source: palm/trunk/SOURCE/virtual_measurement_mod.f90 @ 3494

Last change on this file since 3494 was 3494, checked in by suehring, 3 years ago

Surface output revised and some bugs are fixed + new post-processing tool to convert binary surface output to Paraview readable VTK files

  • Property svn:executable set to *
  • Property svn:keywords set to Id
File size: 35.3 KB
Line 
1!> @virtual_measurement_mod.f90
2!------------------------------------------------------------------------------!
3! This file is part of the PALM model system.
4!
5! PALM is free software: you can redistribute it and/or modify it under the
6! terms of the GNU General Public License as published by the Free Software
7! Foundation, either version 3 of the License, or (at your option) any later
8! version.
9!
10! PALM is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
11! WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR
12! A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for more details.
13!
14! You should have received a copy of the GNU General Public License along with
15! PALM. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
16!
17! Copyright 2017 Leibniz Universitaet Hannover
18!------------------------------------------------------------------------------!
19!
20! Current revisions:
21! -----------------
22!
23!
24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: virtual_measurement_mod.f90 3494 2018-11-06 14:51:27Z suehring $
27! Bugfixing
28!
29! 3473 2018-10-30 20:50:15Z suehring
30! Initial revision
31!
32! 3472 2018-10-30 20:43:50Z suehring
33!
34! Authors:
35! --------
36! @author Matthias Suehring and Klaus Ketelsen
37!
38!
39!
40! Description:
41! ------------
42!> The module acts as an interface between 'real-world' observations and
43!> model simulations. Virtual measurements will be taken in the model at the
44!> coordinates representative for the 'real-world' measurement positions.
45!> More precisely, coordinates and measured quanties will be read from a
46!> NetCDF file which contains all required information. In the model,
47!> the same quantities (as long as all the required components are switched-on)
48!> will be sampled at the respective positions and output into an extra file,
49!> which allows for straight-forward comparison of model results with
50!> observations.
51!------------------------------------------------------------------------------!
52 MODULE virtual_measurement_mod
53
54
55    USE arrays_3d,                                                             &
56        ONLY:  q, pt, u, v, w, zu, zw
57
58    USE control_parameters,                                                    &
59        ONLY:  dz, message_string, virtual_measurement
60
61    USE cpulog,                                                                &
62        ONLY:  cpu_log, log_point
63       
64    USE grid_variables,                                                        &
65        ONLY:  dx, dy
66
67    USE indices,                                                               &
68        ONLY:  nzb, nzt, nxl, nxr, nys, nyn
69
70    USE kinds
71
72
73    IMPLICIT NONE
74
75    TYPE virt_mea
76   
77       CHARACTER(LEN=100)  ::  feature_type  !< type of the measurement
78       CHARACTER(LEN=100)  ::  site          !< name of the measurement site
79   
80       CHARACTER(LEN=10), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  measured_vars_name !< name of the measured variables
81   
82       INTEGER(iwp) ::  ns    !< total number of observation points for a site on subdomain, i.e. sum of all trajectories
83       INTEGER(iwp) ::  ntraj !< number of trajectories of a measurement
84       INTEGER(iwp) ::  nvar  !< number of measured variables
85       
86       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  dim_t !< number observations individual for each trajectory or station that are no _FillValues
87       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  ngp   !< number of grid points where observations for a site took place,
88                                                         !<individual for each trajectory or station that are no _FillValues
89       
90       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  i  !< grid index for measurement position in x-direction
91       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  j  !< grid index for measurement position in y-direction
92       INTEGER(iwp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  k  !< grid index for measurement position in k-direction
93           
94       LOGICAL ::  trajectory         = .FALSE. !< flag indicating that the observation is a mobile observation
95       LOGICAL ::  timseries          = .FALSE. !< flag indicating that the observation is a stationary point measurement
96       LOGICAL ::  timseries_profile  = .FALSE. !< flag indicating that the observation is a stationary profile measurement
97       
98       REAL(wp) ::  fill_eutm                         !< fill value for UTM coordinates in case of missing values
99       REAL(wp) ::  fill_nutm                         !< fill value for UTM coordinates in case of missing values
100       REAL(wp) ::  fill_zag                          !< fill value for heigth coordinates in case of missing values
101       REAL(wp) ::  fillout = -999.9                  !< fill value for output in case a observation is taken from inside a building
102       REAL(wp) ::  origin_x_obs                      !< origin of the observation in UTM coordiates in x-direction
103       REAL(wp) ::  origin_y_obs                      !< origin of the observation in UTM coordiates in y-direction
104       
105       REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  xmea   !< measurement x-position in absolute UTM coordinates 
106       REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  ymea   !< measurement y-position in absolute UTM coordinates 
107       REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  zmea   !< measurement z-position in height above ground level
108       
109       REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  measured_vars  !< measured variables
110       
111    END TYPE virt_mea
112
113    CHARACTER(LEN=5)  ::  char_eutm = "E_UTM"                      !< dimension name for UTM coordinate easting
114    CHARACTER(LEN=11) ::  char_feature = "featureType"             !< attribute name for feature type
115    CHARACTER(LEN=10) ::  char_fillvalue = "_FillValue"            !< variable attribute name for _FillValue
116    CHARACTER(LEN=18) ::  char_mv = "measured_variables"           !< variable name for the array with the measured variable names
117    CHARACTER(LEN=5)  ::  char_nutm = "N_UTM"                      !< dimension name for UTM coordinate northing
118    CHARACTER(LEN=18) ::  char_numstations = "number_of_stations"  !< attribute name for number of stations
119    CHARACTER(LEN=8)  ::  char_origx = "origin_x"                  !< attribute name for station coordinate in x
120    CHARACTER(LEN=8)  ::  char_origy = "origin_y"                  !< attribute name for station coordinate in y
121    CHARACTER(LEN=4)  ::  char_site = "site"                       !< attribute name for site name
122    CHARACTER(LEN=19) ::  char_zag = "height_above_ground"         !< attribute name for height above ground variable
123    CHARACTER(LEN=10) ::  type_ts   = 'timeSeries'                 !< name of stationary point measurements
124    CHARACTER(LEN=10) ::  type_traj = 'trajectory'                 !< name of line measurements
125    CHARACTER(LEN=17) ::  type_tspr = 'timeSeriesProfile'          !< name of stationary profile measurements
126   
127    CHARACTER(LEN=10), DIMENSION(1:53), PARAMETER ::  list_allowed_variables = & !< variables that can be sampled in PALM
128       (/ 'hfls      ',  & ! surface latent heat flux (W/m2)
129          'hfss      ',  & ! surface sensible heat flux (W/m2)
130          'hur       ',  & ! relative humidity (-)
131          'hus       ',  & ! specific humidity (g/kg)
132          'haa       ',  & ! absolute atmospheric humidity (kg/m3)
133          'mcpm1     ',  & ! mass concentration of PM1 (kg/m3)
134          'mcpm2p5   ',  & ! mass concentration of PM2.5 (kg/m3)
135          'mcpm10    ',  & ! mass concentration of PM10 (kg/m3)
136          'mcpm10    ',  & ! mass concentration of PM10 (kg/m3)
137          'mcco      ',  & ! mass concentration of CO (kg/m3)
138          'mcco2     ',  & ! mass concentration of CO2 (kg/m3)
139          'mcbcda    ',  & ! mass concentration of black carbon paritcles (kg/m3)
140          'ncaa      ',  & ! number concentation of particles (1/m3)
141          'mfco2     ',  & ! mole fraction of CO (mol/mol)
142          'mfco2     ',  & ! mole fraction of CO2 (mol/mol)
143          'mfch4     ',  & ! mole fraction of methane (mol/mol)
144          'mfnh3     ',  & ! mole fraction of amonia (mol/mol)
145          'mfno      ',  & ! mole fraction of nitrogen monoxide (mol/mol)
146          'mfno2     ',  & ! mole fraction of nitrogen dioxide (mol/mol)
147          'mfso2     ',  & ! mole fraction of sulfur dioxide (mol/mol)
148          'mfh20     ',  & ! mole fraction of water (mol/mol)
149          'plev      ',  & ! ? air pressure - hydrostaic + perturbation?
150          'rlds      ',  & ! surface downward longwave flux  (W/m2)
151          'rlus      ',  & ! surface upward longwave flux (W/m2)
152          'rsds      ',  & ! surface downward shortwave flux (W/m2)
153          'rsus      ',  & ! surface upward shortwave flux (W/m2)
154          'ta        ',  & ! air temperature (degree C)
155          't_va      ',  & ! virtual accoustic temperature (K)
156          'theta     ',  & ! potential temperature (K)
157          'tro3      ',  & ! mole fraction of ozone air (mol/mol)
158          'ts        ',  & ! scaling parameter of temperature (K)
159          'wspeed    ',  & ! ? wind speed - horizontal?
160          'wdir      ',  & ! wind direction
161          'us        ',  & ! friction velocity
162          'msoil     ',  & ! ? soil moisture - which depth? 
163          'tsoil     ',  & ! ? soil temperature - which depth?                                                               
164          'u         ',  & ! u-component
165          'ua        ',  & ! eastward wind (is there any difference to u?)
166          'uw        ',  & ! ? vertical momentum flux - total ?
167          'utheta    ',  & ! ? horizontal heat flux - total ?
168          'uv        ',  & ! upward-northward horizontal momentum flux
169          'v         ',  & ! v-component
170          'va        ',  & ! northward wind (is there any difference to v?)
171          'vw        ',  & ! ? vertical momentum flux - total ?
172          'vtheta    ',  & ! ? horizontal heat flux - total ?
173          'w         ',  & ! w-component
174          'wtheta    ',  & ! ? vertical heat flux - total ?
175          'rld       ',  & ! downward longwave radiative flux (W/m2)
176          'rlu       ',  & ! upnward longwave radiative flux (W/m2)
177          'rsd       ',  & ! downward shortwave radiative flux (W/m2)
178          'rsu       ',  & ! upward shortwave radiative flux (W/m2)
179          'rsddif    ',  & ! downward shortwave diffuse radiative flux (W/m2)
180          'rnds      '   & ! surface net downward radiative flux (W/m2)
181       /)
182                                                             
183    INTEGER(iwp) ::  id_vm                           !< NetCDF file id for virtual measurements
184    INTEGER(iwp) ::  nvm = 0                         !< number of virtual measurements
185    INTEGER(iwp) ::  observation_coverage_xy = 0     !< horizontal distance from the measurement point where observations should be taken in the surrounding
186    INTEGER(iwp) ::  observation_coverage_z  = 0     !< vertical distance from the measurement point where observations should be taken in the surrounding
187   
188    LOGICAL ::  use_virtual_measurement = .FALSE. !< Namelist parameter
189    LOGICAL ::  global_attribute = .TRUE.         !< flag indicating a global attribute
190   
191    REAL(wp) ::  vm_time_start = 0.0              !< time after virtual measurements should start
192   
193
194    TYPE( virt_mea ), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  vmea !< virtual measurement data structure
195   
196   
197    INTERFACE vm_check_parameters
198       MODULE PROCEDURE vm_check_parameters
199    END INTERFACE vm_check_parameters
200   
201    INTERFACE vm_init
202       MODULE PROCEDURE vm_init
203    END INTERFACE vm_init
204   
205    INTERFACE vm_parin
206       MODULE PROCEDURE vm_parin
207    END INTERFACE vm_parin
208   
209    INTERFACE vm_sampling
210       MODULE PROCEDURE vm_sampling
211    END INTERFACE vm_sampling
212
213    SAVE
214
215    PRIVATE
216
217!
218!-- Public interfaces
219    PUBLIC  vm_check_parameters, vm_init, vm_parin, vm_sampling
220
221!
222!-- Public variables
223    PUBLIC  vmea, vm_time_start
224
225 CONTAINS
226
227
228!------------------------------------------------------------------------------!
229! Description:
230! ------------
231!> Check parameters for virtual measurement module
232!------------------------------------------------------------------------------!
233 SUBROUTINE vm_check_parameters
234
235    USE control_parameters,                                                    &
236        ONLY:  message_string, virtual_measurement
237 
238    USE netcdf_data_input_mod,                                                 &
239        ONLY:  input_pids_static
240       
241    IMPLICIT NONE
242   
243!
244!-- In case virtual measurements are taken, a static input file is required.
245!-- This is because UTM coordinates for the PALM domain origin are required
246!-- for correct mapping of the measurements.
247!-- ToDo: Revise this later and remove this requirement.
248    IF ( virtual_measurement  .AND.  .NOT. input_pids_static )  THEN
249       message_string = 'If virtual measurements are taken a static input ' // &
250                        'file is mandatory.'
251       CALL message( 'vm_check_parameters', 'PA0000', 1, 2, 0, 6, 0 )
252    ENDIF
253 
254 END SUBROUTINE vm_check_parameters
255 
256!------------------------------------------------------------------------------!
257! Description:
258! ------------
259!> Read namelist for the virtual measurement module
260!------------------------------------------------------------------------------!
261 SUBROUTINE vm_parin
262 
263    CHARACTER (LEN=80) ::  line   !< dummy string that contains the current line of the parameter file
264 
265    NAMELIST /virtual_measurement_parameters/  use_virtual_measurement,        &
266                                               vm_time_start
267
268    line = ' '
269
270!
271!-- Try to find stg package
272    REWIND ( 11 )
273    line = ' '
274    DO WHILE ( INDEX( line, '&virtual_measurement_parameters' ) == 0 )
275       READ ( 11, '(A)', END=20 )  line
276    ENDDO
277    BACKSPACE ( 11 )
278
279!
280!-- Read namelist
281    READ ( 11, virtual_measurement_parameters, ERR = 10, END = 20 )
282
283!
284!-- Set flag that indicates that the virtual measurement module is switched on
285    IF ( use_virtual_measurement )  virtual_measurement = .TRUE.
286   
287    GOTO 20
288
289 10 BACKSPACE( 11 )
290    READ( 11 , '(A)') line
291    CALL parin_fail_message( 'virtual_measurement_parameters', line )
292
293 20 CONTINUE
294 
295 END SUBROUTINE vm_parin
296
297
298!------------------------------------------------------------------------------!
299! Description:
300! ------------
301!> Initialize virtual measurements: read coordiante arrays and measured
302!> variables, set indicies indicating the measurement points, read further
303!> attributes, etc..
304!------------------------------------------------------------------------------!
305 SUBROUTINE vm_init
306
307    USE arrays_3d,                                                             &
308        ONLY:  zu, zw
309 
310    USE control_parameters,                                                    &
311        ONLY:  message_string
312       
313    USE grid_variables,                                                        &
314        ONLY:  ddx, ddy, dx, dy
315       
316    USE indices,                                                               &
317        ONLY:  nxl, nxr, nyn, nys
318 
319    USE netcdf_data_input_mod,                                                 &
320        ONLY:  init_model, input_file_vm,                                      &
321               netcdf_data_input_get_dimension_length,                         &
322               netcdf_data_input_att, netcdf_data_input_var
323               
324    USE surface_mod,                                                           &
325        ONLY:  get_topography_top_index_ji
326       
327    IMPLICIT NONE
328   
329    CHARACTER(LEN=5)    ::  dum                !< dummy string indicate station id
330    CHARACTER(LEN=10), DIMENSION(50) ::  measured_variables_file = '' !< array with all measured variables read from NetCDF
331    CHARACTER(LEN=10), DIMENSION(50) ::  measured_variables      = '' !< dummy array with all measured variables that are allowed
332   
333    LOGICAL ::  on_pe !< flag indicating that the respective measurement coordinate is on subdomain
334   
335    INTEGER(iwp) ::  dim_eutm  !< dimension size of UTM easting coordinate
336    INTEGER(iwp) ::  dim_nutm  !< dimension size of UTM northing coordinate
337    INTEGER(iwp) ::  dim_ntime !< dimension size of time coordinate
338    INTEGER(iwp) ::  dim_zag   !< dimension size of height coordinate
339    INTEGER(iwp) ::  i         !< grid index of virtual observation point in x-direction
340    INTEGER(iwp) ::  icov      !< index range where observations should be taken in x-direction
341    INTEGER(iwp) ::  ii        !< running index over all coordinate points of a measurement
342    INTEGER(iwp) ::  i_prev    !< grid index along x for UTM coordinate at previous observation time step
343    INTEGER(iwp) ::  is        !< grid index of real observation point of the respective station in x-direction
344    INTEGER(iwp) ::  j         !< grid index of observation point in x-direction
345    INTEGER(iwp) ::  jcov      !< index range where observations should be taken in y-direction
346    INTEGER(iwp) ::  j_prev    !< grid index along y for UTM coordinate at previous observation time step
347    INTEGER(iwp) ::  js        !< grid index of real observation point of the respective station in y-direction
348    INTEGER(iwp) ::  k         !< grid index of observation point in x-direction
349    INTEGER(iwp) ::  kcov      !< index range where observations should be taken in z-direction
350    INTEGER(iwp) ::  ks        !< grid index of real observation point of the respective station in z-direction
351    INTEGER(iwp) ::  k_prev    !< grid index along z for UTM coordinate at previous observation time step
352    INTEGER(iwp) ::  ksurf     !< topography top index
353    INTEGER(iwp) ::  l         !< running index over all stations
354    INTEGER(iwp) ::  len_char  !< character length of single measured variables without Null character
355    INTEGER(iwp) ::  ll        !< running index over all measured variables in file
356    INTEGER(iwp) ::  lll       !< running index over all allowed variables
357    INTEGER(iwp) ::  n         !< running index over trajectory coordinates
358    INTEGER(iwp) ::  ns        !< counter variable for number of observation points on subdomain
359    INTEGER(iwp) ::  t         !< running index over number of trajectories
360   
361    REAL(wp)     ::  fill_eutm !< _FillValue for coordinate array E_UTM
362    REAL(wp)     ::  fill_nutm !< _FillValue for coordinate array N_UTM
363    REAL(wp)     ::  fill_zag  !< _FillValue for height coordinate
364   
365    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  e_utm !< easting UTM coordinate, temporary variable
366    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  n_utm !< northing UTM coordinate, temporary variable,
367    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  z_ag  !< height coordinate relative to origin_z, temporary variable
368!
369!-- Obtain number of virtual measurement stations
370    CALL netcdf_data_input_att( nvm, char_numstations, id_vm, input_file_vm,   &
371                                global_attribute, 'open', '' )
372!
373!-- ALLOCATE data structure
374    ALLOCATE( vmea(1:nvm) )
375   
376!    print*, "nvm", nvm
377!
378!-- Read station coordinates and further attributes.
379!-- Note all coordinates are in UTM coordinates.
380    DO  l = 1, nvm
381!
382!--    Determine suffix which contains the ID
383       IF( l < 10 )  THEN
384          WRITE( dum, '(I1)')  l
385       ELSEIF( l < 100 )  THEN
386          WRITE( dum, '(I2)')  l
387       ELSEIF( l < 1000 )  THEN
388          WRITE( dum, '(I3)')  l
389       ELSEIF( l < 10000 )  THEN
390          WRITE( dum, '(I4)')  l
391       ELSEIF( l < 100000 )  THEN
392          WRITE( dum, '(I5)')  l
393       ENDIF
394       
395       CALL netcdf_data_input_att( vmea(l)%origin_x_obs, char_origx            &
396                                   // TRIM( dum ), id_vm, '', global_attribute,&
397                                   '', '' )
398       CALL netcdf_data_input_att( vmea(l)%origin_y_obs, char_origy            &
399                                   // TRIM( dum ), id_vm, '', global_attribute,&
400                                   '', '' )
401       CALL netcdf_data_input_att( vmea(l)%site,         char_site             &
402                                   // TRIM( dum ), id_vm, '', global_attribute,&
403                                   '', '' )
404       CALL netcdf_data_input_att( vmea(l)%feature_type, char_feature          &
405                                   // TRIM( dum ), id_vm, '', global_attribute,&
406                                   '', '' )
407       
408!
409!---   Set logicals depending on the type of the measurement
410       IF ( INDEX( vmea(l)%feature_type, type_tspr     ) /= 0 )  THEN
411          vmea(l)%timseries_profile = .TRUE.
412       ELSEIF ( INDEX( vmea(l)%feature_type, type_ts   ) /= 0 )  THEN
413          vmea(l)%timseries         = .TRUE.
414       ELSEIF ( INDEX( vmea(l)%feature_type, type_traj ) /= 0 )  THEN
415          vmea(l)%trajectory        = .TRUE.
416       ELSE
417!
418!--       Give error message
419          message_string = 'Attribue featureType = ' //                        &
420                           TRIM( vmea(l)%feature_type ) //                     &
421                           ' is not allowed.' 
422          CALL message( 'vm_init', 'PA0000', 1, 2, 0, 6, 0 )
423       ENDIF
424!
425!--    Read string with all measured variables at this station
426       measured_variables_file = ''
427       CALL netcdf_data_input_var( measured_variables_file,                    &
428                                   char_mv // TRIM( dum ), id_vm )
429!
430!--    Count the number of measured variables which match with the variables
431!--    which are allowed to be measured in PALM. Please note, for some
432!--    NetCDF interal reasons characters end with a NULL, i.e. also empty
433!--    characters contain a NULL. Therefore, check the strings for a Null to
434!--    get the correct character length in order to compare them with the list
435!--    of allowed variables.
436       vmea(l)%nvar = 0
437       DO ll = 1, SIZE( measured_variables_file )
438          IF ( measured_variables_file(ll)(1:1) /= CHAR(0)  .AND.              &
439               measured_variables_file(ll)(1:1) /= ' ')  THEN
440!
441!--          Obtain character length of the character
442             len_char = 1
443             DO WHILE ( measured_variables_file(ll)(len_char:len_char) /= CHAR(0)&
444                 .AND.  measured_variables_file(ll)(len_char:len_char) /= ' ' )
445                len_char = len_char + 1
446             ENDDO
447             len_char = len_char - 1
448!
449!--          Now, compare the measured variable with the list of allowed
450!--          variables.
451             DO  lll= 1, SIZE( list_allowed_variables )
452                IF ( measured_variables_file(ll)(1:len_char) ==                &
453                     TRIM( list_allowed_variables(lll) ) )  THEN
454                   vmea(l)%nvar = vmea(l)%nvar + 1
455                   measured_variables(vmea(l)%nvar) =                          &
456                                       measured_variables_file(ll)(1:len_char)
457                ENDIF
458             ENDDO
459          ENDIF
460       ENDDO
461!
462!--    Allocate array for the measured variables names for the station l.
463       ALLOCATE( vmea(l)%measured_vars_name(1:vmea(l)%nvar) )
464
465       DO  ll = 1, vmea(l)%nvar
466          vmea(l)%measured_vars_name(ll) = TRIM( measured_variables(ll) )
467       ENDDO
468       
469!        print*, "numvars", vmea(l)%nvar, vmea(l)%measured_vars_name(1:vmea(l)%nvar)
470!
471!--    For the actual measurement ID read the UTM coordinates. Based on these,
472!--    define the index space on each subdomain where measurements should be
473!--    taken. Note, the entire coordinate arrays will not be stored on data
474!--    type as this would exceed memory requirements, particularly for
475!--    trajectory measurements. If no variable will be virtually measured,
476!--    skip the reading.
477       IF ( vmea(l)%nvar > 0 )  THEN
478!
479!--       For stationary measurements UTM coordinates are just one value and
480!--       its dimension is "station", while for mobile measurements UTM
481!--       coordinates are arrays. First, inquire dimension length for
482!--       UTM coordinates.
483          IF ( vmea(l)%trajectory )  THEN
484!
485!--          For non-stationary measurements read the number of trajectories
486             CALL netcdf_data_input_get_dimension_length( id_vm,              &
487                                                          vmea(l)%ntraj,      &
488                                                          "traj" //           &
489                                                          TRIM( dum ) )
490             CALL netcdf_data_input_get_dimension_length( id_vm, dim_ntime,   &
491                                                          "ntime" //          &
492                                                          TRIM( dum ) )
493!
494!--       For stationary measurements the dimension for UTM coordinates is 1
495          ELSE
496             vmea(l)%ntraj  = 1
497             dim_ntime = 1
498          ENDIF
499         
500!
501!-        Allocate array which defines individual time frame for each
502!--       trajectory or station
503          ALLOCATE( vmea(l)%dim_t(1:vmea(l)%ntraj) )
504          ALLOCATE( vmea(l)%ngp(1:vmea(l)%ntraj)   )
505!
506!--       Allocate temporary arrays for UTM and height coordinates. Note,
507!--       on file UTM coordinates might be 1D or 2D variables
508          ALLOCATE( e_utm(1:vmea(l)%ntraj,1:dim_ntime) )
509          ALLOCATE( n_utm(1:vmea(l)%ntraj,1:dim_ntime) )
510          ALLOCATE( z_ag(1:vmea(l)%ntraj,1:dim_ntime)  )
511!
512!--       Read _FillValue attributes
513          CALL netcdf_data_input_att( fill_eutm, char_fillvalue,               &
514                                      id_vm, '', .NOT. global_attribute, '',   &
515                                      char_eutm // TRIM( dum ) )
516          CALL netcdf_data_input_att( fill_nutm, char_fillvalue,               &
517                                      id_vm, '', .NOT. global_attribute, '',   &
518                                      char_nutm // TRIM( dum ) )
519          CALL netcdf_data_input_att( fill_zag, char_fillvalue,                &
520                                      id_vm, '', .NOT. global_attribute, '',   &
521                                      char_zag  // TRIM( dum ) )
522!
523!--       Read UTM and height coordinates coordinates for all trajectories and
524!--       times.
525          IF ( vmea(l)%trajectory )  THEN
526             CALL netcdf_data_input_var( e_utm, char_eutm // TRIM( dum ), id_vm,  &
527                                         0, dim_ntime-1, 0, vmea(l)%ntraj-1 )
528             CALL netcdf_data_input_var( n_utm, char_nutm // TRIM( dum ), id_vm,  &
529                                         0, dim_ntime-1, 0, vmea(l)%ntraj-1 )
530             CALL netcdf_data_input_var( z_ag, char_zag // TRIM( dum ), id_vm,  &
531                                         0, dim_ntime-1, 0, vmea(l)%ntraj-1 )
532          ELSE
533             CALL netcdf_data_input_var( e_utm(1,:), char_eutm // TRIM( dum ), id_vm )
534             CALL netcdf_data_input_var( n_utm(1,:), char_nutm // TRIM( dum ), id_vm )
535             CALL netcdf_data_input_var( z_ag(1,:),  char_zag  // TRIM( dum ), id_vm )
536          ENDIF
537!
538!--       Based on UTM coordinates, check if the measurement station or parts
539!--       of the trajectory is on subdomain. This case, setup grid index space
540!--       sample these quantities.
541          ns = 0
542          DO  t = 1, vmea(l)%ntraj
543!
544!--          Determine the individual time coordinate length for each station and
545!--          trajectory. This is required as several stations and trajectories
546!--          are merged into one file but they do not have the same number of
547!--          points in time, hence, missing values may occur and cannot be
548!--          processed further.
549             vmea(l)%dim_t(t) = 0
550             DO  n = 1, dim_ntime
551                IF ( e_utm(t,n) /= fill_eutm  .AND.                            &
552                     n_utm(t,n) /= fill_nutm  .AND.                            &
553                     z_ag(t,n)  /= fill_zag )  vmea(l)%dim_t(t) = n
554             ENDDO
555!             
556!--          First, compute relative x- and y-coordinates with respect to the
557!--          lower-left origin of the model domain, which is the difference
558!--          betwen UTM coordinates.
559           
560             e_utm(t,1:vmea(l)%dim_t(t)) = e_utm(t,1:vmea(l)%dim_t(t))         &
561                                         - init_model%origin_x
562             n_utm(t,1:vmea(l)%dim_t(t)) = n_utm(t,1:vmea(l)%dim_t(t))         &
563                                         - init_model%origin_y
564!
565!--          Compute grid indices relative to origin and check if these are
566!--          on the subdomain. Note, virtual measurements will be taken also
567!--          at grid points surrounding the station, hence, check also for
568!--          these grid points.
569             vmea(l)%ngp(t) = 0
570             k_prev = -999
571             j_prev = -999
572             i_prev = -999
573             DO  n = 1, vmea(l)%dim_t(t)
574                is = INT( ( e_utm(t,n) + 0.5_wp * dx ) * ddx, KIND = iwp )
575                js = INT( ( n_utm(t,n) + 0.5_wp * dy ) * ddy, KIND = iwp )             
576!
577!--             Is the observation point on subdomain?
578                on_pe = ( is >= nxl  .AND.  is <= nxr  .AND.                   &
579                          js >= nys  .AND.  js <= nyn )
580!
581!--             If the measurement is on subdomain, determine vertical index
582!--             which refers to the observation height above ground level.
583                ks = k_prev
584                IF ( on_pe )  THEN
585                   ksurf = get_topography_top_index_ji( js, is, 's' )
586                   ks = MINLOC( ABS( zu - zw(ksurf) - z_ag(t,n) ), DIM = 1 ) - 1
587                ENDIF
588!
589!--             Count the number of observation points in index space on
590!--             subdomain. Only increment if grid indices are different from
591!--             the previous one.
592                IF ( on_pe  .AND.  is /= i_prev  .AND.  js /= j_prev  .AND.    &
593                                   ks /= k_prev )  THEN
594                   ns             = ns             + 1
595                   vmea(l)%ngp(t) = vmea(l)%ngp(t) + 1
596                ENDIF
597
598!--             Store arrays for next iteration - avoid double counting
599                i_prev = is
600                j_prev = js
601                k_prev = ks
602             ENDDO
603             
604          ENDDO
605
606!
607!--       Store number of observation points on subdomain and allocate index
608!--       arrays.
609          vmea(l)%ns = ns
610         
611          ALLOCATE( vmea(l)%i(1:vmea(l)%ns) )
612          ALLOCATE( vmea(l)%j(1:vmea(l)%ns) )
613          ALLOCATE( vmea(l)%k(1:vmea(l)%ns) )
614         
615!           print*, "Num ns: ", vmea(l)%ns, "per traj", vmea(l)%ngp(:)
616!
617!--       Repeat the prior loop and save the grid indices relevant for
618!--       sampling.
619          ns = 0
620          DO  t = 1, vmea(l)%ntraj
621!
622!--          Compute grid indices relative to origin and check if these are
623!--          on the subdomain. Note, virtual measurements will be taken also
624!--          at grid points surrounding the station, hence, check also for
625!--          these grid points.
626             k_prev = -999
627             j_prev = -999
628             i_prev = -999
629             DO  n = 1, vmea(l)%dim_t(t)
630                is = INT( ( e_utm(t,n) + 0.5_wp * dx ) * ddx, KIND = iwp )
631                js = INT( ( n_utm(t,n) + 0.5_wp * dy ) * ddy, KIND = iwp )             
632!
633!--             Is the observation point on subdomain?
634                on_pe = ( is >= nxl  .AND.  is <= nxr  .AND.                   &
635                          js >= nys  .AND.  js <= nyn )
636!
637!--             If the measurement is on subdomain, determine vertical index
638!--             which refers to the observation height above ground level.
639                ks = k_prev
640                IF ( on_pe )  THEN
641                   ksurf = get_topography_top_index_ji( js, is, 's' )
642                   ks = MINLOC( ABS( zu - zw(ksurf) - z_ag(t,n) ), DIM = 1 ) - 1
643                ENDIF
644!
645!--             Count the number of observation points in index space on
646!--             subdomain. Only increment if grid indices are different from
647!--             the previous one.
648                IF ( on_pe  .AND.  is /= i_prev  .AND.  js /= j_prev  .AND.    &
649                                   ks /= k_prev )  THEN
650                   ns             = ns + 1
651                   vmea(l)%i(ns)  = is
652                   vmea(l)%j(ns)  = js
653                   vmea(l)%k(ns)  = ks
654                ENDIF
655!
656!--             Store arrays for next iteration - avoid double counting
657                i_prev = is
658                j_prev = js
659                k_prev = ks
660             ENDDO
661             
662          ENDDO
663!
664!--       Allocate array to save the sampled values.
665!--       Todo: Is it better to allocate for all variables at a station
666!--       and store all the values before writing, or sample the variables
667!--       directly in the data output?
668          ALLOCATE( vmea(l)%measured_vars(1:vmea(l)%nvar,1:vmea(l)%ns) )
669!
670!--       Initialize with _FillValue
671          vmea(l)%measured_vars(1:vmea(l)%nvar,1:vmea(l)%ns) = vmea(l)%fillout
672!
673!--       Deallocate temporary coordinate arrays
674          IF ( ALLOCATED( e_utm ) )  DEALLOCATE( e_utm )
675          IF ( ALLOCATED( n_utm ) )  DEALLOCATE( n_utm )
676          IF ( ALLOCATED( z_ag  ) )  DEALLOCATE( z_ag  )
677       ENDIF
678    ENDDO
679    flush(9)
680   
681!
682!-- Close input file for virtual measurements. Therefore, just call
683!-- the read attribute routine with the "close" option.
684    CALL netcdf_data_input_att( nvm, char_numstations, id_vm, '',              &
685                                global_attribute, 'close', '' )
686  END SUBROUTINE vm_init
687 
688 
689!------------------------------------------------------------------------------!
690! Description:
691! ------------
692!> Sampling of the actual quantities along the observation coordinates
693!------------------------------------------------------------------------------!
694  SUBROUTINE vm_sampling
695
696    USE arrays_3d !,                                                             &
697!         ONLY:  pt
698
699    USE surface_mod
700   
701     IMPLICIT NONE
702     
703     CHARACTER(LEN=10) ::  trimvar !< dummy for the measured variable name
704     
705     INTEGER(iwp) ::  l !<
706     INTEGER(iwp) ::  m !<
707     INTEGER(iwp) ::  var !<
708     
709     INTEGER(iwp) ::  mm, j, i
710
711!
712!--  Loop over all stations. For each possible variable loop over all
713!--  observation points
714     DO  l = 1, nvm
715!
716!--     Loop over all measured variables. Please note, for the moment
717!--     the same indices for scalar and velocity components are used.
718!--     ToDo: Revise this later.
719        DO  m = 1, vmea(l)%ns
720           j = vmea(l)%j(m)
721           i = vmea(l)%i(m)
722!           
723!            IF ( i >= nxl  .AND.  i <= nxr  .AND.                               &
724!                 j >= nys  .AND.  j <= nyn )  THEN
725!               IF ( surf_def_h(0)%start_index(j,i) <= &
726!                    surf_def_h(0)%end_index(j,i) )  THEN
727!                  mm = surf_def_h(0)%end_index(j,i)
728!               
729!                  surf_def_h(0)%pt_surface(mm) = -99.0
730!               ENDIF
731!            ENDIF
732!         ENDDO
733!         DO  var = 1, vmea(l)%nvar
734!            trimvar = TRIM( vmea(l)%measured_vars_name(var) )
735!           
736!            IF ( TRIM( trimvar ) == 'theta' )  THEN           
737!               DO  m = 1, vmea(l)%ns
738!                  vmea(l)%measured_vars(var,m) = pt(vmea(l)%k(m),vmea(l)%j(m),vmea(l)%i(m))
739!               ENDDO
740!            ENDIF           
741!            IF ( TRIM( trimvar ) == 'w' )  THEN           
742!               DO  m = 1, vmea(l)%ns
743!                  vmea(l)%measured_vars(var,m) = w(vmea(l)%k(m),vmea(l)%j(m),vmea(l)%i(m))
744!               ENDDO
745!            ENDIF
746!            IF ( TRIM( trimvar ) == 'v' )  THEN           
747!               DO  m = 1, vmea(l)%ns
748!                  vmea(l)%measured_vars(var,m) = v(vmea(l)%k(m),vmea(l)%j(m),vmea(l)%i(m))
749!               ENDDO
750!            ENDIF
751!            IF ( TRIM( trimvar ) == 'u' )  THEN           
752!               DO  m = 1, vmea(l)%ns
753!                  vmea(l)%measured_vars(var,m) = u(vmea(l)%k(m),vmea(l)%j(m),vmea(l)%i(m))
754!               ENDDO
755!            ENDIF
756        ENDDO
757
758     ENDDO
759     
760  END SUBROUTINE vm_sampling
761 
762
763 END MODULE virtual_measurement_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.