw_out(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
930            rad_lw_out    = 0.0_wp
931          ENDIF
932
933          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_lw_out_av ) )  THEN
934             ALLOCATE ( rad_lw_out_av(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
935          ENDIF
936
937          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_lw_hr ) )  THEN
938             ALLOCATE ( rad_lw_hr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
939             rad_lw_hr = 0.0_wp
940          ENDIF
941
942          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_lw_hr_av ) )  THEN
943             ALLOCATE ( rad_lw_hr_av(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
944             rad_lw_hr_av = 0.0_wp
945          ENDIF
946
947          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_lw_cs_hr ) )  THEN
948             ALLOCATE ( rad_lw_cs_hr(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
949             rad_lw_cs_hr = 0.0_wp
950          ENDIF
951
952          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_lw_cs_hr_av ) )  THEN
953             ALLOCATE ( rad_lw_cs_hr_av(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
954             rad_lw_cs_hr_av = 0.0_wp
955          ENDIF
956
957          ALLOCATE ( rad_sw_cs_in(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
958          ALLOCATE ( rad_sw_cs_out(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
959          rad_sw_cs_in  = 0.0_wp
960          rad_sw_cs_out = 0.0_wp
961
962          ALLOCATE ( rad_lw_cs_in(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
963          ALLOCATE ( rad_lw_cs_out(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
964          rad_lw_cs_in  = 0.0_wp
965          rad_lw_cs_out = 0.0_wp
966
967!
968!--       Allocate dummy array for storing surface temperature
969          ALLOCATE ( rrtm_tsfc(1) )
970
971!
972!--       Initialize RRTMG
973          IF ( lw_radiation )  CALL rrtmg_lw_ini ( cp )
974          IF ( sw_radiation )  CALL rrtmg_sw_ini ( cp )
975
976!
977!--       Set input files for RRTMG
978          INQUIRE(FILE="RAD_SND_DATA", EXIST=snd_exists) 
979          IF ( .NOT. snd_exists )  THEN
980             rrtm_input_file = "rrtmg_lw.nc"
981          ENDIF
982
983!
984!--       Read vertical layers for RRTMG from sounding data
985!--       The routine provides nzt_rad, hyp_snd(1:nzt_rad),
986!--       t_snd(nzt+2:nzt_rad), rrtm_play(1:nzt_rad), rrtm_plev(1_nzt_rad+1),
987!--       rrtm_tlay(nzt+2:nzt_rad), rrtm_tlev(nzt+2:nzt_rad+1)
988          CALL read_sounding_data
989
990!
991!--       Read trace gas profiles from file. This routine provides
992!--       the rrtm_ arrays (1:nzt_rad+1)
993          CALL read_trace_gas_data
994#endif
995       ENDIF
996
997!
998!--    Perform user actions if required
999       CALL user_init_radiation
1000
1001!
1002!--    Calculate radiative fluxes at model start
1003       IF (  TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
1004
1005          SELECT CASE ( radiation_scheme )
1006             CASE ( 'rrtmg' )
1007                CALL radiation_rrtmg
1008             CASE ( 'clear-sky' )
1009                CALL radiation_clearsky
1010             CASE ( 'constant' )
1011                CALL radiation_constant
1012             CASE DEFAULT
1013          END SELECT
1014
1015       ENDIF
1016
1017       RETURN
1018
1019    END SUBROUTINE radiation_init
1020
1021
1022!------------------------------------------------------------------------------!
1023! Description:
1024! ------------
1025!> A simple clear sky radiation model
1026!------------------------------------------------------------------------------!
1027    SUBROUTINE radiation_clearsky
1028
1029
1030       IMPLICIT NONE
1031
1032       INTEGER(iwp) :: i, j, k   !< loop indices
1033       REAL(wp)     :: exn,   &  !< Exner functions at surface
1034                       exn1,  &  !< Exner functions at first grid level
1035                       pt1       !< potential temperature at first grid level
1036
1037!
1038!--    Calculate current zenith angle
1039       CALL calc_zenith
1040
1041!
1042!--    Calculate sky transmissivity
1043       sky_trans = 0.6_wp + 0.2_wp * zenith(0)
1044
1045!
1046!--    Calculate value of the Exner function
1047       exn = (surface_pressure / 1000.0_wp )**0.286_wp
1048!
1049!--    Calculate radiation fluxes and net radiation (rad_net) for each grid
1050!--    point
1051       DO i = nxlg, nxrg
1052          DO j = nysg, nyng
1053             k = nzb_s_inner(j,i)
1054
1055             exn1 = (hyp(k+1) / 100000.0_wp )**0.286_wp
1056
1057             rad_sw_in(0,j,i)  = solar_constant * sky_trans * zenith(0)
1058             rad_sw_out(0,j,i) = alpha(j,i) * rad_sw_in(0,j,i)
1059             rad_lw_out(0,j,i) = emissivity * sigma_sb * (pt(k,j,i) * exn)**4
1060
1061             IF ( cloud_physics )  THEN
1062                pt1 = pt(k+1,j,i) + l_d_cp / exn1 * ql(k+1,j,i)
1063                rad_lw_in(0,j,i)  = 0.8_wp * sigma_sb * (pt1 * exn1)**4
1064             ELSE
1065                rad_lw_in(0,j,i)  = 0.8_wp * sigma_sb * (pt(k+1,j,i) * exn1)**4
1066             ENDIF
1067
1068             rad_net(j,i) = rad_sw_in(0,j,i) - rad_sw_out(0,j,i)               &
1069                            + rad_lw_in(0,j,i) - rad_lw_out(0,j,i)
1070
1071          ENDDO
1072       ENDDO
1073
1074    END SUBROUTINE radiation_clearsky
1075
1076
1077!------------------------------------------------------------------------------!
1078! Description:
1079! ------------
1080!> This scheme keeps the prescribed net radiation constant during the run
1081!------------------------------------------------------------------------------!
1082    SUBROUTINE radiation_constant
1083
1084
1085       IMPLICIT NONE
1086
1087       INTEGER(iwp) :: i, j, k   !< loop indices
1088       REAL(wp)     :: exn,   &  !< Exner functions at surface
1089                       pt1       !< potential temperature at first grid level
1090
1091!
1092!--    Calculate value of the Exner function
1093       exn = (surface_pressure / 1000.0_wp )**0.286_wp
1094!
1095!--    Prescribe net radiation and estimate a longwave outgoing radiative
1096!--    flux (needed in land surface model)
1097       DO i = nxlg, nxrg
1098          DO j = nysg, nyng
1099             k = nzb_s_inner(j,i)
1100
1101             rad_net(j,i)      = net_radiation
1102             rad_lw_out(0,j,i) = emissivity * sigma_sb * (pt(k,j,i) * exn)**4
1103
1104          ENDDO
1105       ENDDO
1106
1107    END SUBROUTINE radiation_constant
1108
1109!------------------------------------------------------------------------------!
1110! Description:
1111! ------------
1112!> Header output for radiation model
1113!------------------------------------------------------------------------------!
1114    SUBROUTINE radiation_header ( io )
1115
1116
1117       IMPLICIT NONE
1118 
1119       INTEGER(iwp), INTENT(IN) ::  io            !< Unit of the output file
1120   
1121
1122       
1123!
1124!--    Write radiation model header
1125       WRITE( io, 3 )
1126
1127       IF ( radiation_scheme == "constant" )  THEN
1128          WRITE( io, 4 ) net_radiation
1129       ELSEIF ( radiation_scheme == "clear-sky" )  THEN
1130          WRITE( io, 5 )
1131       ELSEIF ( radiation_scheme == "rrtmg" )  THEN
1132          WRITE( io, 6 )
1133          IF ( .NOT. lw_radiation )  WRITE( io, 10 )
1134          IF ( .NOT. sw_radiation )  WRITE( io, 11 )
1135       ENDIF
1136
1137       IF ( albedo_type == 0 )  THEN
1138          WRITE( io, 7 ) albedo
1139       ELSE
1140          WRITE( io, 8 ) TRIM( albedo_type_name(albedo_type) )
1141       ENDIF
1142       IF ( constant_albedo )  THEN
1143          WRITE( io, 9 )
1144       ENDIF
1145       
1146       IF ( radiation .AND. radiation_scheme /= 'constant' )  THEN
1147          WRITE ( io, 1 )  lambda
1148          WRITE ( io, 2 )  day_init, time_utc_init
1149       ENDIF
1150
1151       WRITE( io, 12 ) dt_radiation
1152 
1153
1154 1 FORMAT ('    Geograph. longitude            :   lambda = ',F4.1,' degr')
1155 2 FORMAT ('    Day of the year at model start :   day_init = ',I3   &
1156            /'    UTC time at model start        :   time_utc_init = ',F7.1' s')
1157 3 FORMAT (//' Radiation model information:'/                                  &
1158              ' ----------------------------'/)
1159 4 FORMAT ('    --> Using constant net radiation: net_radiation = ', F6.2,        &
1160           // 'W/m**2')
1161 5 FORMAT ('    --> Simple radiation scheme for clear sky is used (no clouds,',   &
1162                   ' default)')
1163 6 FORMAT ('    --> RRTMG scheme is used')
1164 7 FORMAT (/'    User-specific surface albedo: albedo =', F6.3)
1165 8 FORMAT (/'    Albedo is set for land surface type: ', A)
1166 9 FORMAT (/'    --> Albedo is fixed during the run')
116710 FORMAT (/'    --> Longwave radiation is disabled')
116811 FORMAT (/'    --> Shortwave radiation is disabled.')
116912 FORMAT  ('    Timestep: dt_radiation = ', F6.2, '  s')
1170
1171
1172    END SUBROUTINE radiation_header
1173   
1174
1175!------------------------------------------------------------------------------!
1176! Description:
1177! ------------
1178!> Parin for &radiation_par for radiation model
1179!------------------------------------------------------------------------------!
1180    SUBROUTINE radiation_parin
1181
1182
1183       IMPLICIT NONE
1184
1185       CHARACTER (LEN=80) ::  line  !< dummy string that contains the current line of the parameter file
1186       
1187       NAMELIST /radiation_par/   albedo, albedo_type, albedo_lw_dir,          &
1188                                  albedo_lw_dif, albedo_sw_dir, albedo_sw_dif, &
1189                                  constant_albedo, day_init, dt_radiation,     &
1190                                  lambda, lw_radiation, net_radiation,         &
1191                                  radiation_scheme, skip_time_do_radiation,    &
1192                                  sw_radiation, time_utc_init,                 &
1193                                  unscheduled_radiation_calls
1194       
1195       line = ' '
1196       
1197!
1198!--    Try to find radiation model package
1199       REWIND ( 11 )
1200       line = ' '
1201       DO   WHILE ( INDEX( line, '&radiation_par' ) == 0 )
1202          READ ( 11, '(A)', END=10 )  line
1203       ENDDO
1204       BACKSPACE ( 11 )
1205
1206!
1207!--    Read user-defined namelist
1208       READ ( 11, radiation_par )
1209
1210!
1211!--    Set flag that indicates that the radiation model is switched on
1212       radiation = .TRUE.
1213
1214 10    CONTINUE
1215       
1216
1217    END SUBROUTINE radiation_parin
1218
1219
1220!------------------------------------------------------------------------------!
1221! Description:
1222! ------------
1223!> Implementation of the RRTMG radiation_scheme
1224!------------------------------------------------------------------------------!
1225    SUBROUTINE radiation_rrtmg
1226
1227       USE indices,                                                            &
1228           ONLY:  nbgp
1229
1230       USE particle_attributes,                                                &
1231           ONLY:  grid_particles, number_of_particles, particles,              &
1232                  particle_advection_start, prt_count
1233
1234       IMPLICIT NONE
1235
1236#if defined ( __rrtmg )
1237
1238       INTEGER(iwp) :: i, j, k, n !< loop indices
1239
1240       REAL(wp)     ::  s_r2, &   !< weighted sum over all droplets with r^2
1241                        s_r3      !< weighted sum over all droplets with r^3
1242
1243!
1244!--    Calculate current (cosine of) zenith angle and whether the sun is up
1245       CALL calc_zenith     
1246!
1247!--    Calculate surface albedo
1248       IF ( .NOT. constant_albedo )  THEN
1249          CALL calc_albedo
1250       ENDIF
1251
1252!
1253!--    Prepare input data for RRTMG
1254
1255!
1256!--    In case of large scale forcing with surface data, calculate new pressure
1257!--    profile. nzt_rad might be modified by these calls and all required arrays
1258!--    will then be re-allocated
1259       IF ( large_scale_forcing  .AND.  lsf_surf )  THEN
1260          CALL read_sounding_data
1261          CALL read_trace_gas_data
1262       ENDIF
1263!
1264!--    Loop over all grid points
1265       DO i = nxl, nxr
1266          DO j = nys, nyn
1267
1268!
1269!--          Prepare profiles of temperature and H2O volume mixing ratio
1270             rrtm_tlev(0,nzb+1) = pt(nzb,j,i) * ( surface_pressure             &
1271                                                  / 1000.0_wp )**0.286_wp
1272
1273             DO k = nzb+1, nzt+1
1274                rrtm_tlay(0,k) = pt(k,j,i) * ( (hyp(k) ) / 100000.0_wp         &
1275                                 )**0.286_wp + l_d_cp * ql(k,j,i)
1276                rrtm_h2ovmr(0,k) = mol_mass_air_d_wv * (q(k,j,i) - ql(k,j,i))
1277
1278             ENDDO
1279
1280!
1281!--          Avoid temperature/humidity jumps at the top of the LES domain by
1282!--          linear interpolation from nzt+2 to nzt+7
1283             DO k = nzt+2, nzt+7
1284                rrtm_tlay(0,k) = rrtm_tlay(0,nzt+1)                            &
1285                              + ( rrtm_tlay(0,nzt+8) - rrtm_tlay(0,nzt+1) )    &
1286                              / ( rrtm_play(0,nzt+8) - rrtm_play(0,nzt+1) )    &
1287                              * ( rrtm_play(0,k) - rrtm_play(0,nzt+1) )
1288
1289                rrtm_h2ovmr(0,k) = rrtm_h2ovmr(0,nzt+1)                        &
1290                              + ( rrtm_h2ovmr(0,nzt+8) - rrtm_h2ovmr(0,nzt+1) )&
1291                              / ( rrtm_play(0,nzt+8)   - rrtm_play(0,nzt+1)   )&
1292                              * ( rrtm_play(0,k) - rrtm_play(0,nzt+1) )
1293
1294             ENDDO
1295
1296!--          Linear interpolate to zw grid
1297             DO k = nzb+2, nzt+8
1298                rrtm_tlev(0,k)   = rrtm_tlay(0,k-1) + (rrtm_tlay(0,k) -        &
1299                                   rrtm_tlay(0,k-1))                           &
1300                                   / ( rrtm_play(0,k) - rrtm_play(0,k-1) )     &
1301                                   * ( rrtm_plev(0,k) - rrtm_play(0,k-1) )
1302             ENDDO
1303
1304
1305!
1306!--          Calculate liquid water path and cloud fraction for each column.
1307!--          Note that LWP is required in g/m² instead of kg/kg m.
1308             rrtm_cldfr  = 0.0_wp
1309             rrtm_reliq  = 0.0_wp
1310             rrtm_cliqwp = 0.0_wp
1311             rrtm_icld   = 0
1312
1313             DO k = nzb+1, nzt+1
1314                rrtm_cliqwp(0,k) =  ql(k,j,i) * 1000.0_wp *                    &
1315                                    (rrtm_plev(0,k) - rrtm_plev(0,k+1))        &
1316                                    * 100.0_wp / g
1317
1318                IF ( rrtm_cliqwp(0,k) > 0.0_wp )  THEN
1319                   rrtm_cldfr(0,k) = 1.0_wp
1320                   IF ( rrtm_icld == 0 )  rrtm_icld = 1
1321
1322!
1323!--                Calculate cloud droplet effective radius
1324                   IF ( cloud_physics )  THEN
1325                      rrtm_reliq(0,k) = 1.0E6_wp * ( 3.0_wp * ql(k,j,i)        &
1326                                        * rho_surface                          &
1327                                        / ( 4.0_wp * pi * nc_const * rho_l )   &
1328                                        )**0.33333333333333_wp                 &
1329                                        * EXP( LOG( sigma_gc )**2 )
1330
1331                   ELSEIF ( cloud_droplets )  THEN
1332                      number_of_particles = prt_count(k,j,i)
1333
1334                      IF (number_of_particles <= 0)  CYCLE
1335                      particles => grid_particles(k,j,i)%particles(1:number_of_particles)
1336                      s_r2 = 0.0_wp
1337                      s_r3 = 0.0_wp
1338
1339                      DO  n = 1, number_of_particles
1340                         IF ( particles(n)%particle_mask )  THEN
1341                            s_r2 = s_r2 + particles(n)%radius**2 * &
1342                                   particles(n)%weight_factor
1343                            s_r3 = s_r3 + particles(n)%radius**3 * &
1344                                   particles(n)%weight_factor
1345                         ENDIF
1346                      ENDDO
1347
1348                      IF ( s_r2 > 0.0_wp )  rrtm_reliq(0,k) = s_r3 / s_r2
1349
1350                   ENDIF
1351
1352!
1353!--                Limit effective radius
1354                   IF ( rrtm_reliq(0,k) > 0.0_wp )  THEN
1355                      rrtm_reliq(0,k) = MAX(rrtm_reliq(0,k),2.5_wp)
1356                      rrtm_reliq(0,k) = MIN(rrtm_reliq(0,k),60.0_wp)
1357                  ENDIF
1358                ENDIF
1359             ENDDO
1360
1361!
1362!--          Set surface temperature
1363             rrtm_tsfc = pt(nzb,j,i) * (surface_pressure / 1000.0_wp )**0.286_wp
1364
1365             IF ( lw_radiation )  THEN
1366               CALL rrtmg_lw( 1, nzt_rad      , rrtm_icld    , rrtm_idrv      ,&
1367               rrtm_play       , rrtm_plev    , rrtm_tlay    , rrtm_tlev      ,&
1368               rrtm_tsfc       , rrtm_h2ovmr  , rrtm_o3vmr   , rrtm_co2vmr    ,&
1369               rrtm_ch4vmr     , rrtm_n2ovmr  , rrtm_o2vmr   , rrtm_cfc11vmr  ,&
1370               rrtm_cfc12vmr   , rrtm_cfc22vmr, rrtm_ccl4vmr , rrtm_emis      ,&
1371               rrtm_inflglw    , rrtm_iceflglw, rrtm_liqflglw, rrtm_cldfr     ,&
1372               rrtm_lw_taucld  , rrtm_cicewp  , rrtm_cliqwp  , rrtm_reice     ,& 
1373               rrtm_reliq      , rrtm_lw_tauaer,                               &
1374               rrtm_lwuflx     , rrtm_lwdflx  , rrtm_lwhr  ,                   &
1375               rrtm_lwuflxc    , rrtm_lwdflxc , rrtm_lwhrc ,                   &
1376               rrtm_lwuflx_dt  ,  rrtm_lwuflxc_dt )
1377
1378!
1379!--             Save fluxes
1380                DO k = nzb, nzt+1
1381                   rad_lw_in(k,j,i)  = rrtm_lwdflx(0,k)
1382                   rad_lw_out(k,j,i) = rrtm_lwuflx(0,k)
1383                ENDDO
1384
1385!
1386!--             Save heating rates (convert from K/d to K/h)
1387                DO k = nzb+1, nzt+1
1388                   rad_lw_hr(k,j,i)     = rrtm_lwhr(0,k)  * d_hours_day
1389                   rad_lw_cs_hr(k,j,i)  = rrtm_lwhrc(0,k) * d_hours_day
1390                ENDDO
1391
1392!
1393!--             Save change in LW heating rate
1394                rad_lw_out_change_0(j,i) = rrtm_lwuflx_dt(0,nzb)
1395
1396             ENDIF
1397
1398             IF ( sw_radiation .AND. sun_up )  THEN
1399                CALL rrtmg_sw( 1, nzt_rad      , rrtm_icld  , rrtm_iaer       ,&
1400               rrtm_play       , rrtm_plev    , rrtm_tlay  , rrtm_tlev        ,&
1401               rrtm_tsfc       , rrtm_h2ovmr  , rrtm_o3vmr , rrtm_co2vmr      ,&
1402               rrtm_ch4vmr     , rrtm_n2ovmr  , rrtm_o2vmr , rrtm_asdir(:,j,i),&
1403               rrtm_asdif(:,j,i), rrtm_aldir(:,j,i), rrtm_aldif(:,j,i), zenith,&
1404               0.0_wp          , day          , solar_constant,   rrtm_inflgsw,&
1405               rrtm_iceflgsw   , rrtm_liqflgsw, rrtm_cldfr , rrtm_sw_taucld   ,&
1406               rrtm_sw_ssacld  , rrtm_sw_asmcld, rrtm_sw_fsfcld, rrtm_cicewp  ,&
1407               rrtm_cliqwp     , rrtm_reice   , rrtm_reliq , rrtm_sw_tauaer   ,&
1408               rrtm_sw_ssaaer     , rrtm_sw_asmaer  , rrtm_sw_ecaer ,          &
1409               rrtm_swuflx     , rrtm_swdflx  , rrtm_swhr  ,                   &
1410               rrtm_swuflxc    , rrtm_swdflxc , rrtm_swhrc )
1411 
1412!
1413!--             Save fluxes
1414                DO k = nzb, nzt+1
1415                   rad_sw_in(k,j,i)  = rrtm_swdflx(0,k)
1416                   rad_sw_out(k,j,i) = rrtm_swuflx(0,k)
1417                ENDDO
1418
1419!
1420!--             Save heating rates (convert from K/d to K/s)
1421                DO k = nzb+1, nzt+1
1422                   rad_sw_hr(k,j,i)     = rrtm_swhr(0,k)  * d_hours_day
1423                   rad_sw_cs_hr(k,j,i)  = rrtm_swhrc(0,k) * d_hours_day
1424                ENDDO
1425
1426             ENDIF
1427
1428!
1429!--          Calculate surface net radiation
1430             rad_net(j,i) = rad_sw_in(nzb,j,i) - rad_sw_out(nzb,j,i)           &
1431                            + rad_lw_in(nzb,j,i) - rad_lw_out(nzb,j,i)
1432
1433          ENDDO
1434       ENDDO
1435
1436       CALL exchange_horiz( rad_lw_in,  nbgp )
1437       CALL exchange_horiz( rad_lw_out, nbgp )
1438       CALL exchange_horiz( rad_lw_hr,    nbgp )
1439       CALL exchange_horiz( rad_lw_cs_hr, nbgp )
1440
1441       CALL exchange_horiz( rad_sw_in,  nbgp )
1442       CALL exchange_horiz( rad_sw_out, nbgp ) 
1443       CALL exchange_horiz( rad_sw_hr,    nbgp )
1444       CALL exchange_horiz( rad_sw_cs_hr, nbgp )
1445
1446       CALL exchange_horiz_2d( rad_net, nbgp )
1447       CALL exchange_horiz_2d( rad_lw_out_change_0, nbgp )
1448#endif
1449
1450    END SUBROUTINE radiation_rrtmg
1451
1452
1453!------------------------------------------------------------------------------!
1454! Description:
1455! ------------
1456!> Calculate the cosine of the zenith angle (variable is called zenith)
1457!------------------------------------------------------------------------------!
1458    SUBROUTINE calc_zenith
1459
1460       IMPLICIT NONE
1461
1462       REAL(wp) ::  declination,  & !< solar declination angle
1463                    hour_angle      !< solar hour angle
1464!
1465!--    Calculate current day and time based on the initial values and simulation
1466!--    time
1467       day = day_init + INT(FLOOR( (time_utc_init + time_since_reference_point)    &
1468                               / 86400.0_wp ), KIND=iwp)
1469       time_utc = MOD((time_utc_init + time_since_reference_point), 86400.0_wp)
1470
1471
1472!
1473!--    Calculate solar declination and hour angle   
1474       declination = ASIN( decl_1 * SIN(decl_2 * REAL(day, KIND=wp) - decl_3) )
1475       hour_angle  = 2.0_wp * pi * (time_utc / 86400.0_wp) + lon - pi
1476
1477!
1478!--    Calculate zenith angle
1479       zenith(0) = SIN(lat) * SIN(declination) + COS(lat) * COS(declination)      &
1480                                            * COS(hour_angle)
1481       zenith(0) = MAX(0.0_wp,zenith(0))
1482
1483!
1484!--    Check if the sun is up (otheriwse shortwave calculations can be skipped)
1485       IF ( zenith(0) > 0.0_wp )  THEN
1486          sun_up = .TRUE.
1487       ELSE
1488          sun_up = .FALSE.
1489       END IF
1490
1491    END SUBROUTINE calc_zenith
1492
1493#if defined ( __rrtmg ) && defined ( __netcdf )
1494!------------------------------------------------------------------------------!
1495! Description:
1496! ------------
1497!> Calculates surface albedo components based on Briegleb (1992) and
1498!> Briegleb et al. (1986)
1499!------------------------------------------------------------------------------!
1500    SUBROUTINE calc_albedo
1501
1502        IMPLICIT NONE
1503
1504        IF ( sun_up )  THEN
1505!
1506!--        Ocean
1507           IF ( albedo_type == 1 )  THEN
1508              rrtm_aldir(0,:,:) = 0.026_wp / ( zenith(0)**1.7_wp + 0.065_wp )  &
1509                                  + 0.15_wp * ( zenith(0) - 0.1_wp )           &
1510                                            * ( zenith(0) - 0.5_wp )           &
1511                                            * ( zenith(0) - 1.0_wp )
1512              rrtm_asdir(0,:,:) = rrtm_aldir(0,:,:)
1513!
1514!--        Snow
1515           ELSEIF ( albedo_type == 16 )  THEN
1516              IF ( zenith(0) < 0.5_wp )  THEN
1517                 rrtm_aldir(0,:,:) = 0.5_wp * (1.0_wp - aldif)                 &
1518                                     * ( 3.0_wp / (1.0_wp + 4.0_wp             &
1519                                     * zenith(0))) - 1.0_wp
1520                 rrtm_asdir(0,:,:) = 0.5_wp * (1.0_wp - asdif)                 &
1521                                     * ( 3.0_wp / (1.0_wp + 4.0_wp             &
1522                                     * zenith(0))) - 1.0_wp
1523
1524                 rrtm_aldir(0,:,:) = MIN(0.98_wp, rrtm_aldir(0,:,:))
1525                 rrtm_asdir(0,:,:) = MIN(0.98_wp, rrtm_asdir(0,:,:))
1526              ELSE
1527                 rrtm_aldir(0,:,:) = aldif
1528                 rrtm_asdir(0,:,:) = asdif
1529              ENDIF
1530!
1531!--        Sea ice
1532           ELSEIF ( albedo_type == 15 )  THEN
1533                 rrtm_aldir(0,:,:) = aldif
1534                 rrtm_asdir(0,:,:) = asdif
1535
1536!
1537!--        Asphalt
1538           ELSEIF ( albedo_type == 17 )  THEN
1539                 rrtm_aldir(0,:,:) = aldif
1540                 rrtm_asdir(0,:,:) = asdif
1541!
1542!--        Land surfaces
1543           ELSE
1544              SELECT CASE ( albedo_type )
1545
1546!
1547!--              Surface types with strong zenith dependence
1548                 CASE ( 1, 2, 3, 4, 11, 12, 13 )
1549                    rrtm_aldir(0,:,:) = aldif * 1.4_wp /                       &
1550                                        (1.0_wp + 0.8_wp * zenith(0))
1551                    rrtm_asdir(0,:,:) = asdif * 1.4_wp /                       &
1552                                        (1.0_wp + 0.8_wp * zenith(0))
1553!
1554!--              Surface types with weak zenith dependence
1555                 CASE ( 5, 6, 7, 8, 9, 10, 14 )
1556                    rrtm_aldir(0,:,:) = aldif * 1.1_wp /                       &
1557                                        (1.0_wp + 0.2_wp * zenith(0))
1558                    rrtm_asdir(0,:,:) = asdif * 1.1_wp /                       &
1559                                        (1.0_wp + 0.2_wp * zenith(0))
1560
1561                 CASE DEFAULT
1562
1563              END SELECT
1564           ENDIF
1565!
1566!--        Diffusive albedo is taken from Table 2
1567           rrtm_aldif(0,:,:) = aldif
1568           rrtm_asdif(0,:,:) = asdif
1569
1570        ELSE
1571
1572           rrtm_aldir(0,:,:) = 0.0_wp
1573           rrtm_asdir(0,:,:) = 0.0_wp
1574           rrtm_aldif(0,:,:) = 0.0_wp
1575           rrtm_asdif(0,:,:) = 0.0_wp
1576        ENDIF
1577    END SUBROUTINE calc_albedo
1578
1579!------------------------------------------------------------------------------!
1580! Description:
1581! ------------
1582!> Read sounding data (pressure and temperature) from RADIATION_DATA.
1583!------------------------------------------------------------------------------!
1584    SUBROUTINE read_sounding_data
1585
1586       IMPLICIT NONE
1587
1588       INTEGER(iwp) :: id,           & !< NetCDF id of input file
1589                       id_dim_zrad,  & !< pressure level id in the NetCDF file
1590                       id_var,       & !< NetCDF variable id
1591                       k,            & !< loop index
1592                       nz_snd,       & !< number of vertical levels in the sounding data
1593                       nz_snd_start, & !< start vertical index for sounding data to be used
1594                       nz_snd_end      !< end vertical index for souding data to be used
1595
1596       REAL(wp) :: t_surface           !< actual surface temperature
1597
1598       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  hyp_snd_tmp, & !< temporary hydrostatic pressure profile (sounding)
1599                                               t_snd_tmp      !< temporary temperature profile (sounding)
1600
1601!
1602!--    In case of updates, deallocate arrays first (sufficient to check one
1603!--    array as the others are automatically allocated). This is required
1604!--    because nzt_rad might change during the update
1605       IF ( ALLOCATED ( hyp_snd ) )  THEN
1606          DEALLOCATE( hyp_snd )
1607          DEALLOCATE( t_snd )
1608          DEALLOCATE( q_snd  )
1609          DEALLOCATE ( rrtm_play )
1610          DEALLOCATE ( rrtm_plev )
1611          DEALLOCATE ( rrtm_tlay )
1612          DEALLOCATE ( rrtm_tlev )
1613
1614          DEALLOCATE ( rrtm_h2ovmr )
1615          DEALLOCATE ( rrtm_cicewp )
1616          DEALLOCATE ( rrtm_cldfr )
1617          DEALLOCATE ( rrtm_cliqwp )
1618          DEALLOCATE ( rrtm_reice )
1619          DEALLOCATE ( rrtm_reliq )
1620          DEALLOCATE ( rrtm_lw_taucld )
1621          DEALLOCATE ( rrtm_lw_tauaer )
1622
1623          DEALLOCATE ( rrtm_lwdflx  )
1624          DEALLOCATE ( rrtm_lwdflxc )
1625          DEALLOCATE ( rrtm_lwuflx  )
1626          DEALLOCATE ( rrtm_lwuflxc )
1627          DEALLOCATE ( rrtm_lwuflx_dt )
1628          DEALLOCATE ( rrtm_lwuflxc_dt )
1629          DEALLOCATE ( rrtm_lwhr  )
1630          DEALLOCATE ( rrtm_lwhrc )
1631
1632          DEALLOCATE ( rrtm_sw_taucld )
1633          DEALLOCATE ( rrtm_sw_ssacld )
1634          DEALLOCATE ( rrtm_sw_asmcld )
1635          DEALLOCATE ( rrtm_sw_fsfcld )
1636          DEALLOCATE ( rrtm_sw_tauaer )
1637          DEALLOCATE ( rrtm_sw_ssaaer )
1638          DEALLOCATE ( rrtm_sw_asmaer ) 
1639          DEALLOCATE ( rrtm_sw_ecaer )   
1640 
1641          DEALLOCATE ( rrtm_swdflx  )
1642          DEALLOCATE ( rrtm_swdflxc )
1643          DEALLOCATE ( rrtm_swuflx  )
1644          DEALLOCATE ( rrtm_swuflxc )
1645          DEALLOCATE ( rrtm_swhr  )
1646          DEALLOCATE ( rrtm_swhrc )
1647
1648       ENDIF
1649
1650!
1651!--    Open file for reading
1652       nc_stat = NF90_OPEN( rrtm_input_file, NF90_NOWRITE, id )
1653       CALL netcdf_handle_error_rad( 'read_sounding_data', 549 )
1654
1655!
1656!--    Inquire dimension of z axis and save in nz_snd
1657       nc_stat = NF90_INQ_DIMID( id, "Pressure", id_dim_zrad )
1658       nc_stat = NF90_INQUIRE_DIMENSION( id, id_dim_zrad, len = nz_snd )
1659       CALL netcdf_handle_error_rad( 'read_sounding_data', 551 )
1660
1661!
1662! !--    Allocate temporary array for storing pressure data
1663       ALLOCATE( hyp_snd_tmp(1:nz_snd) )
1664       hyp_snd_tmp = 0.0_wp
1665
1666
1667!--    Read pressure from file
1668       nc_stat = NF90_INQ_VARID( id, "Pressure", id_var )
1669       nc_stat = NF90_GET_VAR( id, id_var, hyp_snd_tmp(:), start = (/1/),      &
1670                               count = (/nz_snd/) )
1671       CALL netcdf_handle_error_rad( 'read_sounding_data', 552 )
1672
1673!
1674!--    Allocate temporary array for storing temperature data
1675       ALLOCATE( t_snd_tmp(1:nz_snd) )
1676       t_snd_tmp = 0.0_wp
1677
1678!
1679!--    Read temperature from file
1680       nc_stat = NF90_INQ_VARID( id, "ReferenceTemperature", id_var )
1681       nc_stat = NF90_GET_VAR( id, id_var, t_snd_tmp(:), start = (/1/),        &
1682                               count = (/nz_snd/) )
1683       CALL netcdf_handle_error_rad( 'read_sounding_data', 553 )
1684
1685!
1686!--    Calculate start of sounding data
1687       nz_snd_start = nz_snd + 1
1688       nz_snd_end   = nz_snd + 1
1689
1690!
1691!--    Start filling vertical dimension at 10hPa above the model domain (hyp is
1692!--    in Pa, hyp_snd in hPa).
1693       DO  k = 1, nz_snd
1694          IF ( hyp_snd_tmp(k) < ( hyp(nzt+1) - 1000.0_wp) * 0.01_wp )  THEN
1695             nz_snd_start = k
1696             EXIT
1697          END IF
1698       END DO
1699
1700       IF ( nz_snd_start <= nz_snd )  THEN
1701          nz_snd_end = nz_snd
1702       END IF
1703
1704
1705!
1706!--    Calculate of total grid points for RRTMG calculations
1707       nzt_rad = nzt + nz_snd_end - nz_snd_start + 1
1708
1709!
1710!--    Save data above LES domain in hyp_snd, t_snd and q_snd
1711!--    Note: q_snd_tmp is not calculated at the moment (dry residual atmosphere)
1712       ALLOCATE( hyp_snd(nzb+1:nzt_rad) )
1713       ALLOCATE( t_snd(nzb+1:nzt_rad)   )
1714       ALLOCATE( q_snd(nzb+1:nzt_rad)   )
1715       hyp_snd = 0.0_wp
1716       t_snd = 0.0_wp
1717       q_snd = 0.0_wp
1718
1719       hyp_snd(nzt+2:nzt_rad) = hyp_snd_tmp(nz_snd_start+1:nz_snd_end)
1720       t_snd(nzt+2:nzt_rad)   = t_snd_tmp(nz_snd_start+1:nz_snd_end)
1721
1722       nc_stat = NF90_CLOSE( id )
1723
1724!
1725!--    Calculate pressure levels on zu and zw grid. Sounding data is added at
1726!--    top of the LES domain. This routine does not consider horizontal or
1727!--    vertical variability of pressure and temperature
1728       ALLOCATE ( rrtm_play(0:0,nzb+1:nzt_rad+1)   )
1729       ALLOCATE ( rrtm_plev(0:0,nzb+1:nzt_rad+2)   )
1730
1731       t_surface = pt_surface * ( surface_pressure / 1000.0_wp )**0.286_wp
1732       DO k = nzb+1, nzt+1
1733          rrtm_play(0,k) = hyp(k) * 0.01_wp
1734          rrtm_plev(0,k) = surface_pressure * ( (t_surface - g/cp * zw(k-1)) / &
1735                         t_surface )**(1.0_wp/0.286_wp)
1736       ENDDO
1737
1738       DO k = nzt+2, nzt_rad
1739          rrtm_play(0,k) = hyp_snd(k)
1740          rrtm_plev(0,k) = 0.5_wp * ( rrtm_play(0,k) + rrtm_play(0,k-1) )
1741       ENDDO
1742       rrtm_plev(0,nzt_rad+1) = MAX( 0.5 * hyp_snd(nzt_rad),                   &
1743                                   1.5 * hyp_snd(nzt_rad)                      &
1744                                 - 0.5 * hyp_snd(nzt_rad-1) )
1745       rrtm_plev(0,nzt_rad+2)  = MIN( 1.0E-4_wp,                               &
1746                                      0.25_wp * rrtm_plev(0,nzt_rad+1) )
1747
1748       rrtm_play(0,nzt_rad+1) = 0.5 * rrtm_plev(0,nzt_rad+1)
1749
1750!
1751!--    Calculate temperature/humidity levels at top of the LES domain.
1752!--    Currently, the temperature is taken from sounding data (might lead to a
1753!--    temperature jump at interface. To do: Humidity is currently not
1754!--    calculated above the LES domain.
1755       ALLOCATE ( rrtm_tlay(0:0,nzb+1:nzt_rad+1)   )
1756       ALLOCATE ( rrtm_tlev(0:0,nzb+1:nzt_rad+2)   )
1757       ALLOCATE ( rrtm_h2ovmr(0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
1758
1759       DO k = nzt+8, nzt_rad
1760          rrtm_tlay(0,k)   = t_snd(k)
1761          rrtm_h2ovmr(0,k) = q_snd(k)
1762       ENDDO
1763       rrtm_tlay(0,nzt_rad+1) = 2.0_wp * rrtm_tlay(0,nzt_rad)                 &
1764                                - rrtm_tlay(0,nzt_rad-1)
1765       DO k = nzt+9, nzt_rad+1
1766          rrtm_tlev(0,k)   = rrtm_tlay(0,k-1) + (rrtm_tlay(0,k)                &
1767                             - rrtm_tlay(0,k-1))                               &
1768                             / ( rrtm_play(0,k) - rrtm_play(0,k-1) )           &
1769                             * ( rrtm_plev(0,k) - rrtm_play(0,k-1) )
1770       ENDDO
1771       rrtm_h2ovmr(0,nzt_rad+1) = rrtm_h2ovmr(0,nzt_rad)
1772
1773       rrtm_tlev(0,nzt_rad+2)   = 2.0_wp * rrtm_tlay(0,nzt_rad+1)              &
1774                                  - rrtm_tlev(0,nzt_rad)
1775!
1776!--    Allocate remaining RRTMG arrays
1777       ALLOCATE ( rrtm_cicewp(0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
1778       ALLOCATE ( rrtm_cldfr(0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
1779       ALLOCATE ( rrtm_cliqwp(0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
1780       ALLOCATE ( rrtm_reice(0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
1781       ALLOCATE ( rrtm_reliq(0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
1782       ALLOCATE ( rrtm_lw_taucld(1:nbndlw+1,0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
1783       ALLOCATE ( rrtm_lw_tauaer(0:0,nzb+1:nzt_rad+1,1:nbndlw+1) )
1784       ALLOCATE ( rrtm_sw_taucld(1:nbndsw+1,0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
1785       ALLOCATE ( rrtm_sw_ssacld(1:nbndsw+1,0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
1786       ALLOCATE ( rrtm_sw_asmcld(1:nbndsw+1,0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
1787       ALLOCATE ( rrtm_sw_fsfcld(1:nbndsw+1,0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
1788       ALLOCATE ( rrtm_sw_tauaer(0:0,nzb+1:nzt_rad+1,1:nbndsw+1) )
1789       ALLOCATE ( rrtm_sw_ssaaer(0:0,nzb+1:nzt_rad+1,1:nbndsw+1) )
1790       ALLOCATE ( rrtm_sw_asmaer(0:0,nzb+1:nzt_rad+1,1:nbndsw+1) ) 
1791       ALLOCATE ( rrtm_sw_ecaer(0:0,nzb+1:nzt_rad+1,1:naerec+1) )   
1792
1793!
1794!--    The ice phase is currently not considered in PALM
1795       rrtm_cicewp = 0.0_wp
1796       rrtm_reice  = 0.0_wp
1797
1798!
1799!--    Set other parameters (move to NAMELIST parameters in the future)
1800       rrtm_lw_tauaer = 0.0_wp
1801       rrtm_lw_taucld = 0.0_wp
1802       rrtm_sw_taucld = 0.0_wp
1803       rrtm_sw_ssacld = 0.0_wp
1804       rrtm_sw_asmcld = 0.0_wp
1805       rrtm_sw_fsfcld = 0.0_wp
1806       rrtm_sw_tauaer = 0.0_wp
1807       rrtm_sw_ssaaer = 0.0_wp
1808       rrtm_sw_asmaer = 0.0_wp
1809       rrtm_sw_ecaer  = 0.0_wp
1810
1811
1812       ALLOCATE ( rrtm_swdflx(0:0,nzb:nzt_rad+1)  )
1813       ALLOCATE ( rrtm_swuflx(0:0,nzb:nzt_rad+1)  )
1814       ALLOCATE ( rrtm_swhr(0:0,nzb+1:nzt_rad+1)  )
1815       ALLOCATE ( rrtm_swuflxc(0:0,nzb:nzt_rad+1) )
1816       ALLOCATE ( rrtm_swdflxc(0:0,nzb:nzt_rad+1) )
1817       ALLOCATE ( rrtm_swhrc(0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
1818
1819       rrtm_swdflx  = 0.0_wp
1820       rrtm_swuflx  = 0.0_wp
1821       rrtm_swhr    = 0.0_wp 
1822       rrtm_swuflxc = 0.0_wp
1823       rrtm_swdflxc = 0.0_wp
1824       rrtm_swhrc   = 0.0_wp
1825
1826       ALLOCATE ( rrtm_lwdflx(0:0,nzb:nzt_rad+1)  )
1827       ALLOCATE ( rrtm_lwuflx(0:0,nzb:nzt_rad+1)  )
1828       ALLOCATE ( rrtm_lwhr(0:0,nzb+1:nzt_rad+1)  )
1829       ALLOCATE ( rrtm_lwuflxc(0:0,nzb:nzt_rad+1) )
1830       ALLOCATE ( rrtm_lwdflxc(0:0,nzb:nzt_rad+1) )
1831       ALLOCATE ( rrtm_lwhrc(0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
1832
1833       rrtm_lwdflx  = 0.0_wp
1834       rrtm_lwuflx  = 0.0_wp
1835       rrtm_lwhr    = 0.0_wp 
1836       rrtm_lwuflxc = 0.0_wp
1837       rrtm_lwdflxc = 0.0_wp
1838       rrtm_lwhrc   = 0.0_wp
1839
1840       ALLOCATE ( rrtm_lwuflx_dt(0:0,nzb:nzt_rad+1) )
1841       ALLOCATE ( rrtm_lwuflxc_dt(0:0,nzb:nzt_rad+1) )
1842
1843       rrtm_lwuflx_dt = 0.0_wp
1844       rrtm_lwuflxc_dt = 0.0_wp
1845
1846    END SUBROUTINE read_sounding_data
1847
1848
1849!------------------------------------------------------------------------------!
1850! Description:
1851! ------------
1852!> Read trace gas data from file
1853!------------------------------------------------------------------------------!
1854    SUBROUTINE read_trace_gas_data
1855
1856       USE rrsw_ncpar
1857
1858       IMPLICIT NONE
1859
1860       INTEGER(iwp), PARAMETER :: num_trace_gases = 9 !< number of trace gases (absorbers)
1861
1862       CHARACTER(LEN=5), DIMENSION(num_trace_gases), PARAMETER ::              & !< trace gas names
1863           trace_names = (/'O3   ', 'CO2  ', 'CH4  ', 'N2O  ', 'O2   ',        &
1864                           'CFC11', 'CFC12', 'CFC22', 'CCL4 '/)
1865
1866       INTEGER(iwp) :: id,     & !< NetCDF id
1867                       k,      & !< loop index
1868                       m,      & !< loop index
1869                       n,      & !< loop index
1870                       nabs,   & !< number of absorbers
1871                       np,     & !< number of pressure levels
1872                       id_abs, & !< NetCDF id of the respective absorber
1873                       id_dim, & !< NetCDF id of asborber's dimension
1874                       id_var    !< NetCDf id ot the absorber
1875
1876       REAL(wp) :: p_mls_l, p_mls_u, p_wgt_l, p_wgt_u, p_mls_m
1877
1878
1879       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE   ::  p_mls,         & !< pressure levels for the absorbers
1880                                                 rrtm_play_tmp, & !< temporary array for pressure zu-levels
1881                                                 rrtm_plev_tmp, & !< temporary array for pressure zw-levels
1882                                                 trace_path_tmp   !< temporary array for storing trace gas path data
1883
1884       REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  trace_mls,      & !< array for storing the absorber amounts
1885                                                 trace_mls_path, & !< array for storing trace gas path data
1886                                                 trace_mls_tmp     !< temporary array for storing trace gas data
1887
1888
1889!
1890!--    In case of updates, deallocate arrays first (sufficient to check one
1891!--    array as the others are automatically allocated)
1892       IF ( ALLOCATED ( rrtm_o3vmr ) )  THEN
1893          DEALLOCATE ( rrtm_o3vmr  )
1894          DEALLOCATE ( rrtm_co2vmr )
1895          DEALLOCATE ( rrtm_ch4vmr )
1896          DEALLOCATE ( rrtm_n2ovmr )
1897          DEALLOCATE ( rrtm_o2vmr  )
1898          DEALLOCATE ( rrtm_cfc11vmr )
1899          DEALLOCATE ( rrtm_cfc12vmr )
1900          DEALLOCATE ( rrtm_cfc22vmr )
1901          DEALLOCATE ( rrtm_ccl4vmr  )
1902       ENDIF
1903
1904!
1905!--    Allocate trace gas profiles
1906       ALLOCATE ( rrtm_o3vmr(0:0,1:nzt_rad+1)  )
1907       ALLOCATE ( rrtm_co2vmr(0:0,1:nzt_rad+1) )
1908       ALLOCATE ( rrtm_ch4vmr(0:0,1:nzt_rad+1) )
1909       ALLOCATE ( rrtm_n2ovmr(0:0,1:nzt_rad+1) )
1910       ALLOCATE ( rrtm_o2vmr(0:0,1:nzt_rad+1)  )
1911       ALLOCATE ( rrtm_cfc11vmr(0:0,1:nzt_rad+1) )
1912       ALLOCATE ( rrtm_cfc12vmr(0:0,1:nzt_rad+1) )
1913       ALLOCATE ( rrtm_cfc22vmr(0:0,1:nzt_rad+1) )
1914       ALLOCATE ( rrtm_ccl4vmr(0:0,1:nzt_rad+1)  )
1915
1916!
1917!--    Open file for reading
1918       nc_stat = NF90_OPEN( rrtm_input_file, NF90_NOWRITE, id )
1919       CALL netcdf_handle_error_rad( 'read_trace_gas_data', 549 )
1920!
1921!--    Inquire dimension ids and dimensions
1922       nc_stat = NF90_INQ_DIMID( id, "Pressure", id_dim )
1923       CALL netcdf_handle_error_rad( 'read_trace_gas_data', 550 )
1924       nc_stat = NF90_INQUIRE_DIMENSION( id, id_dim, len = np) 
1925       CALL netcdf_handle_error_rad( 'read_trace_gas_data', 550 )
1926
1927       nc_stat = NF90_INQ_DIMID( id, "Absorber", id_dim )
1928       CALL netcdf_handle_error_rad( 'read_trace_gas_data', 550 )
1929       nc_stat = NF90_INQUIRE_DIMENSION( id, id_dim, len = nabs ) 
1930       CALL netcdf_handle_error_rad( 'read_trace_gas_data', 550 )
1931   
1932
1933!
1934!--    Allocate pressure, and trace gas arrays     
1935       ALLOCATE( p_mls(1:np) )
1936       ALLOCATE( trace_mls(1:num_trace_gases,1:np) ) 
1937       ALLOCATE( trace_mls_tmp(1:nabs,1:np) ) 
1938
1939
1940       nc_stat = NF90_INQ_VARID( id, "Pressure", id_var )
1941       CALL netcdf_handle_error_rad( 'read_trace_gas_data', 550 )
1942       nc_stat = NF90_GET_VAR( id, id_var, p_mls )
1943       CALL netcdf_handle_error_rad( 'read_trace_gas_data', 550 )
1944
1945       nc_stat = NF90_INQ_VARID( id, "AbsorberAmountMLS", id_var )
1946       CALL netcdf_handle_error_rad( 'read_trace_gas_data', 550 )
1947       nc_stat = NF90_GET_VAR( id, id_var, trace_mls_tmp )
1948       CALL netcdf_handle_error_rad( 'read_trace_gas_data', 550 )
1949
1950
1951!
1952!--    Write absorber amounts (mls) to trace_mls
1953       DO n = 1, num_trace_gases
1954          CALL getAbsorberIndex( TRIM( trace_names(n) ), id_abs )
1955
1956          trace_mls(n,1:np) = trace_mls_tmp(id_abs,1:np)
1957
1958!
1959!--       Replace missing values by zero
1960          WHERE ( trace_mls(n,:) > 2.0_wp ) 
1961             trace_mls(n,:) = 0.0_wp
1962          END WHERE
1963       END DO
1964
1965       DEALLOCATE ( trace_mls_tmp )
1966
1967       nc_stat = NF90_CLOSE( id )
1968       CALL netcdf_handle_error_rad( 'read_trace_gas_data', 551 )
1969
1970!
1971!--    Add extra pressure level for calculations of the trace gas paths
1972       ALLOCATE ( rrtm_play_tmp(1:nzt_rad+1) )
1973       ALLOCATE ( rrtm_plev_tmp(1:nzt_rad+2) )
1974
1975       rrtm_play_tmp(1:nzt_rad)   = rrtm_play(0,1:nzt_rad) 
1976       rrtm_plev_tmp(1:nzt_rad+1) = rrtm_plev(0,1:nzt_rad+1)
1977       rrtm_play_tmp(nzt_rad+1)   = rrtm_plev(0,nzt_rad+1) * 0.5_wp
1978       rrtm_plev_tmp(nzt_rad+2)   = MIN( 1.0E-4_wp, 0.25_wp                    &
1979                                         * rrtm_plev(0,nzt_rad+1) )
1980 
1981!
1982!--    Calculate trace gas path (zero at surface) with interpolation to the
1983!--    sounding levels
1984       ALLOCATE ( trace_mls_path(1:nzt_rad+2,1:num_trace_gases) )
1985
1986       trace_mls_path(nzb+1,:) = 0.0_wp
1987       
1988       DO k = nzb+2, nzt_rad+2
1989          DO m = 1, num_trace_gases
1990             trace_mls_path(k,m) = trace_mls_path(k-1,m)
1991
1992!
1993!--          When the pressure level is higher than the trace gas pressure
1994!--          level, assume that
1995             IF ( rrtm_plev_tmp(k-1) > p_mls(1) )  THEN             
1996               
1997                trace_mls_path(k,m) = trace_mls_path(k,m) + trace_mls(m,1)     &
1998                                      * ( rrtm_plev_tmp(k-1)                   &
1999                                          - MAX( p_mls(1), rrtm_plev_tmp(k) )  &
2000                                        ) / g
2001             ENDIF
2002
2003!
2004!--          Integrate for each sounding level from the contributing p_mls
2005!--          levels
2006             DO n = 2, np
2007!
2008!--             Limit p_mls so that it is within the model level
2009                p_mls_u = MIN( rrtm_plev_tmp(k-1),                             &
2010                          MAX( rrtm_plev_tmp(k), p_mls(n) ) )
2011                p_mls_l = MIN( rrtm_plev_tmp(k-1),                             &
2012                          MAX( rrtm_plev_tmp(k), p_mls(n-1) ) )
2013
2014                IF ( p_mls_l > p_mls_u )  THEN
2015
2016!
2017!--                Calculate weights for interpolation
2018                   p_mls_m = 0.5_wp * (p_mls_l + p_mls_u)
2019                   p_wgt_u = (p_mls(n-1) - p_mls_m) / (p_mls(n-1) - p_mls(n))
2020                   p_wgt_l = (p_mls_m - p_mls(n))   / (p_mls(n-1) - p_mls(n))
2021
2022!
2023!--                Add level to trace gas path
2024                   trace_mls_path(k,m) = trace_mls_path(k,m)                   &
2025                                         +  ( p_wgt_u * trace_mls(m,n)         &
2026                                            + p_wgt_l * trace_mls(m,n-1) )     &
2027                                         * (p_mls_l - p_mls_u) / g
2028                ENDIF
2029             ENDDO
2030
2031             IF ( rrtm_plev_tmp(k) < p_mls(np) )  THEN
2032                trace_mls_path(k,m) = trace_mls_path(k,m) + trace_mls(m,np)    &
2033                                      * ( MIN( rrtm_plev_tmp(k-1), p_mls(np) ) &
2034                                          - rrtm_plev_tmp(k)                   &
2035                                        ) / g
2036             ENDIF 
2037          ENDDO
2038       ENDDO
2039
2040
2041!
2042!--    Prepare trace gas path profiles
2043       ALLOCATE ( trace_path_tmp(1:nzt_rad+1) )
2044
2045       DO m = 1, num_trace_gases
2046
2047          trace_path_tmp(1:nzt_rad+1) = ( trace_mls_path(2:nzt_rad+2,m)        &
2048                                       - trace_mls_path(1:nzt_rad+1,m) ) * g   &
2049                                       / ( rrtm_plev_tmp(1:nzt_rad+1)          &
2050                                       - rrtm_plev_tmp(2:nzt_rad+2) )
2051
2052!
2053!--       Save trace gas paths to the respective arrays
2054          SELECT CASE ( TRIM( trace_names(m) ) )
2055
2056             CASE ( 'O3' )
2057
2058                rrtm_o3vmr(0,:) = trace_path_tmp(:)
2059
2060             CASE ( 'CO2' )
2061
2062                rrtm_co2vmr(0,:) = trace_path_tmp(:)
2063
2064             CASE ( 'CH4' )
2065
2066                rrtm_ch4vmr(0,:) = trace_path_tmp(:)
2067
2068             CASE ( 'N2O' )
2069
2070                rrtm_n2ovmr(0,:) = trace_path_tmp(:)
2071
2072             CASE ( 'O2' )
2073
2074                rrtm_o2vmr(0,:) = trace_path_tmp(:)
2075
2076             CASE ( 'CFC11' )
2077
2078                rrtm_cfc11vmr(0,:) = trace_path_tmp(:)
2079
2080             CASE ( 'CFC12' )
2081
2082                rrtm_cfc12vmr(0,:) = trace_path_tmp(:)
2083
2084             CASE ( 'CFC22' )
2085
2086                rrtm_cfc22vmr(0,:) = trace_path_tmp(:)
2087
2088             CASE ( 'CCL4' )
2089
2090                rrtm_ccl4vmr(0,:) = trace_path_tmp(:)
2091
2092             CASE DEFAULT
2093
2094          END SELECT
2095
2096       ENDDO
2097
2098       DEALLOCATE ( trace_path_tmp )
2099       DEALLOCATE ( trace_mls_path )
2100       DEALLOCATE ( rrtm_play_tmp )
2101       DEALLOCATE ( rrtm_plev_tmp )
2102       DEALLOCATE ( trace_mls )
2103       DEALLOCATE ( p_mls )
2104
2105    END SUBROUTINE read_trace_gas_data
2106
2107
2108    SUBROUTINE netcdf_handle_error_rad( routine_name, errno )
2109
2110       USE control_parameters,                                                 &
2111           ONLY:  message_string
2112
2113       USE NETCDF
2114
2115       USE pegrid
2116
2117       IMPLICIT NONE
2118
2119       CHARACTER(LEN=6) ::  message_identifier
2120       CHARACTER(LEN=*) ::  routine_name
2121
2122       INTEGER(iwp) ::  errno
2123
2124       IF ( nc_stat /= NF90_NOERR )  THEN
2125
2126          WRITE( message_identifier, '(''NC'',I4.4)' )  errno
2127          message_string = TRIM( NF90_STRERROR( nc_stat ) )
2128
2129          CALL message( routine_name, message_identifier, 2, 2, 0, 6, 1 )
2130
2131       ENDIF
2132
2133    END SUBROUTINE netcdf_handle_error_rad
2134#endif
2135
2136
2137!------------------------------------------------------------------------------!
2138! Description:
2139! ------------
2140!> Calculate temperature tendency due to radiative cooling/heating.
2141!> Cache-optimized version.
2142!------------------------------------------------------------------------------!
2143    SUBROUTINE radiation_tendency_ij ( i, j, tend )
2144
2145       USE cloud_parameters,                                                   &
2146           ONLY:  pt_d_t
2147
2148       IMPLICIT NONE
2149
2150       INTEGER(iwp) :: i, j, k !< loop indices
2151
2152       REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) :: tend !< pt tendency term
2153
2154#if defined ( __rrtmg )
2155!
2156!--    Calculate tendency based on heating rate
2157       DO k = nzb+1, nzt+1
2158          tend(k,j,i) = tend(k,j,i) + (rad_lw_hr(k,j,i) + rad_sw_hr(k,j,i))    &
2159                                      * pt_d_t(k) * d_seconds_hour
2160       ENDDO
2161
2162#endif
2163
2164    END SUBROUTINE radiation_tendency_ij
2165
2166
2167!------------------------------------------------------------------------------!
2168! Description:
2169! ------------
2170!> Calculate temperature tendency due to radiative cooling/heating.
2171!> Vector-optimized version
2172!------------------------------------------------------------------------------!
2173    SUBROUTINE radiation_tendency ( tend )
2174
2175       USE cloud_parameters,                                                   &
2176           ONLY:  pt_d_t
2177
2178       USE indices,                                                            &
2179           ONLY:  nxl, nxr, nyn, nys
2180
2181       IMPLICIT NONE
2182
2183       INTEGER(iwp) :: i, j, k !< loop indices
2184
2185       REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) :: tend !< pt tendency term
2186
2187#if defined ( __rrtmg )
2188!
2189!--    Calculate tendency based on heating rate
2190       DO  i = nxl, nxr
2191          DO  j = nys, nyn
2192             DO k = nzb+1, nzt+1
2193                tend(k,j,i) = tend(k,j,i) + ( rad_lw_hr(k,j,i)                 &
2194                                            +  rad_sw_hr(k,j,i) ) * pt_d_t(k)  &
2195                                            * d_seconds_hour
2196             ENDDO
2197         ENDDO
2198       ENDDO
2199#endif
2200
2201    END SUBROUTINE radiation_tendency
2202
2203 END MODULE radiation_model_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.