Ignore:
Timestamp:
Apr 30, 2015 7:05:52 AM (9 years ago)
Author:
maronga
Message:

Added support for RRTMG radiation code

File:
1 edited

Legend:

Unmodified
Added
Removed
  • palm/trunk/SOURCE/radiation_model.f90

    r1572 r1585  
    1515! PALM. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
    1616!
    17 ! Copyright 1997-2014 Leibniz Universitaet Hannover
     17! Copyright 1997-2015 Leibniz Universitaet Hannover
    1818!--------------------------------------------------------------------------------!
    1919!
    2020! Current revisions:
    2121! -----------------
    22 !
     22! Added support for RRTMG
    2323!
    2424! Former revisions:
     
    4040! Description:
    4141! ------------
    42 ! Radiation model(s), to be used e.g. with the land surface scheme
     42! Radiation models and interfaces
     43! To do: move variable definitions used in init_radiation only to the subroutine
     44! as they are no longer required after initialization.
     45! Note that many variables have a leading dummy dimension (0:0) in order to
     46! match the assume-size shape expected by the RRTMG model
     47!
     48! To do:
     49! - Output of full column vertical profiles used in RRTMG
     50! - Output of other rrtm arrays (such as volume mixing ratios)
     51! - Adapt for use with topography
     52! - Remove 3D dummy arrays (such as clear-sky output)
    4353!------------------------------------------------------------------------------!
    4454
    4555    USE arrays_3d,                                                             &
    46         ONLY: pt
     56        ONLY:  hyp, pt, q, ql, zw
     57
     58    USE cloud_parameters,                                                      &
     59        ONLY:  cp, l_v, nc_const, rho_l, sigma_gc 
     60
     61    USE constants,                                                             &
     62        ONLY:  pi
    4763
    4864    USE control_parameters,                                                    &
    49         ONLY: phi, surface_pressure, time_since_reference_point
     65        ONLY:  cloud_droplets, cloud_physics, g, initializing_actions,         &
     66               large_scale_forcing, lsf_surf, phi, pt_surface,                 &
     67               surface_pressure, time_since_reference_point
    5068
    5169    USE indices,                                                               &
    52         ONLY:  nxlg, nxrg, nyng, nysg, nzb_s_inner
     70        ONLY:  nxl, nxlg, nxr, nxrg, nyn, nyng, nys, nysg, nzb_s_inner, nzb, nzt
    5371
    5472    USE kinds
     73
     74    USE netcdf
    5575
    5676    USE netcdf_control,                                                        &
    5777        ONLY:  dots_label, dots_num, dots_unit
    5878
     79#if defined ( __rrtmg )
     80    USE parrrsw,                                                               &
     81        ONLY:  naerec, nbndsw
     82
     83    USE parrrtm,                                                               &
     84        ONLY:  nbndlw
     85
     86    USE rrtmg_lw_init,                                                         &
     87        ONLY:  rrtmg_lw_ini
     88
     89    USE rrtmg_sw_init,                                                         &
     90        ONLY:  rrtmg_sw_ini
     91
     92    USE rrtmg_lw_rad,                                                          &
     93        ONLY:  rrtmg_lw
     94
     95    USE rrtmg_sw_rad,                                                          &
     96        ONLY:  rrtmg_sw
     97#endif
     98
     99
    59100
    60101    IMPLICIT NONE
    61102
    62     CHARACTER(10) :: radiation_scheme = 'clear-sky' ! 'constant', 'clear-sky', or 'rrtm'
    63 
    64     INTEGER(iwp) :: i, j, k
    65 
    66 
    67     INTEGER(iwp) :: day_init     = 172,  & !: day of the year at model start (21/06)
    68                     dots_rad     = 0,    & !: starting index for timeseries output
    69                     irad_scheme  = 0
    70 
    71     LOGICAL :: radiation = .FALSE.  !: flag parameter indicating wheather the radiation model is used
    72 
    73     REAL(wp), PARAMETER :: sw_0 = 1368.0_wp, &    !: solar constant 
    74                            pi = 3.14159265358979323_wp, &
    75                            sigma_sb  = 5.67E-8_wp !: Stefan-Boltzmann constant
     103    CHARACTER(10) :: radiation_scheme = 'clear-sky' ! 'constant', 'clear-sky', or 'rrtmg'
     104
     105!
     106!-- Predefined Land surface classes (albedo_type) after Briegleb (1992)
     107    CHARACTER(37), DIMENSION(0:16), PARAMETER :: albedo_type_name = (/    &
     108                                   'user defined',                         & !  0
     109                                   'ocean',                                & !  1
     110                                   'mixed farming, tall grassland',        & !  2
     111                                   'tall/medium grassland',                & !  3
     112                                   'evergreen shrubland',                  & !  4
     113                                   'short grassland/meadow/shrubland',     & !  5
     114                                   'evergreen needleleaf forest',          & !  6
     115                                   'mixed deciduous evergreen forest',     & !  7
     116                                   'deciduous forest',                     & !  8
     117                                   'tropical evergreen broadleaved forest',& !  9
     118                                   'medium/tall grassland/woodland',       & ! 10
     119                                   'desert, sandy',                        & ! 11
     120                                   'desert, rocky',                        & ! 12
     121                                   'tundra',                               & ! 13
     122                                   'landice',                              & ! 14
     123                                   'sea ice',                              & ! 15
     124                                   'snow'                                  & ! 16
     125                                                         /)
     126
     127    INTEGER(iwp) :: albedo_type  = 5,    & !: Albedo surface type (default: short grassland)
     128                    day,                 & !: current day of the year
     129                    day_init     = 172,  & !: day of the year at model start (21/06)
     130                    dots_rad     = 0       !: starting index for timeseries output
     131
     132
     133
     134
     135
     136
     137    LOGICAL ::  constant_albedo = .FALSE., & !: flag parameter indicating whether the albedo may change depending on zenith
     138                lw_radiation = .TRUE.,     & !: flag parameter indicing whether longwave radiation shall be calculated
     139                radiation = .FALSE.,       & !: flag parameter indicating whether the radiation model is used
     140                sun_up    = .TRUE.,        & !: flag parameter indicating whether the sun is up or down
     141                sw_radiation = .TRUE.        !: flag parameter indicing whether shortwave radiation shall be calculated
     142
     143    REAL(wp), PARAMETER :: sigma_sb       = 5.67E-8_wp, & !: Stefan-Boltzmann constant
     144                           solar_constant = 1368.0_wp     !: solar constant at top of atmosphere
    76145 
    77     REAL(wp) :: albedo = 0.2_wp,             & !: NAMELIST alpha
    78                 dt_radiation = 0.0_wp,       & !: radiation model timestep
    79                 exn,                         & !: Exner function
    80                 lon = 0.0_wp,                & !: longitude in radians
    81                 lat = 0.0_wp,                & !: latitude in radians
    82                 decl_1,                      & !: declination coef. 1
    83                 decl_2,                      & !: declination coef. 2
    84                 decl_3,                      & !: declination coef. 3
    85                 time_utc,                    & !: current time in UTC
    86                 time_utc_init = 43200.0_wp,  & !: UTC time at model start (noon)
    87                 day,                         & !: current day of the year
    88                 lambda = 0.0_wp,             & !: longitude in degrees
    89                 declination,                 & !: solar declination angle
    90                 net_radiation = 0.0_wp,      & !: net radiation at surface
    91                 hour_angle,                  & !: solar hour angle
    92                 time_radiation = 0.0_wp,     &
    93                 zenith,                      & !: solar zenith angle
    94                 sky_trans                      !: sky transmissivity
     146    REAL(wp) :: albedo = 9999999.9_wp,        & !: NAMELIST alpha
     147                albedo_lw_dif = 9999999.9_wp, & !: NAMELIST aldif
     148                albedo_lw_dir = 9999999.9_wp, & !: NAMELIST aldir
     149                albedo_sw_dif = 9999999.9_wp, & !: NAMELIST asdif
     150                albedo_sw_dir = 9999999.9_wp, & !: NAMELIST asdir
     151                dt_radiation = 0.0_wp,        & !: radiation model timestep
     152                emissivity = 0.95_wp,         & !: NAMELIST surface emissivity
     153                exn,                          & !: Exner function
     154                lon = 0.0_wp,                 & !: longitude in radians
     155                lat = 0.0_wp,                 & !: latitude in radians
     156                decl_1,                       & !: declination coef. 1
     157                decl_2,                       & !: declination coef. 2
     158                decl_3,                       & !: declination coef. 3
     159                time_utc,                     & !: current time in UTC
     160                time_utc_init = 43200.0_wp,   & !: UTC time at model start (noon)
     161                lambda = 0.0_wp,              & !: longitude in degrees
     162                net_radiation = 0.0_wp,       & !: net radiation at surface
     163                time_radiation = 0.0_wp,      & !: time since last call of radiation code
     164                sky_trans                       !: sky transmissivity
     165
     166
     167    REAL(wp), DIMENSION(0:0) ::  zenith        !: solar zenith angle
    95168
    96169    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE :: &
    97                 alpha,                       & !: surface albedo
     170                alpha,                       & !: surface broadband albedo (used for clear-sky scheme)
    98171                rad_net,                     & !: net radiation at the surface
    99                 rad_net_av,                  & !: average of rad_net
    100                 rad_lw_in,                   & !: incoming longwave radiation
    101                 rad_lw_out,                  & !: outgoing longwave radiation
    102                 rad_sw_in,                   & !: incoming shortwave radiation
    103                 rad_sw_in_av,                & !: average of rad_sw_in
    104                 rad_sw_out                     !: outgoing shortwave radiation
    105 
     172                rad_net_av                     !: average of rad_net
     173
     174!
     175!-- Land surface albedos for solar zenith angle of 60° after Briegleb (1992)     
     176!-- (shortwave, longwave, broadband):   sw,      lw,      bb,
     177    REAL(wp), DIMENSION(0:2,1:15), PARAMETER :: albedo_pars = RESHAPE( (/&
     178                                   0.06_wp, 0.06_wp, 0.06_wp,            & !  1
     179                                   0.09_wp, 0.28_wp, 0.19_wp,            & !  2
     180                                   0.11_wp, 0.33_wp, 0.23_wp,            & !  3
     181                                   0.11_wp, 0.33_wp, 0.23_wp,            & !  4
     182                                   0.14_wp, 0.34_wp, 0.25_wp,            & !  5
     183                                   0.06_wp, 0.22_wp, 0.14_wp,            & !  6
     184                                   0.06_wp, 0.27_wp, 0.17_wp,            & !  7
     185                                   0.06_wp, 0.31_wp, 0.19_wp,            & !  8
     186                                   0.06_wp, 0.22_wp, 0.14_wp,            & !  9
     187                                   0.06_wp, 0.28_wp, 0.18_wp,            & ! 10
     188                                   0.35_wp, 0.51_wp, 0.43_wp,            & ! 11
     189                                   0.24_wp, 0.40_wp, 0.32_wp,            & ! 12
     190                                   0.10_wp, 0.27_wp, 0.19_wp,            & ! 13
     191                                   0.90_wp, 0.65_wp, 0.77_wp,            & ! 14
     192                                   0.95_wp, 0.70_wp, 0.82_wp             & ! 15
     193                                 /), (/ 3, 15 /) )
     194
     195    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE, TARGET :: &
     196                        rad_sw_in,                     & !: incoming shortwave radiation (W/m2)
     197                        rad_sw_in_av,                  & !: average of rad_sw_in
     198                        rad_sw_out,                    & !: outgoing shortwave radiation (W/m2)
     199                        rad_sw_out_av,                 & !: average of rad_sw_out
     200                        rad_lw_in,                     & !: incoming longwave radiation (W/m2)
     201                        rad_lw_in_av,                  & !: average of rad_lw_in
     202                        rad_lw_out,                    & !: outgoing longwave radiation (W/m2)
     203                        rad_lw_out_av                    !: average of rad_lw_out
     204
     205!
     206!-- Variables and parameters used in RRTMG only
     207#if defined ( __rrtmg )
     208    CHARACTER(LEN=12) :: rrtm_input_file = "RAD_SND_DATA" !: name of the NetCDF input file (sounding data)
     209
     210
     211!
     212!-- Flag parameters for RRTMGS (should not be changed)
     213    INTEGER(iwp), PARAMETER :: rrtm_inflglw  = 2, & !: flag for lw cloud optical properties (0,1,2)
     214                               rrtm_iceflglw = 0, & !: flag for lw ice particle specifications (0,1,2,3)
     215                               rrtm_liqflglw = 1, & !: flag for lw liquid droplet specifications
     216                               rrtm_inflgsw  = 2, & !: flag for sw cloud optical properties (0,1,2)
     217                               rrtm_iceflgsw = 0, & !: flag for sw ice particle specifications (0,1,2,3)
     218                               rrtm_liqflgsw = 1    !: flag for sw liquid droplet specifications
     219
     220!
     221!-- The following variables should be only changed with care, as this will
     222!-- require further setting of some variables, which is currently not
     223!-- implemented (aerosols, ice phase).
     224    INTEGER(iwp) :: nzt_rad,           & !: upper vertical limit for radiation calculations
     225                    rrtm_icld = 0,     & !: cloud flag (0: clear sky column, 1: cloudy column)
     226                    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)
     227                    rrtm_idrv = 0        !: longwave upward flux calculation option (0,1)
     228
     229    LOGICAL :: snd_exists = .FALSE.      !: flag parameter to check whether a user-defined input files exists
     230
     231    REAL(wp), PARAMETER :: mol_weight_air_d_wv = 1.607793_wp !: molecular weight dry air / water vapor
     232
     233    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE :: hyp_snd,     & !: hypostatic pressure from sounding data (hPa)
     234                                           q_snd,       & !: specific humidity from sounding data (kg/kg) - dummy at the moment
     235                                           rrtm_tsfc,   & !: dummy array for storing surface temperature
     236                                           t_snd          !: actual temperature from sounding data (hPa)
     237
     238    REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE :: aldif,         & !: longwave diffuse albedo solar angle of 60°
     239                                             aldir,         & !: longwave direct albedo solar angle of 60°
     240                                             asdif,         & !: shortwave diffuse albedo solar angle of 60°
     241                                             asdir,         & !: shortwave direct albedo solar angle of 60°
     242                                             rrtm_ccl4vmr,  & !: CCL4 volume mixing ratio (g/mol)
     243                                             rrtm_cfc11vmr, & !: CFC11 volume mixing ratio (g/mol)
     244                                             rrtm_cfc12vmr, & !: CFC12 volume mixing ratio (g/mol)
     245                                             rrtm_cfc22vmr, & !: CFC22 volume mixing ratio (g/mol)
     246                                             rrtm_ch4vmr,   & !: CH4 volume mixing ratio
     247                                             rrtm_cicewp,   & !: in-cloud ice water path (g/m²)
     248                                             rrtm_cldfr,    & !: cloud fraction (0,1)
     249                                             rrtm_cliqwp,   & !: in-cloud liquid water path (g/m²)
     250                                             rrtm_co2vmr,   & !: CO2 volume mixing ratio (g/mol)
     251                                             rrtm_emis,     & !: surface emissivity (0-1)   
     252                                             rrtm_h2ovmr,   & !: H2O volume mixing ratio
     253                                             rrtm_n2ovmr,   & !: N2O volume mixing ratio
     254                                             rrtm_o2vmr,    & !: O2 volume mixing ratio
     255                                             rrtm_o3vmr,    & !: O3 volume mixing ratio
     256                                             rrtm_play,     & !: pressure layers (hPa, zu-grid)
     257                                             rrtm_plev,     & !: pressure layers (hPa, zw-grid)
     258                                             rrtm_reice,    & !: cloud ice effective radius (microns)
     259                                             rrtm_reliq,    & !: cloud water drop effective radius (microns)
     260                                             rrtm_tlay,     & !: actual temperature (K, zu-grid)
     261                                             rrtm_tlev,     & !: actual temperature (K, zw-grid)
     262                                             rrtm_lwdflx,   & !: RRTM output of incoming longwave radiation flux (W/m2)
     263                                             rrtm_lwuflx,   & !: RRTM output of outgoing longwave radiation flux (W/m2)
     264                                             rrtm_lwhr,     & !: RRTM output of longwave radiation heating rate (K/d)
     265                                             rrtm_lwuflxc,  & !: RRTM output of incoming clear sky longwave radiation flux (W/m2)
     266                                             rrtm_lwdflxc,  & !: RRTM output of outgoing clear sky longwave radiation flux (W/m2)
     267                                             rrtm_lwhrc,    & !: RRTM output of incoming longwave clear sky radiation heating rate (K/d)
     268                                             rrtm_swdflx,   & !: RRTM output of incoming shortwave radiation flux (W/m2)
     269                                             rrtm_swuflx,   & !: RRTM output of outgoing shortwave radiation flux (W/m2)
     270                                             rrtm_swhr,     & !: RRTM output of shortwave radiation heating rate (K/d)
     271                                             rrtm_swuflxc,  & !: RRTM output of incoming clear sky shortwave radiation flux (W/m2)
     272                                             rrtm_swdflxc,  & !: RRTM output of outgoing clear sky shortwave radiation flux (W/m2)
     273                                             rrtm_swhrc       !: RRTM output of incoming shortwave clear sky radiation heating rate (K/d)
     274
     275!
     276!-- Definition of arrays that are currently not used for calling RRTMG (due to setting of flag parameters)
     277    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  rad_lw_cs_in,   & !: incoming clear sky longwave radiation (W/m2) (not used)
     278                                                rad_lw_cs_out,  & !: outgoing clear sky longwave radiation (W/m2) (not used)
     279                                                rad_lw_cs_hr,   & !: longwave clear sky radiation heating rate (K/d) (not used)
     280                                                rad_lw_hr,      & !: longwave radiation heating rate (K/d)
     281                                                rad_sw_cs_in,   & !: incoming clear sky shortwave radiation (W/m2) (not used)
     282                                                rad_sw_cs_out,  & !: outgoing clear sky shortwave radiation (W/m2) (not used)
     283                                                rad_sw_cs_hr,   & !: shortwave clear sky radiation heating rate (K/d) (not used)
     284                                                rad_sw_hr,      & !: shortwave radiation heating rate (K/d)
     285                                                rrtm_aldif,     & !: surface albedo for longwave diffuse radiation
     286                                                rrtm_aldir,     & !: surface albedo for longwave direct radiation
     287                                                rrtm_asdif,     & !: surface albedo for shortwave diffuse radiation
     288                                                rrtm_asdir,     & !: surface albedo for shortwave direct radiation
     289                                                rrtm_lw_tauaer, & !: lw aerosol optical depth
     290                                                rrtm_lw_taucld, & !: lw in-cloud optical depth
     291                                                rrtm_sw_taucld, & !: sw in-cloud optical depth
     292                                                rrtm_sw_ssacld, & !: sw in-cloud single scattering albedo
     293                                                rrtm_sw_asmcld, & !: sw in-cloud asymmetry parameter
     294                                                rrtm_sw_fsfcld, & !: sw in-cloud forward scattering fraction
     295                                                rrtm_sw_tauaer, & !: sw aerosol optical depth
     296                                                rrtm_sw_ssaaer, & !: sw aerosol single scattering albedo
     297                                                rrtm_sw_asmaer, & !: sw aerosol asymmetry parameter
     298                                                rrtm_sw_ecaer     !: sw aerosol optical detph at 0.55 microns (rrtm_iaer = 6 only)
     299#endif
    106300
    107301    INTERFACE init_radiation
     
    113307    END INTERFACE radiation_clearsky
    114308
    115     INTERFACE radiation_constant
    116        MODULE PROCEDURE radiation_constant
    117     END INTERFACE radiation_constant
    118 
    119     INTERFACE radiation_rrtm
    120        MODULE PROCEDURE radiation_rrtm
    121     END INTERFACE radiation_rrtm
    122 
     309    INTERFACE radiation_rrtmg
     310       MODULE PROCEDURE radiation_rrtmg
     311    END INTERFACE radiation_rrtmg
     312
     313    INTERFACE radiation_tendency
     314       MODULE PROCEDURE radiation_tendency
     315       MODULE PROCEDURE radiation_tendency_ij
     316    END INTERFACE radiation_tendency
    123317
    124318    SAVE
     
    126320    PRIVATE
    127321
    128     PUBLIC albedo, day_init, dots_rad, dt_radiation, init_radiation,           &
    129            irad_scheme, lambda, net_radiation, rad_net, rad_net_av, radiation, &
    130            radiation_clearsky, radiation_constant, radiation_rrtm,             &
    131            radiation_scheme, rad_sw_in, rad_sw_in_av, sigma_sb,                &
    132            time_radiation, time_utc_init
    133 
    134 
     322    PUBLIC albedo, albedo_type, albedo_type_name, albedo_lw_dif, albedo_lw_dir,&
     323           albedo_sw_dif, albedo_sw_dir, constant_albedo, day_init, dots_rad,  &
     324           dt_radiation, init_radiation, lambda, lw_radiation, net_radiation,  &
     325           rad_net, rad_net_av, radiation, radiation_clearsky,                 &
     326           radiation_rrtmg, radiation_scheme, radiation_tendency, rad_lw_in,   &
     327           rad_lw_in_av, rad_lw_out, rad_lw_out_av, rad_sw_in, rad_sw_in_av,   &
     328           rad_sw_out, rad_sw_out_av, sigma_sb, sw_radiation, time_radiation,  &
     329           time_utc_init
     330
     331#if defined ( __rrtmg )
     332    PUBLIC rrtm_aldif, rrtm_aldir, rrtm_asdif, rrtm_asdir
     333#endif
    135334
    136335 CONTAINS
     
    143342    SUBROUTINE init_radiation
    144343   
    145 
    146344       IMPLICIT NONE
    147345
    148        ALLOCATE ( alpha(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
    149        ALLOCATE ( rad_net(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
    150        ALLOCATE ( rad_lw_in(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
    151        ALLOCATE ( rad_lw_out(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
    152        ALLOCATE ( rad_sw_in(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
    153        ALLOCATE ( rad_sw_out(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
    154 
    155        rad_sw_in  = 0.0_wp
    156        rad_sw_out = 0.0_wp
    157        rad_lw_in  = 0.0_wp
    158        rad_lw_out = 0.0_wp
    159        rad_net    = 0.0_wp
    160 
    161        alpha = albedo
     346!
     347!--    Allocate array for storing the surface net radiation
     348       IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_net ) )  THEN
     349          ALLOCATE ( rad_net(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
     350          rad_net = 0.0_wp
     351       ENDIF
    162352
    163353!
    164354!--    Fix net radiation in case of radiation_scheme = 'constant'
    165        IF ( irad_scheme == 0 )  THEN
     355       IF ( radiation_scheme == 'constant' )  THEN
    166356          rad_net = net_radiation
    167 !
    168 !--    Calculate radiation scheme constants
    169        ELSEIF ( irad_scheme == 1 .OR. irad_scheme == 2 )  THEN
     357          radiation = .FALSE.
     358!
     359!--    Calculate orbital constants
     360       ELSE
    170361          decl_1 = SIN(23.45_wp * pi / 180.0_wp)
    171362          decl_2 = 2.0_wp * pi / 365.0_wp
    172363          decl_3 = decl_2 * 81.0_wp
    173 !
    174 !--       Calculate latitude and longitude angles (lat and lon, respectively)
    175           lat = phi * pi / 180.0_wp
    176           lon = lambda * pi / 180.0_wp
     364          lat    = phi * pi / 180.0_wp
     365          lon    = lambda * pi / 180.0_wp
    177366       ENDIF
     367
     368
     369       IF ( radiation_scheme == 'clear-sky' )  THEN
     370
     371          ALLOCATE ( alpha(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
     372
     373          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_sw_in ) )  THEN
     374             ALLOCATE ( rad_sw_in(0:0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
     375          ENDIF
     376          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_sw_out ) )  THEN
     377             ALLOCATE ( rad_sw_out(0:0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
     378          ENDIF
     379
     380          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_sw_in_av ) )  THEN
     381             ALLOCATE ( rad_sw_in_av(0:0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
     382          ENDIF
     383          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_sw_out_av ) )  THEN
     384             ALLOCATE ( rad_sw_out_av(0:0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
     385          ENDIF
     386
     387          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_lw_in ) )  THEN
     388             ALLOCATE ( rad_lw_in(0:0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
     389          ENDIF
     390          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_lw_out ) )  THEN
     391             ALLOCATE ( rad_lw_out(0:0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
     392          ENDIF
     393
     394          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_lw_in_av ) )  THEN
     395             ALLOCATE ( rad_lw_in_av(0:0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
     396          ENDIF
     397          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_lw_out_av ) )  THEN
     398             ALLOCATE ( rad_lw_out_av(0:0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
     399          ENDIF
     400
     401          rad_sw_in  = 0.0_wp
     402          rad_sw_out = 0.0_wp
     403          rad_lw_in  = 0.0_wp
     404          rad_lw_out = 0.0_wp
     405
     406!
     407!--       Overwrite albedo if manually set in parameter file
     408          IF ( albedo_type /= 0 .AND. albedo == 9999999.9_wp )  THEN
     409             albedo = albedo_pars(2,albedo_type)
     410          ENDIF
     411   
     412          alpha = albedo
     413 
     414!
     415!--    Initialization actions for RRTMG
     416       ELSEIF ( radiation_scheme == 'rrtmg' )  THEN
     417#if defined ( __rrtmg )
     418!
     419!--       Allocate albedos
     420          ALLOCATE ( rrtm_aldif(0:0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
     421          ALLOCATE ( rrtm_aldir(0:0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
     422          ALLOCATE ( rrtm_asdif(0:0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
     423          ALLOCATE ( rrtm_asdir(0:0,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
     424          ALLOCATE ( aldif(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
     425          ALLOCATE ( aldir(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
     426          ALLOCATE ( asdif(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
     427          ALLOCATE ( asdir(nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
     428
     429          IF ( albedo_type /= 0 )  THEN
     430             IF ( albedo_lw_dif == 9999999.9_wp )  THEN
     431                albedo_lw_dif = albedo_pars(0,albedo_type)
     432                albedo_lw_dir = albedo_lw_dif
     433             ENDIF
     434             IF ( albedo_sw_dif == 9999999.9_wp )  THEN
     435                albedo_sw_dif = albedo_pars(1,albedo_type)
     436                albedo_sw_dir = albedo_sw_dif
     437             ENDIF
     438          ENDIF
     439
     440          aldif(:,:) = albedo_lw_dif
     441          aldir(:,:) = albedo_lw_dir
     442          asdif(:,:) = albedo_sw_dif
     443          asdir(:,:) = albedo_sw_dir
     444!
     445!--       Calculate initial values of current (cosine of) the zenith angle and
     446!--       whether the sun is up
     447          CALL calc_zenith     
     448!
     449!--       Calculate initial surface albedo
     450          IF ( .NOT. constant_albedo )  THEN
     451             CALL calc_albedo
     452          ELSE
     453             rrtm_aldif(0,:,:) = aldif(:,:)
     454             rrtm_aldir(0,:,:) = aldir(:,:)
     455             rrtm_asdif(0,:,:) = asdif(:,:)
     456             rrtm_asdir(0,:,:) = asdir(:,:)   
     457          ENDIF
     458
     459!
     460!--       Allocate surface emissivity
     461          ALLOCATE ( rrtm_emis(0:0,1:nbndlw+1) )
     462          rrtm_emis = emissivity
     463
     464!
     465!--       Allocate 3d arrays of radiative fluxes and heating rates
     466          ALLOCATE ( rad_sw_hr(nzb+1:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
     467          ALLOCATE ( rad_sw_cs_in(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
     468          ALLOCATE ( rad_sw_cs_out(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
     469          ALLOCATE ( rad_sw_cs_hr(nzb+1:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
     470
     471          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_sw_in ) )  THEN
     472             ALLOCATE ( rad_sw_in(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
     473             rad_sw_in = 0.0_wp
     474
     475          ENDIF
     476
     477          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_sw_in_av ) )  THEN
     478             ALLOCATE ( rad_sw_in_av(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
     479             rad_sw_out = 0.0_wp
     480          ENDIF
     481
     482          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_sw_out ) )  THEN
     483             ALLOCATE ( rad_sw_out(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
     484          ENDIF
     485
     486          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_sw_out_av ) )  THEN
     487             ALLOCATE ( rad_sw_out_av(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
     488          ENDIF
     489
     490          ALLOCATE ( rad_lw_hr(nzb+1:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
     491          ALLOCATE ( rad_lw_cs_in(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
     492          ALLOCATE ( rad_lw_cs_out(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
     493          ALLOCATE ( rad_lw_cs_hr(nzb+1:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
     494
     495          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_lw_in ) )  THEN
     496             ALLOCATE ( rad_lw_in(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
     497             rad_lw_in     = 0.0_wp
     498          ENDIF
     499
     500          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_lw_in_av ) )  THEN
     501             ALLOCATE ( rad_lw_in_av(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
     502          ENDIF
     503
     504          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_lw_out ) )  THEN
     505             ALLOCATE ( rad_lw_out(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
     506            rad_lw_out    = 0.0_wp
     507          ENDIF
     508
     509          IF ( .NOT. ALLOCATED ( rad_lw_out_av ) )  THEN
     510             ALLOCATE ( rad_lw_out_av(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) )
     511          ENDIF
     512
     513          rad_sw_hr     = 0.0_wp
     514          rad_sw_cs_in  = 0.0_wp
     515          rad_sw_cs_out = 0.0_wp
     516          rad_sw_cs_hr  = 0.0_wp
     517
     518          rad_lw_hr     = 0.0_wp
     519          rad_lw_cs_in  = 0.0_wp
     520          rad_lw_cs_out = 0.0_wp
     521          rad_lw_cs_hr  = 0.0_wp
     522
     523!
     524!--       Allocate dummy array for storing surface temperature
     525          ALLOCATE ( rrtm_tsfc(1) )
     526
     527!
     528!--       Initialize RRTMG
     529          IF ( lw_radiation )  CALL rrtmg_lw_ini ( cp )
     530          IF ( sw_radiation )  CALL rrtmg_sw_ini ( cp )
     531
     532!
     533!--       Set input files for RRTMG
     534          INQUIRE(FILE="RAD_SND_DATA", EXIST=snd_exists)
     535          IF ( .NOT. snd_exists )  THEN
     536             rrtm_input_file = "rrtmg_lw.nc"
     537          ENDIF
     538
     539!
     540!--       Read vertical layers for RRTMG from sounding data
     541!--       The routine provides nzt_rad, hyp_snd(1:nzt_rad),
     542!--       t_snd(nzt+2:nzt_rad), rrtm_play(1:nzt_rad), rrtm_plev(1_nzt_rad+1),
     543!--       rrtm_tlay(nzt+2:nzt_rad), rrtm_tlev(nzt+2:nzt_rad+1)
     544          CALL read_sounding_data
     545
     546!
     547!--       Read trace gas profiles from file. This routine provides
     548!--       the rrtm_ arrays (1:nzt_rad+1)
     549          CALL read_trace_gas_data
     550#endif
     551       ENDIF
     552
     553!
     554!--    Perform user actions if required
     555       CALL user_init_radiation
     556
     557
    178558!
    179559!--    Add timeseries for radiation model
     560       dots_rad = dots_num + 1
    180561       dots_label(dots_num+1) = "rad_net"
    181        dots_label(dots_num+2) = "rad_sw_in"
    182        dots_unit(dots_num+1:dots_num+2) = "W/m2"
    183 
    184        dots_rad  = dots_num + 1
    185        dots_num  = dots_num + 2
     562       dots_label(dots_num+2) = "rad_lw_in"
     563       dots_label(dots_num+3) = "rad_lw_out"
     564       dots_label(dots_num+4) = "rad_sw_in"
     565       dots_label(dots_num+5) = "rad_sw_out"
     566       dots_unit(dots_num+1:dots_num+5) = "W/m2"
     567       dots_num  = dots_num + 5
     568
     569!
     570!--    Output of albedos is only required for RRTMG
     571       IF ( radiation_scheme == 'rrtmg' )  THEN
     572          dots_label(dots_num+1) = "rrtm_aldif"
     573          dots_label(dots_num+2) = "rrtm_aldir"
     574          dots_label(dots_num+3) = "rrtm_asdif"
     575          dots_label(dots_num+4) = "rrtm_asdir"
     576          dots_unit(dots_num+1:dots_num+4) = ""
     577          dots_num  = dots_num + 4
     578       ENDIF
     579
     580!
     581!--    Calculate radiative fluxes at model start
     582       IF (  TRIM( initializing_actions ) /= 'read_restart_data' )  THEN
     583          IF ( radiation_scheme == 'clear-sky' )  THEN
     584              CALL radiation_clearsky
     585          ELSEIF ( radiation_scheme == 'rrtmg' )  THEN
     586             CALL radiation_rrtmg
     587          ENDIF
     588       ENDIF
    186589
    187590       RETURN
     
    196599!------------------------------------------------------------------------------!
    197600    SUBROUTINE radiation_clearsky
    198    
     601
     602       USE indices,                                                            &
     603           ONLY:  nbgp
    199604
    200605       IMPLICIT NONE
    201606
     607       INTEGER(iwp) :: i, j, k
     608
     609!
     610!--    Calculate current zenith angle
     611       CALL calc_zenith
     612
     613!
     614!--    Calculate sky transmissivity
     615       sky_trans = 0.6_wp + 0.2_wp * zenith(0)
     616
     617!
     618!--    Calculate value of the Exner function
     619       exn = (surface_pressure / 1000.0_wp )**0.286_wp
     620!
     621!--    Calculate radiation fluxes and net radiation (rad_net) for each grid
     622!--    point
     623       DO i = nxl, nxr
     624          DO j = nys, nyn
     625             k = nzb_s_inner(j,i)
     626             rad_sw_in(0,j,i)  = solar_constant * sky_trans * zenith(0)
     627             rad_sw_out(0,j,i) = alpha(j,i) * rad_sw_in(0,j,i)
     628             rad_lw_out(0,j,i) = sigma_sb * (pt(k,j,i) * exn)**4
     629             rad_lw_in(0,j,i)  = 0.8_wp * sigma_sb * (pt(k+1,j,i) * exn)**4
     630             rad_net(j,i)      = rad_sw_in(0,j,i) - rad_sw_out(0,j,i)          &
     631                                 + rad_lw_in(0,j,i) - rad_lw_out(0,j,i)
     632
     633          ENDDO
     634       ENDDO
     635
     636       CALL exchange_horiz_2d( rad_lw_in,  nbgp )
     637       CALL exchange_horiz_2d( rad_lw_out, nbgp )
     638       CALL exchange_horiz_2d( rad_sw_in,  nbgp )
     639       CALL exchange_horiz_2d( rad_sw_out, nbgp )
     640       CALL exchange_horiz_2d( rad_net,    nbgp )
     641
     642       RETURN
     643
     644    END SUBROUTINE radiation_clearsky
     645
     646
     647!------------------------------------------------------------------------------!
     648! Description:
     649! ------------
     650!-- Implementation of the RRTMG radiation_scheme
     651!------------------------------------------------------------------------------!
     652    SUBROUTINE radiation_rrtmg
     653
     654       USE indices,                                                            &
     655           ONLY:  nbgp
     656
     657       USE particle_attributes,                                                &
     658           ONLY:  grid_particles, number_of_particles, particles,              &
     659                  particle_advection_start, prt_count
     660
     661       IMPLICIT NONE
     662
     663#if defined ( __rrtmg )
     664
     665       INTEGER(iwp) :: i, j, k, n          !:
     666
     667       REAL(wp)     ::  s_r2      !: weighted sum over all droplets with r^2
     668       REAL(wp)     ::  s_r3      !: weighted sum over all droplets with r^3
     669
     670!
     671!--    Calculate current (cosine of) zenith angle and whether the sun is up
     672       CALL calc_zenith     
     673!
     674!--    Calculate surface albedo
     675       IF ( .NOT. constant_albedo )  THEN
     676          CALL calc_albedo
     677       ENDIF
     678
     679!
     680!--    Prepare input data for RRTMG
     681
     682!
     683!--    In case of large scale forcing with surface data, calculate new pressure
     684!--    profile. nzt_rad might be modified by these calls and all required arrays
     685!--    will then be re-allocated
     686       IF ( large_scale_forcing  .AND.  lsf_surf ) THEN
     687          CALL read_sounding_data
     688          CALL read_trace_gas_data
     689       ENDIF
     690!
     691!--    Loop over all grid points
     692       DO i = nxl, nxr
     693          DO j = nys, nyn
     694
     695!
     696!--          Prepare profiles of temperature and H2O volume mixing ratio
     697             rrtm_tlev(0,nzb+1) = pt(nzb,j,i)
     698
     699             DO k = nzb+1, nzt+1
     700                rrtm_tlay(0,k) = pt(k,j,i) * ( (hyp(k) ) / 100000.0_wp         &
     701                                 )**0.286_wp + ( l_v / cp ) * ql(k,j,i)
     702                rrtm_h2ovmr(0,k) = mol_weight_air_d_wv * (q(k,j,i) - ql(k,j,i))
     703
     704             ENDDO
     705
     706!
     707!--          Avoid temperature/humidity jumps at the top of the LES domain by
     708!--          linear interpolation from nzt+2 to nzt+7
     709             DO k = nzt+2, nzt+7
     710                rrtm_tlay(0,k) = rrtm_tlay(0,nzt+1)                            &
     711                              + ( rrtm_tlay(0,nzt+8) - rrtm_tlay(0,nzt+1) )    &
     712                              / ( rrtm_play(0,nzt+8) - rrtm_play(0,nzt+1) )    &
     713                              * ( rrtm_play(0,k) - rrtm_play(0,nzt+1) )
     714
     715                rrtm_h2ovmr(0,k) = rrtm_h2ovmr(0,nzt+1)                        &
     716                              + ( rrtm_h2ovmr(0,nzt+8) - rrtm_h2ovmr(0,nzt+1) )&
     717                              / ( rrtm_play(0,nzt+8)   - rrtm_play(0,nzt+1)   )&
     718                              * ( rrtm_play(0,k) - rrtm_play(0,nzt+1) )
     719
     720             ENDDO
     721
     722!--          Linear interpolate to zw grid
     723             DO k = nzb+2, nzt+8
     724                rrtm_tlev(0,k)   = rrtm_tlay(0,k-1) + (rrtm_tlay(0,k) -        &
     725                                   rrtm_tlay(0,k-1))                           &
     726                                   / ( rrtm_play(0,k) - rrtm_play(0,k-1) )     &
     727                                   * ( rrtm_plev(0,k) - rrtm_play(0,k-1) )
     728             ENDDO
     729
     730
     731!
     732!--          Calculate liquid water path and cloud fraction for each column.
     733!--          Note that LWP is required in g/m² instead of kg/kg m.
     734             rrtm_cldfr  = 0.0_wp
     735             rrtm_reliq  = 0.0_wp
     736             rrtm_cliqwp = 0.0_wp
     737
     738             DO k = nzb+1, nzt+1
     739                rrtm_cliqwp(0,k) =  ql(k,j,i) * 1000.0_wp *                      &
     740                                  (rrtm_plev(0,k) - rrtm_plev(0,k+1)) * 100.0_wp / g
     741
     742                IF ( rrtm_cliqwp(0,k) .GT. 0 )  THEN
     743                   rrtm_cldfr(0,k) = 1.0_wp
     744                   rrtm_icld = 1
     745
     746!
     747!--                Calculate cloud droplet effective radius
     748                   IF ( cloud_physics )  THEN
     749                      rrtm_reliq(0,k) = 1.0E6_wp * ( 3.0_wp * ql(k,j,i)          &
     750                                      / ( 4.0_wp * pi * nc_const * rho_l )     &
     751                                      )**0.33333333333333_wp                   &
     752                                     * EXP( LOG( sigma_gc )**2 )
     753
     754                   ELSEIF ( cloud_droplets )  THEN
     755                      number_of_particles = prt_count(k,j,i)
     756
     757                      IF (number_of_particles <= 0)  CYCLE
     758                      particles => grid_particles(k,j,i)%particles(1:number_of_particles)
     759                      s_r2 = 0.0_wp
     760                      s_r3 = 0.0_wp
     761
     762                      DO  n = 1, number_of_particles
     763                         IF ( particles(n)%particle_mask )  THEN
     764                            s_r2 = s_r2 + particles(n)%radius**2 * &
     765                                   particles(n)%weight_factor
     766                            s_r3 = s_r3 + particles(n)%radius**3 * &
     767                                   particles(n)%weight_factor
     768                         ENDIF
     769                      ENDDO
     770
     771                      IF ( s_r2 > 0.0_wp )  rrtm_reliq(0,k) = s_r3 / s_r2
     772
     773                   ENDIF
     774
     775!
     776!--                Limit effective radius
     777                   IF ( rrtm_reliq(0,k) .GT. 0.0_wp )  THEN
     778                      rrtm_reliq(0,k) = MAX(rrtm_reliq(0,k),2.5_wp)
     779                      rrtm_reliq(0,k) = MIN(rrtm_reliq(0,k),60.0_wp)
     780                  ENDIF
     781                ELSE
     782                   rrtm_icld = 0
     783                ENDIF
     784             ENDDO
     785
     786!
     787!--          Set surface temperature
     788             rrtm_tsfc = pt(nzb,j,i) * (surface_pressure / 1000.0_wp )**0.286_wp
     789
     790             IF ( lw_radiation )  THEN
     791               CALL rrtmg_lw( 1, nzt_rad      , rrtm_icld    , rrtm_idrv      ,&
     792               rrtm_play       , rrtm_plev    , rrtm_tlay    , rrtm_tlev      ,&
     793               rrtm_tsfc       , rrtm_h2ovmr  , rrtm_o3vmr   , rrtm_co2vmr    ,&
     794               rrtm_ch4vmr     , rrtm_n2ovmr  , rrtm_o2vmr   , rrtm_cfc11vmr  ,&
     795               rrtm_cfc12vmr   , rrtm_cfc22vmr, rrtm_ccl4vmr , rrtm_emis      ,&
     796               rrtm_inflglw    , rrtm_iceflglw, rrtm_liqflglw, rrtm_cldfr     ,&
     797               rrtm_lw_taucld  , rrtm_cicewp  , rrtm_cliqwp  , rrtm_reice     ,&
     798               rrtm_reliq      , rrtm_lw_tauaer,                               &
     799               rrtm_lwuflx     , rrtm_lwdflx  , rrtm_lwhr  ,                   &
     800               rrtm_lwuflxc    , rrtm_lwdflxc , rrtm_lwhrc )
     801
     802                DO k = nzb, nzt+1
     803                   rad_lw_in(k,j,i)  = rrtm_lwdflx(0,k)
     804                   rad_lw_out(k,j,i) = rrtm_lwuflx(0,k)
     805                ENDDO
     806
     807
     808             ENDIF
     809
     810             IF ( sw_radiation .AND. sun_up )  THEN
     811                CALL rrtmg_sw( 1, nzt_rad      , rrtm_icld  , rrtm_iaer       ,&
     812               rrtm_play       , rrtm_plev    , rrtm_tlay  , rrtm_tlev        ,&
     813               rrtm_tsfc       , rrtm_h2ovmr  , rrtm_o3vmr , rrtm_co2vmr      ,&
     814               rrtm_ch4vmr     , rrtm_n2ovmr  , rrtm_o2vmr , rrtm_asdir(:,j,i),&
     815               rrtm_asdif(:,j,i), rrtm_aldir(:,j,i), rrtm_aldif(:,j,i), zenith,&
     816               0.0_wp          , day          , solar_constant,   rrtm_inflgsw,&
     817               rrtm_iceflgsw   , rrtm_liqflgsw, rrtm_cldfr , rrtm_sw_taucld   ,&
     818               rrtm_sw_ssacld  , rrtm_sw_asmcld, rrtm_sw_fsfcld, rrtm_cicewp  ,&
     819               rrtm_cliqwp     , rrtm_reice   , rrtm_reliq , rrtm_sw_tauaer   ,&
     820               rrtm_sw_ssaaer     , rrtm_sw_asmaer  , rrtm_sw_ecaer ,          &
     821               rrtm_swuflx     , rrtm_swdflx  , rrtm_swhr  ,                   &
     822               rrtm_swuflxc    , rrtm_swdflxc , rrtm_swhrc )
     823 
     824                DO k = nzb, nzt+1
     825                   rad_sw_in(k,j,i)  = rrtm_swdflx(0,k)
     826                   rad_sw_out(k,j,i) = rrtm_swuflx(0,k)
     827                ENDDO
     828             ENDIF
     829
     830!
     831!--          Calculate surface net radiation
     832             rad_net(j,i) = rad_sw_in(nzb,j,i) - rad_sw_out(nzb,j,i)           &
     833                            + rad_lw_in(nzb,j,i) - rad_lw_out(nzb,j,i)
     834
     835          ENDDO
     836       ENDDO
     837
     838       CALL exchange_horiz( rad_lw_in,  nbgp )
     839       CALL exchange_horiz( rad_lw_out, nbgp )
     840       CALL exchange_horiz( rad_sw_in,  nbgp )
     841       CALL exchange_horiz( rad_sw_out, nbgp )
     842       CALL exchange_horiz_2d( rad_net, nbgp )
     843#endif
     844
     845    END SUBROUTINE radiation_rrtmg
     846
     847
     848!------------------------------------------------------------------------------!
     849! Description:
     850! ------------
     851!-- Calculate the cosine of the zenith angle (variable is called zenith)
     852!------------------------------------------------------------------------------!
     853    SUBROUTINE calc_zenith
     854
     855       IMPLICIT NONE
     856
     857       REAL(wp) ::  declination,  & !: solar declination angle
     858                    hour_angle      !: solar hour angle
    202859!
    203860!--    Calculate current day and time based on the initial values and simulation
    204861!--    time
    205        day = day_init + FLOOR( (time_utc_init + time_since_reference_point)    &
    206                                / 86400.0_wp )
     862       day = day_init + INT(FLOOR( (time_utc_init + time_since_reference_point)    &
     863                               / 86400.0_wp ), KIND=iwp)
    207864       time_utc = MOD((time_utc_init + time_since_reference_point), 86400.0_wp)
    208865
     
    210867!
    211868!--    Calculate solar declination and hour angle   
    212        declination = ASIN( decl_1 * SIN(decl_2 * day - decl_3) )
     869       declination = ASIN( decl_1 * SIN(decl_2 * REAL(day, KIND=wp) - decl_3) )
    213870       hour_angle  = 2.0_wp * pi * (time_utc / 86400.0_wp) + lon - pi
    214871
    215872!
    216873!--    Calculate zenith angle
    217        zenith = SIN(lat) * SIN(declination) + COS(lat) * COS(declination)       &
     874       zenith(0) = SIN(lat) * SIN(declination) + COS(lat) * COS(declination)      &
    218875                                            * COS(hour_angle)
    219        zenith = MAX(0.0_wp,zenith)
    220 
    221 !
    222 !--    Calculate sky transmissivity
    223        sky_trans = 0.6_wp + 0.2_wp * zenith
    224 
    225 !
    226 !--    Calculate value of the Exner function
    227        exn = (surface_pressure / 1000.0_wp )**0.286_wp
    228 
    229 !
    230 !--    Calculate radiation fluxes and net radiation (rad_net) for each grid
    231 !--    point
    232        DO i = nxlg, nxrg
    233           DO j = nysg, nyng
    234 
    235              k = nzb_s_inner(j,i)
    236              rad_sw_in(j,i)  = sw_0 * sky_trans * zenith
    237              rad_sw_out(j,i) = - alpha(j,i) * rad_sw_in(j,i)
    238              rad_lw_out(j,i) = - sigma_sb * (pt(k,j,i) * exn)**4
    239              rad_lw_in(j,i)  = 0.8_wp * sigma_sb * (pt(k+1,j,i) * exn)**4
    240              rad_net(j,i)    = rad_sw_in(j,i) + rad_sw_out(j,i)                &
    241                                 + rad_lw_in(j,i) + rad_lw_out(j,i)
    242 
     876       zenith(0) = MAX(0.0_wp,zenith(0))
     877
     878!
     879!--    Check if the sun is up (otheriwse shortwave calculations can be skipped)
     880       IF ( zenith(0) .GT. 0.0_wp )  THEN
     881          sun_up = .TRUE.
     882       ELSE
     883          sun_up = .FALSE.
     884       END IF
     885
     886    END SUBROUTINE calc_zenith
     887
     888#if defined ( __rrtmg )
     889!------------------------------------------------------------------------------!
     890! Description:
     891! ------------
     892!-- Calculates surface albedo components based on Briegleb (1992) and
     893!-- Briegleb et al. (1986)
     894!------------------------------------------------------------------------------!
     895    SUBROUTINE calc_albedo
     896
     897        IMPLICIT NONE
     898
     899        IF ( sun_up )  THEN
     900!
     901!--        Ocean
     902           IF ( albedo_type == 1 )  THEN
     903              rrtm_aldir(0,:,:) = 0.026_wp / ( zenith(0)**1.7_wp + 0.065_wp )  &
     904                                  + 0.15_wp * ( zenith(0) - 0.1_wp )           &
     905                                            * ( zenith(0) - 0.5_wp )           &
     906                                            * ( zenith(0) - 1.0_wp )
     907              rrtm_asdir(0,:,:) = rrtm_aldir(0,:,:)
     908!
     909!--        Snow
     910           ELSEIF ( albedo_type == 16 )  THEN
     911              IF ( zenith(0) < 0.5_wp )  THEN
     912                 rrtm_aldir(0,:,:) = 0.5_wp * (1.0_wp - aldif)                 &
     913                                     * ( 3.0_wp / (1.0_wp + 4.0_wp             &
     914                                     * zenith(0))) - 1.0_wp
     915                 rrtm_asdir(0,:,:) = 0.5_wp * (1.0_wp - asdif)                 &
     916                                     * ( 3.0_wp / (1.0_wp + 4.0_wp             &
     917                                     * zenith(0))) - 1.0_wp
     918
     919                 rrtm_aldir(0,:,:) = MIN(0.98_wp, rrtm_aldir(0,:,:))
     920                 rrtm_asdir(0,:,:) = MIN(0.98_wp, rrtm_asdir(0,:,:))
     921              ELSE
     922                 rrtm_aldir(0,:,:) = aldif
     923                 rrtm_asdir(0,:,:) = asdif
     924              ENDIF
     925!
     926!--        Sea ice
     927           ELSEIF ( albedo_type == 15 )  THEN
     928                 rrtm_aldir(0,:,:) = aldif
     929                 rrtm_asdir(0,:,:) = asdif
     930!
     931!--        Land surfaces
     932           ELSE
     933              SELECT CASE ( albedo_type )
     934
     935!
     936!--              Surface types with strong zenith dependence
     937                 CASE ( 1, 2, 3, 4, 11, 12, 13 )
     938                    rrtm_aldir(0,:,:) = aldif * 1.4_wp /                       &
     939                                        (1.0_wp + 0.8_wp * zenith(0))
     940                    rrtm_asdir(0,:,:) = asdif * 1.4_wp /                       &
     941                                        (1.0_wp + 0.8_wp * zenith(0))
     942!
     943!--              Surface types with weak zenith dependence
     944                 CASE ( 5, 6, 7, 8, 9, 10, 14 )
     945                    rrtm_aldir(0,:,:) = aldif * 1.1_wp /                       &
     946                                        (1.0_wp + 0.2_wp * zenith(0))
     947                    rrtm_asdir(0,:,:) = asdif * 1.1_wp /                       &
     948                                        (1.0_wp + 0.2_wp * zenith(0))
     949
     950                 CASE DEFAULT
     951
     952              END SELECT
     953           ENDIF
     954!
     955!--        Diffusive albedo is taken from Table 2
     956           rrtm_aldif(0,:,:) = aldif
     957           rrtm_asdif(0,:,:) = asdif
     958
     959        ELSE
     960
     961           rrtm_aldir(0,:,:) = 0.0_wp
     962           rrtm_asdir(0,:,:) = 0.0_wp
     963           rrtm_aldif(0,:,:) = 0.0_wp
     964           rrtm_asdif(0,:,:) = 0.0_wp
     965        ENDIF
     966    END SUBROUTINE calc_albedo
     967
     968!------------------------------------------------------------------------------!
     969! Description:
     970! ------------
     971!-- Read sounding data (pressure and temperature) from RADIATION_DATA.
     972!------------------------------------------------------------------------------!
     973    SUBROUTINE read_sounding_data
     974
     975       USE netcdf_control
     976
     977       IMPLICIT NONE
     978
     979       INTEGER(iwp) :: id, id_dim_zrad, id_var, k, nz_snd, nz_snd_start, nz_snd_end
     980
     981       REAL(wp) :: t_surface
     982
     983       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  hyp_snd_tmp, t_snd_tmp
     984
     985!
     986!--    In case of updates, deallocate arrays first (sufficient to check one
     987!--    array as the others are automatically allocated). This is required
     988!--    because nzt_rad might change during the update
     989       IF ( ALLOCATED ( hyp_snd ) )  THEN
     990          DEALLOCATE( hyp_snd )
     991          DEALLOCATE( t_snd )
     992          DEALLOCATE( q_snd  )
     993          DEALLOCATE ( rrtm_play )
     994          DEALLOCATE ( rrtm_plev )
     995          DEALLOCATE ( rrtm_tlay )
     996          DEALLOCATE ( rrtm_tlev )
     997          DEALLOCATE ( rrtm_h2ovmr )
     998          DEALLOCATE ( rrtm_cicewp )
     999          DEALLOCATE ( rrtm_cldfr )
     1000          DEALLOCATE ( rrtm_cliqwp )
     1001          DEALLOCATE ( rrtm_reice )
     1002          DEALLOCATE ( rrtm_reliq )
     1003          DEALLOCATE ( rrtm_lw_taucld )
     1004          DEALLOCATE ( rrtm_lw_tauaer )
     1005          DEALLOCATE ( rrtm_lwdflx  )
     1006          DEALLOCATE ( rrtm_lwuflx  )
     1007          DEALLOCATE ( rrtm_lwhr  )
     1008          DEALLOCATE ( rrtm_lwuflxc )
     1009          DEALLOCATE ( rrtm_lwdflxc )
     1010          DEALLOCATE ( rrtm_lwhrc )
     1011          DEALLOCATE ( rrtm_sw_taucld )
     1012          DEALLOCATE ( rrtm_sw_ssacld )
     1013          DEALLOCATE ( rrtm_sw_asmcld )
     1014          DEALLOCATE ( rrtm_sw_fsfcld )
     1015          DEALLOCATE ( rrtm_sw_tauaer )
     1016          DEALLOCATE ( rrtm_sw_ssaaer )
     1017          DEALLOCATE ( rrtm_sw_asmaer )
     1018          DEALLOCATE ( rrtm_sw_ecaer )   
     1019          DEALLOCATE ( rrtm_swdflx  )
     1020          DEALLOCATE ( rrtm_swuflx  )
     1021          DEALLOCATE ( rrtm_swhr  )
     1022          DEALLOCATE ( rrtm_swuflxc )
     1023          DEALLOCATE ( rrtm_swdflxc )
     1024          DEALLOCATE ( rrtm_swhrc )
     1025       ENDIF
     1026
     1027!
     1028!--    Open file for reading
     1029       nc_stat = NF90_OPEN( rrtm_input_file, NF90_NOWRITE, id )
     1030       CALL handle_netcdf_error( 'netcdf', 549 )
     1031
     1032!
     1033!--    Inquire dimension of z axis and save in nz_snd
     1034       nc_stat = NF90_INQ_DIMID( id, "Pressure", id_dim_zrad )
     1035       nc_stat = NF90_INQUIRE_DIMENSION( id, id_dim_zrad, len = nz_snd )
     1036       CALL handle_netcdf_error( 'netcdf', 551 )
     1037
     1038!
     1039! !--    Allocate temporary array for storing pressure data
     1040       ALLOCATE( hyp_snd_tmp(nzb+1:nz_snd) )
     1041       hyp_snd_tmp = 0.0_wp
     1042
     1043
     1044!--    Read pressure from file
     1045       nc_stat = NF90_INQ_VARID( id, "Pressure", id_var )
     1046       nc_stat = NF90_GET_VAR( id, id_var, hyp_snd_tmp(:), start = (/1/),    &
     1047                               count = (/nz_snd/) )
     1048       CALL handle_netcdf_error( 'netcdf', 552 )
     1049
     1050!
     1051!--    Allocate temporary array for storing temperature data
     1052       ALLOCATE( t_snd_tmp(nzb+1:nz_snd) )
     1053       t_snd_tmp = 0.0_wp
     1054
     1055!
     1056!--    Read temperature from file
     1057       nc_stat = NF90_INQ_VARID( id, "ReferenceTemperature", id_var )
     1058       nc_stat = NF90_GET_VAR( id, id_var, t_snd_tmp(:), start = (/1/),      &
     1059                               count = (/nz_snd/) )
     1060       CALL handle_netcdf_error( 'netcdf', 553 )
     1061
     1062!
     1063!--    Calculate start of sounding data
     1064       nz_snd_start = nz_snd + 1
     1065       nz_snd_end   = nz_snd_end
     1066
     1067!
     1068!--    Start filling vertical dimension at 10hPa above the model domain (hyp is
     1069!--    in Pa, hyp_snd in hPa).
     1070       DO  k = 1, nz_snd
     1071          IF ( hyp_snd_tmp(k) .LT. (hyp(nzt+1) - 1000.0_wp) * 0.01_wp )  THEN
     1072             nz_snd_start = k
     1073             EXIT
     1074          END IF
     1075       END DO
     1076
     1077       IF ( nz_snd_start .LE. nz_snd )  THEN
     1078          nz_snd_end = nz_snd - 1
     1079       END IF
     1080
     1081
     1082!
     1083!--    Calculate of total grid points for RRTMG calculations
     1084       nzt_rad = nzt + nz_snd_end - nz_snd_start + 2
     1085
     1086!
     1087!--    Save data above LES domain in hyp_snd, t_snd and q_snd
     1088!--    Note: q_snd_tmp is not calculated at the moment (dry residual atmosphere)
     1089       ALLOCATE( hyp_snd(nzb+1:nzt_rad) )
     1090       ALLOCATE( t_snd(nzb+1:nzt_rad)   )
     1091       ALLOCATE( q_snd(nzb+1:nzt_rad)   )
     1092       hyp_snd = 0.0_wp
     1093       t_snd = 0.0_wp
     1094       q_snd = 0.0_wp
     1095
     1096       hyp_snd(nzt+2:nzt_rad) = hyp_snd_tmp(nz_snd_start:nz_snd_end)
     1097       t_snd(nzt+2:nzt_rad)   = t_snd_tmp(nz_snd_start:nz_snd_end)
     1098
     1099       DEALLOCATE ( hyp_snd_tmp )
     1100       DEALLOCATE ( t_snd_tmp )
     1101
     1102       nc_stat = NF90_CLOSE( id )
     1103
     1104!
     1105!--    Calculate pressure levels on zu and zw grid. Sounding data is added at
     1106!--    top of the LES domain. This routine does not consider horizontal or
     1107!--    vertical variability of pressure and temperature
     1108       ALLOCATE ( rrtm_play(0:0,nzb+1:nzt_rad+1)   )
     1109       ALLOCATE ( rrtm_plev(0:0,nzb+1:nzt_rad+2)   )
     1110
     1111       t_surface = pt_surface * (surface_pressure / 1000.0_wp )**0.286_wp
     1112       DO k = nzb+1, nzt+1
     1113          rrtm_play(0,k) = hyp(k) * 0.01_wp
     1114          rrtm_plev(0,k) = surface_pressure * ( (t_surface - g/cp * zw(k-1)) / &
     1115                         t_surface )**(1.0_wp/0.286_wp)
     1116       ENDDO
     1117
     1118       DO k = nzt+2, nzt_rad
     1119          rrtm_play(0,k) = hyp_snd(k)
     1120          rrtm_plev(0,k) = 0.5_wp * ( rrtm_play(0,k) + rrtm_play(0,k-1) )
     1121       ENDDO
     1122       rrtm_plev(0,nzt_rad+1) = MAX( 0.5 * hyp_snd(nzt_rad),                   &
     1123                                   1.5 * hyp_snd(nzt_rad)                      &
     1124                                 - 0.5 * hyp_snd(nzt_rad-1) )
     1125       rrtm_plev(0,nzt_rad+2)  = MIN( 1.0E-4_wp,                               &
     1126                                      0.25_wp * rrtm_plev(0,nzt_rad+1) )
     1127
     1128       rrtm_play(0,nzt_rad+1) = 0.5 * rrtm_plev(0,nzt_rad+1)
     1129
     1130!
     1131!--    Calculate temperature/humidity levels at top of the LES domain.
     1132!--    Currently, the temperature is taken from sounding data (might lead to a
     1133!--    temperature jump at interface. To do: Humidity is currently not
     1134!--    calculated above the LES domain.
     1135       ALLOCATE ( rrtm_tlay(0:0,nzb+1:nzt_rad+1)   )
     1136       ALLOCATE ( rrtm_tlev(0:0,nzb+1:nzt_rad+2)   )
     1137       ALLOCATE ( rrtm_h2ovmr(0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
     1138
     1139       DO k = nzt+8, nzt_rad
     1140          rrtm_tlay(0,k)   = t_snd(k)
     1141          rrtm_h2ovmr(0,k) = q_snd(k)
     1142       ENDDO
     1143       rrtm_tlay(0,nzt_rad+1)   = 2.0_wp * rrtm_tlay(0,nzt_rad)                &
     1144                                  - rrtm_tlay(0,nzt_rad-1)
     1145       DO k = nzt+9, nzt_rad+1
     1146          rrtm_tlev(0,k)   = rrtm_tlay(0,k-1) + (rrtm_tlay(0,k)                &
     1147                             - rrtm_tlay(0,k-1))                               &
     1148                             / ( rrtm_play(0,k) - rrtm_play(0,k-1) )           &
     1149                             * ( rrtm_plev(0,k) - rrtm_play(0,k-1) )
     1150       ENDDO
     1151       rrtm_h2ovmr(0,nzt_rad+1) = rrtm_h2ovmr(0,nzt_rad)
     1152
     1153       rrtm_tlev(0,nzt_rad+2)   = 2.0_wp * rrtm_tlay(0,nzt_rad+1)              &
     1154                                  - rrtm_tlev(0,nzt_rad)
     1155!
     1156!--    Allocate remaining RRTMG arrays
     1157       ALLOCATE ( rrtm_cicewp(0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
     1158       ALLOCATE ( rrtm_cldfr(0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
     1159       ALLOCATE ( rrtm_cliqwp(0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
     1160       ALLOCATE ( rrtm_reice(0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
     1161       ALLOCATE ( rrtm_reliq(0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
     1162       ALLOCATE ( rrtm_lw_taucld(1:nbndlw+1,0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
     1163       ALLOCATE ( rrtm_lw_tauaer(0:0,nzb+1:nzt_rad+1,1:nbndlw+1) )
     1164       ALLOCATE ( rrtm_sw_taucld(1:nbndsw+1,0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
     1165       ALLOCATE ( rrtm_sw_ssacld(1:nbndsw+1,0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
     1166       ALLOCATE ( rrtm_sw_asmcld(1:nbndsw+1,0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
     1167       ALLOCATE ( rrtm_sw_fsfcld(1:nbndsw+1,0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
     1168       ALLOCATE ( rrtm_sw_tauaer(0:0,nzb+1:nzt_rad+1,1:nbndsw+1) )
     1169       ALLOCATE ( rrtm_sw_ssaaer(0:0,nzb+1:nzt_rad+1,1:nbndsw+1) )
     1170       ALLOCATE ( rrtm_sw_asmaer(0:0,nzb+1:nzt_rad+1,1:nbndsw+1) )
     1171       ALLOCATE ( rrtm_sw_ecaer(0:0,nzb+1:nzt_rad+1,1:naerec+1) )   
     1172
     1173!
     1174!--    The ice phase is currently not considered in PALM
     1175       rrtm_cicewp = 0.0_wp
     1176       rrtm_reice  = 0.0_wp
     1177
     1178!
     1179!--    Set other parameters (move to NAMELIST parameters in the future)
     1180       rrtm_lw_tauaer = 0.0_wp
     1181       rrtm_lw_taucld = 0.0_wp
     1182       rrtm_sw_taucld = 0.0_wp
     1183       rrtm_sw_ssacld = 0.0_wp
     1184       rrtm_sw_asmcld = 0.0_wp
     1185       rrtm_sw_fsfcld = 0.0_wp
     1186       rrtm_sw_tauaer = 0.0_wp
     1187       rrtm_sw_ssaaer = 0.0_wp
     1188       rrtm_sw_asmaer = 0.0_wp
     1189       rrtm_sw_ecaer  = 0.0_wp
     1190
     1191
     1192       ALLOCATE ( rrtm_swdflx(0:0,nzb:nzt_rad+1)  )
     1193       ALLOCATE ( rrtm_swuflx(0:0,nzb:nzt_rad+1)  )
     1194       ALLOCATE ( rrtm_swhr(0:0,nzb+1:nzt_rad+1)  )
     1195       ALLOCATE ( rrtm_swuflxc(0:0,nzb:nzt_rad+1) )
     1196       ALLOCATE ( rrtm_swdflxc(0:0,nzb:nzt_rad+1) )
     1197       ALLOCATE ( rrtm_swhrc(0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
     1198
     1199       rrtm_swdflx  = 0.0_wp
     1200       rrtm_swuflx  = 0.0_wp
     1201       rrtm_swhr    = 0.0_wp 
     1202       rrtm_swuflxc = 0.0_wp
     1203       rrtm_swdflxc = 0.0_wp
     1204       rrtm_swhrc   = 0.0_wp
     1205
     1206       ALLOCATE ( rrtm_lwdflx(0:0,nzb:nzt_rad+1)  )
     1207       ALLOCATE ( rrtm_lwuflx(0:0,nzb:nzt_rad+1)  )
     1208       ALLOCATE ( rrtm_lwhr(0:0,nzb+1:nzt_rad+1)  )
     1209       ALLOCATE ( rrtm_lwuflxc(0:0,nzb:nzt_rad+1) )
     1210       ALLOCATE ( rrtm_lwdflxc(0:0,nzb:nzt_rad+1) )
     1211       ALLOCATE ( rrtm_lwhrc(0:0,nzb+1:nzt_rad+1) )
     1212
     1213       rrtm_lwdflx  = 0.0_wp
     1214       rrtm_lwuflx  = 0.0_wp
     1215       rrtm_lwhr    = 0.0_wp 
     1216       rrtm_lwuflxc = 0.0_wp
     1217       rrtm_lwdflxc = 0.0_wp
     1218       rrtm_lwhrc   = 0.0_wp
     1219
     1220
     1221    END SUBROUTINE read_sounding_data
     1222
     1223
     1224!------------------------------------------------------------------------------!
     1225! Description:
     1226! ------------
     1227!-- Read trace gas data from file
     1228!------------------------------------------------------------------------------!
     1229    SUBROUTINE read_trace_gas_data
     1230
     1231       USE netcdf_control
     1232       USE rrsw_ncpar
     1233
     1234       IMPLICIT NONE
     1235
     1236       INTEGER(iwp), PARAMETER :: num_trace_gases = 9 !: number of trace gases
     1237
     1238       CHARACTER(LEN=5), DIMENSION(num_trace_gases), PARAMETER ::              &
     1239           trace_names = (/'O3   ', 'CO2  ', 'CH4  ', 'N2O  ', 'O2   ',        &
     1240                           'CFC11', 'CFC12', 'CFC22', 'CCL4 '/)
     1241
     1242       INTEGER(iwp) :: id, k, m, n, nabs, np, id_abs, id_dim, id_var
     1243
     1244       REAL(wp) :: p_mls_l, p_mls_u, p_wgt_l, p_wgt_u, p_mls_m
     1245
     1246
     1247       REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE   ::  p_mls,         & !: pressure levels for the absorbers
     1248                                                 rrtm_play_tmp, & !: temporary array for pressure zu-levels
     1249                                                 rrtm_plev_tmp, & !: temporary array for pressure zw-levels
     1250                                                 trace_path_tmp   !: temporary array for storing trace gas path data
     1251
     1252       REAL(wp), DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE ::  trace_mls,      & !: array for storing the absorber amounts
     1253                                                 trace_mls_path, & !: array for storing trace gas path data
     1254                                                 trace_mls_tmp     !: temporary array for storing trace gas data
     1255
     1256
     1257!
     1258!--    In case of updates, deallocate arrays first (sufficient to check one
     1259!--    array as the others are automatically allocated)
     1260       IF ( ALLOCATED ( rrtm_o3vmr ) )  THEN
     1261          DEALLOCATE ( rrtm_o3vmr  )
     1262          DEALLOCATE ( rrtm_co2vmr )
     1263          DEALLOCATE ( rrtm_ch4vmr )
     1264          DEALLOCATE ( rrtm_n2ovmr )
     1265          DEALLOCATE ( rrtm_o2vmr  )
     1266          DEALLOCATE ( rrtm_cfc11vmr )
     1267          DEALLOCATE ( rrtm_cfc12vmr )
     1268          DEALLOCATE ( rrtm_cfc22vmr )
     1269          DEALLOCATE ( rrtm_ccl4vmr  )
     1270       ENDIF
     1271
     1272!
     1273!--    Allocate trace gas profiles
     1274       ALLOCATE ( rrtm_o3vmr(0:0,1:nzt_rad+1)  )
     1275       ALLOCATE ( rrtm_co2vmr(0:0,1:nzt_rad+1) )
     1276       ALLOCATE ( rrtm_ch4vmr(0:0,1:nzt_rad+1) )
     1277       ALLOCATE ( rrtm_n2ovmr(0:0,1:nzt_rad+1) )
     1278       ALLOCATE ( rrtm_o2vmr(0:0,1:nzt_rad+1)  )
     1279       ALLOCATE ( rrtm_cfc11vmr(0:0,1:nzt_rad+1) )
     1280       ALLOCATE ( rrtm_cfc12vmr(0:0,1:nzt_rad+1) )
     1281       ALLOCATE ( rrtm_cfc22vmr(0:0,1:nzt_rad+1) )
     1282       ALLOCATE ( rrtm_ccl4vmr(0:0,1:nzt_rad+1)  )
     1283
     1284!
     1285!--    Open file for reading
     1286       nc_stat = NF90_OPEN( rrtm_input_file, NF90_NOWRITE, id )
     1287       CALL handle_netcdf_error( 'netcdf', 549 )
     1288!
     1289!--    Inquire dimension ids and dimensions
     1290       nc_stat = NF90_INQ_DIMID( id, "Pressure", id_dim )
     1291       CALL handle_netcdf_error( 'netcdf', 550 )
     1292       nc_stat = NF90_INQUIRE_DIMENSION( id, id_dim, len = np)
     1293       CALL handle_netcdf_error( 'netcdf', 550 )
     1294
     1295       nc_stat = NF90_INQ_DIMID( id, "Absorber", id_dim )
     1296       CALL handle_netcdf_error( 'netcdf', 550 )
     1297       nc_stat = NF90_INQUIRE_DIMENSION( id, id_dim, len = nabs )
     1298       CALL handle_netcdf_error( 'netcdf', 550 )
     1299   
     1300
     1301!
     1302!--    Allocate pressure, and trace gas arrays     
     1303       ALLOCATE( p_mls(1:np) )
     1304       ALLOCATE( trace_mls(1:num_trace_gases,1:np) )
     1305       ALLOCATE( trace_mls_tmp(1:nabs,1:np) )
     1306
     1307
     1308       nc_stat = NF90_INQ_VARID( id, "Pressure", id_var )
     1309       CALL handle_netcdf_error( 'netcdf', 550 )
     1310       nc_stat = NF90_GET_VAR( id, id_var, p_mls )
     1311       CALL handle_netcdf_error( 'netcdf', 550 )
     1312
     1313       nc_stat = NF90_INQ_VARID( id, "AbsorberAmountMLS", id_var )
     1314       CALL handle_netcdf_error( 'netcdf', 550 )
     1315       nc_stat = NF90_GET_VAR( id, id_var, trace_mls_tmp )
     1316       CALL handle_netcdf_error( 'netcdf', 550 )
     1317
     1318
     1319!
     1320!--    Write absorber amounts (mls) to trace_mls
     1321       DO n = 1, num_trace_gases
     1322          CALL getAbsorberIndex( TRIM( trace_names(n) ), id_abs )
     1323
     1324          trace_mls(n,1:np) = trace_mls_tmp(id_abs,1:np)
     1325
     1326!
     1327!--       Replace missing values by zero
     1328          WHERE ( trace_mls(n,:) > 2.0_wp ) 
     1329             trace_mls(n,:) = 0.0_wp
     1330          END WHERE
     1331       END DO
     1332
     1333       DEALLOCATE ( trace_mls_tmp )
     1334
     1335       nc_stat = NF90_CLOSE( id )
     1336       CALL handle_netcdf_error( 'netcdf', 551 )
     1337
     1338!
     1339!--    Add extra pressure level for calculations of the trace gas paths
     1340       ALLOCATE ( rrtm_play_tmp(1:nzt_rad+1) )
     1341       ALLOCATE ( rrtm_plev_tmp(1:nzt_rad+2) )
     1342
     1343       rrtm_play_tmp(1:nzt_rad)   = rrtm_play(0,1:nzt_rad)
     1344       rrtm_plev_tmp(1:nzt_rad+1) = rrtm_plev(0,1:nzt_rad+1)
     1345       rrtm_play_tmp(nzt_rad+1)   = rrtm_plev(0,nzt_rad+1) * 0.5_wp
     1346       rrtm_plev_tmp(nzt_rad+2)   = MIN( 1.0E-4_wp, 0.25_wp                    &
     1347                                         * rrtm_plev(0,nzt_rad+1) )
     1348 
     1349!
     1350!--    Calculate trace gas path (zero at surface) with interpolation to the
     1351!--    sounding levels
     1352       ALLOCATE ( trace_mls_path(1:nzt_rad+2,1:num_trace_gases) )
     1353
     1354       trace_mls_path(nzb+1,:) = 0.0_wp
     1355       
     1356       DO k = nzb+2, nzt_rad+2
     1357          DO m = 1, num_trace_gases
     1358             trace_mls_path(k,m) = trace_mls_path(k-1,m)
     1359
     1360!
     1361!--          When the pressure level is higher than the trace gas pressure
     1362!--          level, assume that
     1363             IF ( rrtm_plev_tmp(k-1) .GT. p_mls(1) )  THEN             
     1364               
     1365                trace_mls_path(k,m) = trace_mls_path(k,m) + trace_mls(m,1)     &
     1366                                      * ( rrtm_plev_tmp(k-1)                   &
     1367                                          - MAX( p_mls(1), rrtm_plev_tmp(k) )  &
     1368                                        ) / g
     1369             ENDIF
     1370
     1371!
     1372!--          Integrate for each sounding level from the contributing p_mls
     1373!--          levels
     1374             DO n = 2, np
     1375!
     1376!--             Limit p_mls so that it is within the model level
     1377                p_mls_u = MIN( rrtm_plev_tmp(k-1),                             &
     1378                          MAX( rrtm_plev_tmp(k), p_mls(n) ) )
     1379                p_mls_l = MIN( rrtm_plev_tmp(k-1),                             &
     1380                          MAX( rrtm_plev_tmp(k), p_mls(n-1) ) )
     1381
     1382                IF ( p_mls_l .GT. p_mls_u )  THEN
     1383
     1384!
     1385!--                Calculate weights for interpolation
     1386                   p_mls_m = 0.5_wp * (p_mls_l + p_mls_u)
     1387                   p_wgt_u = (p_mls(n-1) - p_mls_m) / (p_mls(n-1) - p_mls(n))
     1388                   p_wgt_l = (p_mls_m - p_mls(n))   / (p_mls(n-1) - p_mls(n))
     1389
     1390!
     1391!--                Add level to trace gas path
     1392                   trace_mls_path(k,m) = trace_mls_path(k,m)                   &
     1393                                         +  ( p_wgt_u * trace_mls(m,n)         &
     1394                                            + p_wgt_l * trace_mls(m,n-1) )     &
     1395                                         * (p_mls_l + p_mls_u) / g
     1396                ENDIF
     1397             ENDDO
     1398
     1399             IF ( rrtm_plev_tmp(k) .LT. p_mls(np) )  THEN
     1400                trace_mls_path(k,m) = trace_mls_path(k,m) + trace_mls(m,np)    &
     1401                                      * ( MIN( rrtm_plev_tmp(k-1), p_mls(np) ) &
     1402                                          - rrtm_plev_tmp(k)                   &
     1403                                        ) / g
     1404             ENDIF 
    2431405          ENDDO
    2441406       ENDDO
    2451407
    246        RETURN
    247 
    248     END SUBROUTINE radiation_clearsky
     1408
     1409!
     1410!--    Prepare trace gas path profiles
     1411       ALLOCATE ( trace_path_tmp(1:nzt_rad+1) )
     1412
     1413       DO m = 1, num_trace_gases
     1414
     1415          trace_path_tmp(1:nzt_rad+1) = ( trace_mls_path(2:nzt_rad+2,m)        &
     1416                                       - trace_mls_path(1:nzt_rad+1,m) ) * g   &
     1417                                       / ( rrtm_plev_tmp(1:nzt_rad+1)          &
     1418                                       - rrtm_plev_tmp(2:nzt_rad+2) )
     1419
     1420!
     1421!--       Save trace gas paths to the respective arrays
     1422          SELECT CASE ( TRIM( trace_names(m) ) )
     1423
     1424             CASE ( 'O3' )
     1425
     1426                rrtm_o3vmr(0,:) = trace_path_tmp(:)
     1427
     1428             CASE ( 'CO2' )
     1429
     1430                rrtm_co2vmr(0,:) = trace_path_tmp(:)
     1431
     1432             CASE ( 'CH4' )
     1433
     1434                rrtm_ch4vmr(0,:) = trace_path_tmp(:)
     1435
     1436             CASE ( 'N2O' )
     1437
     1438                rrtm_n2ovmr(0,:) = trace_path_tmp(:)
     1439
     1440             CASE ( 'O2' )
     1441
     1442                rrtm_o2vmr(0,:) = trace_path_tmp(:)
     1443
     1444             CASE ( 'CFC11' )
     1445
     1446                rrtm_cfc11vmr(0,:) = trace_path_tmp(:)
     1447
     1448             CASE ( 'CFC12' )
     1449
     1450                rrtm_cfc12vmr(0,:) = trace_path_tmp(:)
     1451
     1452             CASE ( 'CFC22' )
     1453
     1454                rrtm_cfc22vmr(0,:) = trace_path_tmp(:)
     1455
     1456             CASE ( 'CCL4' )
     1457
     1458                rrtm_ccl4vmr(0,:) = trace_path_tmp(:)
     1459
     1460             CASE DEFAULT
     1461
     1462          END SELECT
     1463
     1464       ENDDO
     1465
     1466       DEALLOCATE ( trace_path_tmp )
     1467       DEALLOCATE ( trace_mls_path )
     1468       DEALLOCATE ( rrtm_play_tmp )
     1469       DEALLOCATE ( rrtm_plev_tmp )
     1470       DEALLOCATE ( trace_mls )
     1471       DEALLOCATE ( p_mls )
     1472
     1473    END SUBROUTINE read_trace_gas_data
     1474
     1475#endif
     1476
    2491477
    2501478!------------------------------------------------------------------------------!
    2511479! Description:
    2521480! ------------
    253 !-- Prescribed net radiation
    254 !------------------------------------------------------------------------------!
    255     SUBROUTINE radiation_constant
    256 
    257        rad_net = net_radiation
    258 
    259     END SUBROUTINE radiation_constant
     1481!-- Calculate temperature tendency due to radiative cooling/heating.
     1482!-- Cache-optimized version.
     1483!------------------------------------------------------------------------------!
     1484    SUBROUTINE radiation_tendency_ij ( i, j, tend )
     1485
     1486       USE arrays_3d,                                                          &
     1487           ONLY:  dzw
     1488
     1489       USE cloud_parameters,                                                   &
     1490           ONLY:  pt_d_t, cp
     1491
     1492       USE control_parameters,                                                 &
     1493           ONLY:  rho_surface
     1494
     1495       IMPLICIT NONE
     1496
     1497       INTEGER(iwp) :: i, j, k
     1498
     1499       REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) :: tend
     1500
     1501#if defined ( __rrtmg )
     1502
     1503       REAL(wp) :: rad_sw_net_l, rad_sw_net_u, rad_lw_net_l, rad_lw_net_u
     1504
     1505       rad_sw_net_l = 0.0_wp
     1506       rad_sw_net_u = 0.0_wp
     1507       rad_lw_net_l = 0.0_wp
     1508       rad_lw_net_u = 0.0_wp
     1509
     1510!
     1511!--    Calculate radiative flux divergence
     1512       DO k = nzb+1, nzt+1
     1513
     1514          rad_sw_net_l = rad_sw_in(k-1,j,i) - rad_sw_out(k-1,j,i)
     1515          rad_sw_net_u = rad_sw_in(k,j,i)   - rad_sw_out(k,j,i)
     1516          rad_lw_net_l = rad_lw_in(k-1,j,i) - rad_lw_out(k-1,j,i)
     1517          rad_lw_net_u = rad_lw_in(k,j,i)   - rad_lw_out(k,j,i)
     1518
     1519          tend(k,j,i) = tend(k,j,i) + ( rad_sw_net_u - rad_sw_net_l            &
     1520                                      + rad_lw_net_u - rad_lw_net_l ) /        &
     1521                                     ( dzw(k) * cp * rho_surface ) * pt_d_t(k)
     1522       ENDDO
     1523
     1524#endif
     1525
     1526    END SUBROUTINE radiation_tendency_ij
     1527
    2601528
    2611529!------------------------------------------------------------------------------!
    2621530! Description:
    2631531! ------------
    264 !-- Implementation of the RRTM radiation_scheme
    265 !------------------------------------------------------------------------------!
    266     SUBROUTINE radiation_rrtm
    267 
    268 
    269     END SUBROUTINE radiation_rrtm
     1532!-- Calculate temperature tendency due to radiative cooling/heating.
     1533!-- Vector-optimized version
     1534!------------------------------------------------------------------------------!
     1535    SUBROUTINE radiation_tendency ( tend )
     1536
     1537       USE arrays_3d,                                                          &
     1538           ONLY:  dzw
     1539
     1540       USE cloud_parameters,                                                   &
     1541           ONLY:  pt_d_t, cp
     1542
     1543       USE indices,                                                            &
     1544           ONLY:  nxl, nxr, nyn, nys
     1545
     1546       USE control_parameters,                                                 &
     1547           ONLY:  rho_surface
     1548
     1549       IMPLICIT NONE
     1550
     1551       INTEGER(iwp) :: i, j, k
     1552
     1553       REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1,nysg:nyng,nxlg:nxrg) :: tend
     1554
     1555#if defined ( __rrtmg )
     1556
     1557       REAL(wp) :: rad_sw_net_l, rad_sw_net_u, rad_lw_net_l, rad_lw_net_u
     1558
     1559       rad_sw_net_l = 0.0_wp
     1560       rad_sw_net_u = 0.0_wp
     1561       rad_lw_net_l = 0.0_wp
     1562       rad_lw_net_u = 0.0_wp
     1563
     1564       DO  i = nxl, nxr
     1565          DO  j = nys, nyn
     1566
     1567!
     1568!--          Calculate radiative flux divergence
     1569             DO k = nzb+1, nzt+1
     1570
     1571                rad_sw_net_l = rad_sw_in(k-1,j,i) - rad_sw_out(k-1,j,i)
     1572                rad_sw_net_u = rad_sw_in(k  ,j,i) - rad_sw_out(k  ,j,i)
     1573                rad_lw_net_l = rad_lw_in(k-1,j,i) - rad_lw_out(k-1,j,i)
     1574                rad_lw_net_u = rad_lw_in(k  ,j,i) - rad_lw_out(k  ,j,i)
     1575
     1576                tend(k,j,i) = tend(k,j,i) + ( rad_sw_net_u - rad_sw_net_l      &
     1577                                      + rad_lw_net_u - rad_lw_net_l ) /        &
     1578                                      ( dzw(k) * cp * rho_surface ) * pt_d_t(k)
     1579             ENDDO
     1580         ENDDO
     1581       ENDDO
     1582#endif
     1583
     1584    END SUBROUTINE radiation_tendency
    2701585
    2711586 END MODULE radiation_model_mod
Note: See TracChangeset for help on using the changeset viewer.