updated top-level README and version_decl for V4.5 (#1847)
[WRF.git] / chem / module_cam_mam_addemiss.F
blob2e1e91261ad142b7e3ea4e3293898027a44387dc
1 MODULE module_cam_mam_addemiss
2 !WRF:MODEL_LAYER:CHEMICS
4 !----------------------------------------------------------------------
5 ! module_cam_mam_addemiss.F
7 ! adapted from module_mosaic_addemiss.F in nov, 2010 by r.c.easter
9 !----------------------------------------------------------------------
11 #include "MODAL_AERO_CPP_DEFINES.h"
13 ! rce 2005-feb-18 - one fix for indices of volumcen_sect, [now (isize,itype)]
14 ! rce 2005-jan-14 - added subr mosaic_seasalt_emiss (and a call to it)
15 ! rce 2004-dec-03 - many changes associated with the new aerosol "pointer"
16 !     variables in module_data_mosaic_asect
19    private
20    public :: cam_mam_addemiss
23 CONTAINS
27 !----------------------------------------------------------------------
28    subroutine cam_mam_addemiss( id, dtstep, u10, v10, alt, dz8w, xland,    &
29                config_flags, chem, slai, ust, smois, ivgtyp, isltyp,       &
30                emis_ant,ebio_iso,ebio_olt,ebio_oli,rho_phy,                &
31                dust_emiss_active, seasalt_emiss_active,                    &
32                ids,ide, jds,jde, kds,kde,                                  &
33                ims,ime, jms,jme, kms,kme,                                  &
34                its,ite, jts,jte, kts,kte                                   )
36 ! adds emissions for cam-mam aerosol species
37 ! (i.e., emissions tendencies over time dtstep are applied 
38 ! to the aerosol mass and number mixing ratios)
40 ! currently this routine
41 ! - applies emissions held in the emis_ant array
42 ! - does online sea-salt emissions using a modified version of the
43 !   mosaic sea-salt emissions routine
44 ! - does online dust emissions using a modified version of the
45 !   mosaic dust emissions routine
47 ! still to do
48 ! - for emis_ant emissions, implement emitted sizes similar to those used in cam
49 ! - implement the cam sea-salt and dust emissions routines
52    USE module_configure, only:  grid_config_rec_type
53    USE module_state_description
54 !  USE module_state_description, only:  num_chem, param_first_scalar,   &
55 !     emiss_inpt_default, emiss_inpt_pnnl_rs, emiss_inpt_pnnl_cm,num_emis_ant
57    USE module_data_cam_mam_asect, only:  ai_phase,   &
58          dens_so4_aer, dens_nh4_aer, dens_pom_aer,   &
59          dens_bc_aer, dens_dust_aer, dens_seas_aer,   &
60          lptr_so4_aer, lptr_nh4_aer, lptr_pom_aer,   &
61          lptr_bc_aer, lptr_dust_aer, lptr_seas_aer,   &
62          maxd_asize, maxd_atype, nsize_aer, ntype_aer, numptr_aer
64    USE modal_aero_data, only:  &
65          modeptr_accum, modeptr_aitken, modeptr_coarse,  &
66          modeptr_coardust, modeptr_finedust, modeptr_pcarbon, &
67          modeptr_fineseas,  modeptr_coarseas
69    USE module_cam_mam_init, only:  &
70          pom_emit_1p4_factor, so4_emit_1p2_factor
72    USE module_data_sorgam, only:  &
73          dgvem_i, dgvem_j, dgvem_c, sgem_i, sgem_j, sgem_c
75    IMPLICIT NONE
77    TYPE(grid_config_rec_type),  INTENT(IN   )    :: config_flags
79    INTEGER,      INTENT(IN   ) :: id,                                      &
80                                   ids,ide, jds,jde, kds,kde,               &
81                                   ims,ime, jms,jme, kms,kme,               &
82                                   its,ite, jts,jte, kts,kte
84    INTEGER, INTENT(IN) ::    dust_emiss_active, seasalt_emiss_active
86    REAL, INTENT(IN   ) ::    dtstep
88 ! 10-m wind speed components (m/s)
89    REAL,  DIMENSION( ims:ime , jms:jme )         ,                         &
90           INTENT(IN   ) ::   u10, v10, xland, slai, ust
91    INTEGER,  DIMENSION( ims:ime , jms:jme )      ,                         &
92           INTENT(IN   ) ::   ivgtyp, isltyp
94 ! trace species mixing ratios (aerosol mass = ug/kg-air; number = #/kg-air)
95    REAL, DIMENSION( ims:ime, kms:kme, jms:jme, num_chem ),                 &
96          INTENT(INOUT ) ::   chem
98 ! aerosol emissions arrays ((ug/m3)*m/s)
100 !   REAL, DIMENSION( ims:ime, kms:kme, jms:jme ),                          &
101    REAL, DIMENSION( ims:ime,   1:config_flags%kemit, jms:jme,num_emis_ant ),            &
102          INTENT(IN ) ::                                                    &
103                          emis_ant
104 !jdf
105    REAL,  DIMENSION( ims:ime , jms:jme )      ,                            &
106           INTENT(IN   ) ::   ebio_iso, ebio_olt, ebio_oli
107    REAL,  DIMENSION( ims:ime , kms:kme , jms:jme ),                        &
108           INTENT(IN   ) ::   rho_phy
109 !jdf
111 ! 1/(dry air density) and layer thickness (m)
112    REAL,  DIMENSION( ims:ime , kms:kme , jms:jme )         ,               &
113           INTENT(IN   ) ::   alt, dz8w
115    REAL, DIMENSION( ims:ime, config_flags%num_soil_layers, jms:jme ) ,      &
116           INTENT(IN   ) ::   smois
118 ! local variables
120 !    anth_emiss_size_opt = 1 --> sizes follow those used in cam5
121 !    anth_emiss_size_opt = 2 --> sizes follow those used in sorgam
122    integer, parameter :: anth_emiss_size_opt = 1   ! user can change this value
123 !    dust_emiss_size_opt = 1 --> sizes follow those used in cam5
124 !    dust_emiss_size_opt = 2 --> sizes follow those used in sorgam
125    integer, parameter :: dust_emiss_size_opt = 1   ! user can change this value
126 !    seas_emiss_size_opt = 1 --> sizes follow those used in cam5
127 !    seas_emiss_size_opt = 2 --> sizes follow those used in sorgam
128    integer, parameter :: seas_emiss_size_opt = 1   ! user can change this value
130    integer :: i, iphase, isize, itype
131    integer :: itype_accum, itype_aitken, itype_pcarbon, &
132               itype_finedust, itype_coardust
133    integer :: j, k
134    integer :: l, lemit, lemit_type, lnumb
135    integer :: m, n
136    integer :: p1st
138    real, parameter :: pi = 3.1415926536
139    real :: dp_anth_emiss_aitken, dp_anth_emiss_accum, dp_anth_emiss_coarse
140    real :: dlo_seas_emiss( maxd_asize, maxd_atype ), &
141            dhi_seas_emiss( maxd_asize, maxd_atype )
142    real :: fact_mass, factbb_mass, factbb_numb
143    real :: tmp_dens, tmp_dp, tmp_vol1p
144    real :: total_soag, fact_soag
147    character(len=100) :: msg
150         iphase = ai_phase
154 ! code applies emissions in the emis_ant array,
155 ! then does "online" sea-salt and dust emissions
157 ! currently the code only works with
158 ! config_flags%emiss_inpt_opt = emiss_inpt_default OR emiss_inpt_pnnl_rs
161         emiss_inpt_select_1: SELECT CASE( config_flags%emiss_inpt_opt )
163 !jdf
164             CASE( emiss_inpt_default, emiss_inpt_pnnl_rs, emiss_inpt_pnnl_mam )
165                 write(*,*) 'cam_mam_addemiss DOING emiss - emiss_inpt_opt =', &
166                         config_flags%emiss_inpt_opt
167 !jdf
168             CASE DEFAULT
169                 write(*,*) 'cam_mam_addemiss SKIPPING emiss - emiss_inpt_opt =', &
170                         config_flags%emiss_inpt_opt
171                 return
173         END SELECT emiss_inpt_select_1
176         p1st = param_first_scalar
178         itype_accum    = modeptr_accum
179         itype_aitken   = modeptr_aitken
180 #if ( defined MODAL_AERO_3MODE )
181         itype_pcarbon  = modeptr_accum
182         itype_finedust = modeptr_accum
183         itype_coardust = modeptr_coarse
184 #elif ( defined MODAL_AERO_7MODE )
185     if ( (config_flags%chem_opt /= CBMZ_CAM_MAM7_NOAQ) .and. &
186          (config_flags%chem_opt /= CBMZ_CAM_MAM7_AQ  ) ) then
187        call wrf_error_fatal( 'emission package for MAM7 is not implemented yet' )
188     end if
189 #else
190         itype_pcarbon  = modeptr_pcarbon
191         itype_finedust = modeptr_finedust
192         itype_coardust = modeptr_coardust
193 #endif
195 ! set emitted sizes
196         if (anth_emiss_size_opt == 1) then
197             ! volume-mean diameter for emitted particles (cm)
198             dp_anth_emiss_aitken = 0.0504e-4
199             dp_anth_emiss_accum  = 0.134e-4
200             dp_anth_emiss_coarse = 2.06e-4
201         else if (anth_emiss_size_opt == 2) then
202             ! volume-mean diameter for emitted particles (cm)
203             dp_anth_emiss_aitken = 1.0e2 * dgvem_i / exp( 1.5 * (log(sgem_i)**2) )
204             dp_anth_emiss_accum  = 1.0e2 * dgvem_j / exp( 1.5 * (log(sgem_j)**2) )
205             dp_anth_emiss_coarse = 1.0e2 * dgvem_c / exp( 1.5 * (log(sgem_c)**2) )
206         else
207             write(msg,'(2a,i7)') 'subr cam_mam_addemiss', &
208                 ' - illegal anth_emiss_size_opt = ', anth_emiss_size_opt
209             call wrf_error_fatal( msg )
210         end if
213 !jdf add case statements here to switch between 2 emission file options
214         emiss_inpt_select_2: SELECT CASE( config_flags%emiss_inpt_opt )
216         CASE( emiss_inpt_pnnl_rs )
217 !jdf
218         do 1900 lemit_type = 1, 11
220         iphase = 1
221         isize = 1
223 ! following if/then/else blocks determine
224 !    which chem species will receive a particular emis_ant(...,p_e_...)
225 !    additional mass factor for consistency with cam_mam assumptions
226 !    particle size and density for converting mass to number emissions
228 ! oc (org), ec, and pm25 - both the "i" and "j" go to the same
229 !    cam_mam mode
230 ! pm25 and pm_10 - go to the cam_mam dust species
231 ! no3 - ignore cam_mam does not treat no3
233         if (lemit_type == 1) then
234             lemit = p_e_so4i
235             itype = itype_aitken
236             l = lptr_so4_aer(isize,itype,iphase)
237             tmp_dens = dens_so4_aer
238             factbb_mass = so4_emit_1p2_factor
239             tmp_dp = dp_anth_emiss_aitken
240         else if (lemit_type == 2) then
241             lemit = p_e_so4j
242             itype = itype_accum
243             l = lptr_so4_aer(isize,itype,iphase)
244             tmp_dens = dens_so4_aer
245 ! so4_emit_1p2_factor is 115/96 if so4 (in 3-mode) is being treated 
246 ! as ammonium bisulfate, or 1.0 if treated as pure sulfate
247             factbb_mass = so4_emit_1p2_factor
248             tmp_dp = dp_anth_emiss_accum
250         else if (lemit_type == 3) then
251             lemit = p_e_no3i
252             cycle   ! cam_mam does not treat no3
253         else if (lemit_type == 4) then
254             lemit = p_e_no3j
255             cycle   ! cam_mam does not treat no3
257         else if (lemit_type == 5) then
258             lemit = p_e_orgi
259             itype = itype_pcarbon
260             l = lptr_pom_aer(isize,itype,iphase)
261             tmp_dens = dens_pom_aer
262 ! pom_emit_1p4_factor is 1.4 if pom emissions are carbon-only emissions,
263 ! or 1.0 if they are organic matter emissions
264             factbb_mass = pom_emit_1p4_factor
265             tmp_dp = dp_anth_emiss_accum
266         else if (lemit_type == 6) then
267             lemit = p_e_orgj
268             itype = itype_pcarbon
269             l = lptr_pom_aer(isize,itype,iphase)
270             tmp_dens = dens_pom_aer
271             factbb_mass = pom_emit_1p4_factor
272             tmp_dp = dp_anth_emiss_accum
274         else if (lemit_type == 7) then
275             lemit = p_e_eci
276             itype = itype_pcarbon
277             l = lptr_bc_aer(isize,itype,iphase)
278             tmp_dens = dens_bc_aer
279             factbb_mass = 1.0
280             tmp_dp = dp_anth_emiss_accum
281         else if (lemit_type == 8) then
282             lemit = p_e_ecj
283             itype = itype_pcarbon
284             l = lptr_bc_aer(isize,itype,iphase)
285             tmp_dens = dens_bc_aer
286             factbb_mass = 1.0
287             tmp_dp = dp_anth_emiss_accum
289         else if (lemit_type == 9) then
290             lemit = p_e_pm25i
291             itype = itype_finedust
292             l = lptr_dust_aer(isize,itype,iphase)
293             tmp_dens = dens_dust_aer
294             factbb_mass = 1.0
295             tmp_dp = dp_anth_emiss_accum
296         else if (lemit_type == 10) then
297             lemit = p_e_pm25j
298             itype = itype_finedust
299             l = lptr_dust_aer(isize,itype,iphase)
300             tmp_dens = dens_dust_aer
301             factbb_mass = 1.0
302             tmp_dp = dp_anth_emiss_accum
303         else if (lemit_type == 11) then
304             lemit = p_e_pm_10
305             itype = itype_coardust
306             l = lptr_dust_aer(isize,itype,iphase)
307             tmp_dens = dens_dust_aer
308             factbb_mass = 1.0
309             tmp_dp = dp_anth_emiss_coarse
310         else
311             cycle
312         end if
314         if ((l < p1st) .or. (l > num_chem)) cycle
316         lnumb = numptr_aer(isize,itype,iphase)
317         if ((lnumb < p1st) .or. (lnumb > num_chem)) lnumb = -999888777
319         tmp_vol1p = (pi/6.0)*(tmp_dp**3)   ! mean volume of emitted particles (cm3)
320 ! factbb_numb convert mass emissions (ug/m2/s) to number emissions (#/m2/s)
321         factbb_numb = 1.0e-6/(tmp_dens*tmp_vol1p)
323         do j = jts, jte
324         do k =   1, min(config_flags%kemit,kte)
325         do i = its, ite
327 ! emissions fluxes are ug/m2/s
328 ! mult by tmp_fact_mass to get mixing ratio change (ug/kg) over dtstep
329         fact_mass = (dtstep/dz8w(i,k,j))*alt(i,k,j)*factbb_mass
331         chem(i,k,j,l) = chem(i,k,j,l) + emis_ant(i,k,j,lemit)*fact_mass
333         if (lnumb > 0) then
334         chem(i,k,j,lnumb) = chem(i,k,j,lnumb) + &
335                 emis_ant(i,k,j,lemit)*fact_mass*factbb_numb
336         end if
338         end do ! i
339         end do ! k
340         end do ! j
342 1900    continue
344 ! now do emissions for e_soag
345 ! add biogenic isoprene for soag_isoprene
346 ! no monoterpenes in CBMZ at present for soag_terpene
347 ! lump anthropogenic ald, hc3, hc5, hc8, ket, oli, olt, and ora2 which is par in CBMZ for soag_bigalk
348 ! lump biogenic olet and olei for soag_bigene
349 ! lump anthropogenic tol and xyl for soag_toluene
351         do j = jts, jte
352         do k =   1, 1
353         do i = its, ite
354           fact_soag = 4.828e-4/rho_phy(i,k,j)*dtstep/(dz8w(i,k,j)*60.)
355           total_soag = (emis_ant(i,k,j,p_e_tol) * (92.14*0.15/12.0))              + &
356                        (emis_ant(i,k,j,p_e_xyl) * (106.16*0.15/12.0))             + &
357                        (emis_ant(i,k,j,p_e_hc5) * (77.6*0.05/12.0))               + &
358                        (emis_ant(i,k,j,p_e_olt) * (72.34*0.05/12.0))              + &
359                        (emis_ant(i,k,j,p_e_oli) * (75.78*0.05/12.0))              + &
360                        (ebio_iso(i,j) * (68.11*0.04/12.0))
361 !                      0.4*emis_ant(i,k,j,p_e_ald) + 2.9*emis_ant(i,k,j,p_e_hc3)  + &
362 !                      4.8*emis_ant(i,k,j,p_e_hc5) + 7.9*emis_ant(i,k,j,p_e_hc8)  + &
363 !                      0.9*emis_ant(i,k,j,p_e_ket) + 2.8*emis_ant(i,k,j,p_e_oli)  + &
364 !                      1.8*emis_ant(i,k,j,p_e_olt) + 1.0*emis_ant(i,k,j,p_e_ora2) + &
365 !                      (ebio_iso(i,j) * (68.11*0.04/12.0))                        + &
366 !                      ebio_olt(i,j)                                              + &
367 !                      ebio_oli(i,j) 
368           chem(i,k,j,p_soag) = chem(i,k,j,p_soag) + total_soag*fact_soag
369         end do ! i
370         end do ! k
371         end do ! j
372         do j = jts, jte
373         do k =   2, min(config_flags%kemit,kte)
374         do i = its, ite
375           fact_soag = 4.828e-4/rho_phy(i,k,j)*dtstep/(dz8w(i,k,j)*60.)
376           total_soag = (emis_ant(i,k,j,p_e_tol) * (92.14*0.15/12.0))              + &
377                        (emis_ant(i,k,j,p_e_xyl) * (106.16*0.15/12.0))             + &
378                        (emis_ant(i,k,j,p_e_hc5) * (77.6*0.05/12.0))               + &
379                        (emis_ant(i,k,j,p_e_olt) * (72.34*0.05/12.0))              + &
380                        (emis_ant(i,k,j,p_e_oli) * (75.78*0.05/12.0))
381 !                      emis_ant(i,k,j,p_e_xyl)                                    + &
382 !                      0.4*emis_ant(i,k,j,p_e_ald) + 2.9*emis_ant(i,k,j,p_e_hc3)  + &
383 !                      4.8*emis_ant(i,k,j,p_e_hc5) + 7.9*emis_ant(i,k,j,p_e_hc8)  + &
384 !                      0.9*emis_ant(i,k,j,p_e_ket) + 2.8*emis_ant(i,k,j,p_e_oli)  + &
385 !                      1.8*emis_ant(i,k,j,p_e_olt) + 1.0*emis_ant(i,k,j,p_e_ora2)
386           chem(i,k,j,p_soag) = chem(i,k,j,p_soag) + total_soag*fact_soag
387         end do ! i
388         end do ! k
389         end do ! j
391         CASE( emiss_inpt_pnnl_mam )
393         do 1910 lemit_type = 1, 14
395         iphase = 1
396         isize = 1
397         if (lemit_type == 1) then
398             lemit = p_e_so4i
399             itype = itype_aitken
400             l = lptr_so4_aer(isize,itype,iphase)
401             factbb_mass = so4_emit_1p2_factor
402         else if (lemit_type == 2) then
403             lemit = p_e_so4j
404             itype = itype_accum
405             l = lptr_so4_aer(isize,itype,iphase)
406 ! so4_emit_1p2_factor is 115/96 if so4 (in 3-mode) is being treated 
407 ! as ammonium bisulfate, or 1.0 if treated as pure sulfate
408             factbb_mass = so4_emit_1p2_factor
409         else if (lemit_type == 3) then
410             lemit = p_e_orgj
411             itype = itype_pcarbon
412             l = lptr_pom_aer(isize,itype,iphase)
413             factbb_mass = pom_emit_1p4_factor
414         else if (lemit_type == 4) then
415             lemit = p_e_ecj
416             itype = itype_pcarbon
417             l = lptr_bc_aer(isize,itype,iphase)
418             factbb_mass = 1.0
419         else if (lemit_type == 5) then
420             lemit = p_e_dust_a1
421             itype = itype_finedust
422             l = lptr_dust_aer(isize,itype,iphase)
423             factbb_mass = 1.0
424         else if (lemit_type == 6) then
425             lemit = p_e_dust_a3
426             itype = itype_coardust
427             l = lptr_dust_aer(isize,itype,iphase)
428             factbb_mass = 1.0
429         else if (lemit_type == 7) then
430             lemit = p_e_ncl_a1
431             itype = itype_accum
432             l = lptr_seas_aer(isize,itype,iphase)
433             factbb_mass = 1.0
434         else if (lemit_type == 8) then
435             lemit = p_e_ncl_a2
436             itype = itype_aitken
437             l = lptr_seas_aer(isize,itype,iphase)
438             factbb_mass = 1.0
439         else if (lemit_type == 9) then
440             lemit = p_e_ncl_a3
441             itype = itype_coardust
442             l = lptr_seas_aer(isize,itype,iphase)
443             factbb_mass = 1.0
444 !PMA
445 !Currently my pre-processing script put num_a1 and num_a2 emissions from 
446 !sea salt and dust into so4j_num and so4i_num 
447 !num_a3 emissions are solely from dust and sea salt
450         else if (lemit_type == 10) then
451             lemit = p_e_so4i_num
452             itype = itype_aitken
453             l = numptr_aer(isize,itype,iphase)
454         else if (lemit_type == 11) then
455             lemit = p_e_so4j_num
456             itype = itype_accum
457             l = numptr_aer(isize,itype,iphase)
458         else if (lemit_type == 12) then
459             lemit = p_e_orgj_num
460             itype = itype_accum
461             l = numptr_aer(isize,itype,iphase)
462         else if (lemit_type == 13) then
463             lemit = p_e_ecj_num
464             itype = itype_accum
465             l = numptr_aer(isize,itype,iphase)
466         else if (lemit_type == 14) then
467             lemit = p_e_num_a3
468             itype = itype_coardust
469             l = numptr_aer(isize,itype,iphase)
470         else
471             cycle
472         end if
474         if ((l < p1st) .or. (l > num_chem)) cycle
476         do j = jts, jte
477         do k =   1, min(config_flags%kemit,kte)
478         do i = its, ite
480 ! emissions fluxes are ug/m2/s
481 ! mult by tmp_fact_mass to get mixing ratio change (ug/kg) over dtstep
482         fact_mass = (dtstep/dz8w(i,k,j))*alt(i,k,j)*factbb_mass
483 !PMA 
484         factbb_numb = (dtstep/dz8w(i,k,j))*alt(i,k,j)
485         if (lemit_type < 10) then 
486         chem(i,k,j,l) = chem(i,k,j,l) + emis_ant(i,k,j,lemit)*fact_mass
487         else
488         chem(i,k,j,l) = chem(i,k,j,l) + emis_ant(i,k,j,lemit)*factbb_numb
489         end if
491         end do ! i
492         end do ! k
493         end do ! j
495 1910    continue
497 ! units for e_soag* assumed to be ug/m2/s for now
499         do j = jts, jte
500         do k =   1, min(config_flags%kemit,kte)
501         do i = its, ite
502           fact_soag = (dtstep/dz8w(i,k,j))*alt(i,k,j)/1000.0
503           total_soag = emis_ant(i,k,j,p_e_soag_bigalk)   + &
504                        emis_ant(i,k,j,p_e_soag_bigene)   + &
505                        emis_ant(i,k,j,p_e_soag_isoprene) + &
506                        emis_ant(i,k,j,p_e_soag_terpene)  + &
507                        emis_ant(i,k,j,p_e_soag_toluene)
508           chem(i,k,j,p_soag) = chem(i,k,j,p_soag) + total_soag*fact_soag
509         end do ! i
510         end do ! k
511         end do ! j
514         END SELECT emiss_inpt_select_2
515 !jdf end of add case statements here to switch between 2 emission file options
518 ! seasalt emissions
521 ! set emitted sizes
522         dlo_seas_emiss(:,:) = 0.0
523         dhi_seas_emiss(:,:) = 0.0
525         if (seas_emiss_size_opt == 1) then
526 #if ( defined MODAL_AERO_3MODE )
527 ! cut sizes are 0.02, 0.08, 1.0, 10.0 um
528             dlo_seas_emiss(1,modeptr_aitken  ) = 0.02e-4
529             dhi_seas_emiss(1,modeptr_aitken  ) = 0.08e-4
530             dlo_seas_emiss(1,modeptr_accum   ) = 0.08e-4
531             dhi_seas_emiss(1,modeptr_accum   ) = 1.00e-4
532             dlo_seas_emiss(1,modeptr_coarse  ) = 1.00e-4
533             dhi_seas_emiss(1,modeptr_coarse  ) = 10.0e-4
534 #else
535 ! cut sizes are 0.02, 0.08, 0.3, 1.0, 10.0 um
536             dlo_seas_emiss(1,modeptr_aitken  ) = 0.02e-4
537             dhi_seas_emiss(1,modeptr_aitken  ) = 0.08e-4
538             dlo_seas_emiss(1,modeptr_accum   ) = 0.08e-4
539             dhi_seas_emiss(1,modeptr_accum   ) = 0.30e-4
540             dlo_seas_emiss(1,modeptr_fineseas) = 0.30e-4
541             dhi_seas_emiss(1,modeptr_fineseas) = 1.00e-4
542             dlo_seas_emiss(1,modeptr_coarseas) = 1.00e-4
543             dhi_seas_emiss(1,modeptr_coarseas) = 10.0e-4
544 #endif
546         else if (seas_emiss_size_opt == 2) then
547 #if ( defined MODAL_AERO_3MODE )
548 ! cut sizes are 0.1, 1.25, 10.0 um and no aitken
549             dlo_seas_emiss(1,modeptr_accum   ) = 0.10e-4
550             dhi_seas_emiss(1,modeptr_accum   ) = 1.25e-4
551             dlo_seas_emiss(1,modeptr_coarse  ) = 1.25e-4
552             dhi_seas_emiss(1,modeptr_coarse  ) = 10.0e-4
553 #else
554 ! cut sizes are 0.1, 0.3, 1.25, 10.0 um and no aitken
555             dlo_seas_emiss(1,modeptr_accum   ) = 0.10e-4
556             dhi_seas_emiss(1,modeptr_accum   ) = 0.30e-4
557             dlo_seas_emiss(1,modeptr_fineseas) = 0.30e-4
558             dhi_seas_emiss(1,modeptr_fineseas) = 1.25e-4
559             dlo_seas_emiss(1,modeptr_coarseas) = 1.25e-4
560             dhi_seas_emiss(1,modeptr_coarseas) = 10.0e-4
561 #endif
563         else
564             write(msg,'(2a,i7)') 'subr cam_mam_addemiss', &
565                 ' - illegal seas_emiss_size_opt = ', seas_emiss_size_opt
566             call wrf_error_fatal( msg )
567         end if
569 ! now do the sea-salt emissions
570         if (config_flags%seas_opt == 2) then
571             call cam_mam_mosaic_seasalt_emiss(                             &
572                id, dtstep, u10, v10, alt, dz8w, xland, config_flags, chem, &
573                dlo_seas_emiss, dhi_seas_emiss,                             &
574                ids,ide, jds,jde, kds,kde,                                  &
575                ims,ime, jms,jme, kms,kme,                                  &
576                its,ite, jts,jte, kts,kte                                   )
577         end if
581 ! dust emissions
584 ! jdf: preliminary version that has not been made generic for situation
585         if (config_flags%dust_opt == 2) then
586             call cam_mam_mosaic_dust_emiss(                                &
587                slai, ust, smois, ivgtyp, isltyp,                           &
588                id, dtstep, u10, v10, alt, dz8w, xland, config_flags, chem, &
589                dust_emiss_size_opt,                                        &
590                ids,ide, jds,jde, kds,kde,                                  &
591                ims,ime, jms,jme, kms,kme,                                  &
592                its,ite, jts,jte, kts,kte                                   )
593         end if
596         return
599    END subroutine cam_mam_addemiss
603 !----------------------------------------------------------------------
604    subroutine cam_mam_mosaic_seasalt_emiss(                                &
605                id, dtstep, u10, v10, alt, dz8w, xland, config_flags, chem, &
606                dlo_seas_emiss, dhi_seas_emiss,                             &
607                ids,ide, jds,jde, kds,kde,                                  &
608                ims,ime, jms,jme, kms,kme,                                  &
609                its,ite, jts,jte, kts,kte                                   )
611 ! adds seasalt emissions for mosaic aerosol species
612 ! (i.e., seasalt emissions tendencies over time dtstep are applied 
613 ! to the aerosol mixing ratios)
616    USE module_configure, only:  grid_config_rec_type
617    USE module_state_description, only:  num_chem, param_first_scalar
618    USE module_data_cam_mam_asect, only:  ai_phase,   &
619          lptr_seas_aer,   &
620          maxd_asize, maxd_atype, nsize_aer, ntype_aer, numptr_aer
621 !  USE module_mosaic_addemiss, only:  seasalt_emitfactors_1bin
623    IMPLICIT NONE
625    TYPE(grid_config_rec_type),  INTENT(IN   )    :: config_flags
627    INTEGER,      INTENT(IN   ) :: id,                                      &
628                                   ids,ide, jds,jde, kds,kde,               &
629                                   ims,ime, jms,jme, kms,kme,               &
630                                   its,ite, jts,jte, kts,kte
632    REAL, INTENT(IN   ) ::    dtstep
634 ! 10-m wind speed components (m/s)
635    REAL,  DIMENSION( ims:ime , jms:jme ),                                  &
636           INTENT(IN   ) ::   u10, v10, xland
638 ! trace species mixing ratios (aerosol mass = ug/kg; number = #/kg)
639    REAL, DIMENSION( ims:ime, kms:kme, jms:jme, num_chem ),                 &
640          INTENT(INOUT ) ::   chem
642 ! alt  = 1.0/(dry air density) in (m3/kg)
643 ! dz8w = layer thickness in (m)
644    REAL,  DIMENSION( ims:ime , kms:kme , jms:jme )         ,               &
645           INTENT(IN   ) ::   alt, dz8w
647 ! emissions cut sizes (cm)
648    REAL,  DIMENSION( maxd_asize, maxd_atype ), &
649           INTENT(IN   ) ::  dlo_seas_emiss, dhi_seas_emiss
651 ! local variables
652         integer i, j, k, l, l_seas, n
653         integer iphase, itype
654         integer p1st
656         real dum, dumdlo, dumdhi, dumoceanfrac, dumspd10
657         real factaa, factbb
659         real :: ssemfact_numb( maxd_asize, maxd_atype )
660         real :: ssemfact_mass( maxd_asize, maxd_atype )
662     write(*,*) 'in subr cam_mam_mosaic_seasalt_emiss'
663     p1st = PARAM_FIRST_SCALAR
665 !   for now just do itype=1
666         iphase = ai_phase
668 !   compute emissions factors for each size bin
669 !   (limit emissions to dp > 0.1 micrometer)
670         ssemfact_mass(:,:) = 0.0
671         ssemfact_numb(:,:) = 0.0
672         do itype = 1, ntype_aer
673         do n = 1, nsize_aer(itype)
674             dumdlo = max( dlo_seas_emiss(n,itype), 0.1e-4 )
675             dumdhi = max( dhi_seas_emiss(n,itype), 0.1e-4 )
676             if (dumdlo >= dumdhi) cycle
677             call seasalt_emitfactors_1bin( 1, dumdlo, dumdhi,   &
678                 ssemfact_numb(n,itype), dum, ssemfact_mass(n,itype) )
680 !   convert mass emissions factor from (g/m2/s) to (ug/m2/s)
681             ssemfact_mass(n,itype) = ssemfact_mass(n,itype)*1.0e6
682         end do
683         end do
686 !   loop over i,j and apply seasalt emissions
687         k = kts
688         do 1830 j = jts, jte
689         do 1820 i = its, ite
691     !Skip this point if over land. xland=1 for land and 2 for water.
692     !Also, there is no way to differentiate fresh from salt water.
693     !Currently, this assumes all water is salty.
694         if( xland(i,j) < 1.5 ) cycle
696     !wig: As far as I can tell, only real.exe knows the fractional breakdown
697     !     of land use. So, in wrf.exe, dumoceanfrac will always be 1.
698         dumoceanfrac = 1. !fraction of grid i,j that is salt water
699         dumspd10 = dumoceanfrac* &
700          ( (u10(i,j)*u10(i,j) + v10(i,j)*v10(i,j))**(0.5*3.41) )
702 !   factaa is (s*m2/kg-air)
703 !   factaa*ssemfact_mass(n) is (s*m2/kg-air)*(ug/m2/s) = ug/kg-air
704 !   factaa*ssemfact_numb(n) is (s*m2/kg-air)*( #/m2/s) =  #/kg-air
705         factaa = (dtstep/dz8w(i,k,j))*alt(i,k,j)
707         factbb = factaa * dumspd10
709         do 1815 itype = 1, ntype_aer
710         do 1810 n = 1, nsize_aer(itype)
711             if (ssemfact_mass(n,itype) <= 0.0) cycle
713 !   only apply emissions if bin has both na and cl species
714             l_seas = lptr_seas_aer(n,itype,iphase)
715             if (l_seas < p1st) cycle
717             chem(i,k,j,l_seas) = chem(i,k,j,l_seas) +   &
718                         factbb * ssemfact_mass(n,itype)
720             l = numptr_aer(n,itype,iphase)
721             if (l >= p1st) chem(i,k,j,l) = chem(i,k,j,l) +   &
722                         factbb * ssemfact_numb(n,itype)
724 1810    continue
725 1815    continue
727 1820    continue
728 1830    continue
730         return
732    END subroutine cam_mam_mosaic_seasalt_emiss
736 !c----------------------------------------------------------------------
737 !c   following is from gong06b.f in
738 !c      /net/cirrus/files1/home/rce/oldfiles1/box/seasaltg
739 !c----------------------------------------------------------------------
740         subroutine seasalt_emitfactors_1bin( ireduce_smallr_emit,       &
741                 dpdrylo_cm, dpdryhi_cm,   &
742                 emitfact_numb, emitfact_surf, emitfact_mass )
744 !c   computes seasalt emissions factors for a specifed 
745 !c   dry particle size range
746 !c      dpdrylo_cm  = lower dry diameter (cm)
747 !c      dpdryhi_cm  = upper dry diameter (cm)
749 !c   number and mass emissions are then computed as
750 !c      number   emissions (#/m2/s)   == emitfact_numb * (spd10*3.41)
751 !c      dry-sfc  emissions (cm2/m2/s) == emitfact_surf * (spd10*3.41)
752 !c      dry-mass emissions (g/m2/s)   == emitfact_mass * (spd10*3.41)
754 !c   where spd10 = 10 m windspeed in m/s
756 !c   uses bubble emissions formula (eqn 5a) from 
757 !c      Gong et al. [JGR, 1997, p 3805-3818]
759 !c   *** for rdry < rdry_star, this formula overpredicts emissions.
760 !c      A strictly ad hoc correction is applied to the formula,
761 !c      based on sea-salt size measurements of
762 !c      O'Dowd et al. [Atmos Environ, 1997, p 73-80]
764 !c   *** the correction is only applied when ireduce_smallr_emit > 0
766         implicit none
768 !c   subr arguments
769         integer ireduce_smallr_emit
770         real dpdrylo_cm, dpdryhi_cm,                            &
771                 emitfact_numb, emitfact_surf, emitfact_mass
773 !c   local variables
774         integer isub_bin, nsub_bin
776         real alnrdrylo
777         real drydens, drydens_43pi_em12, x_4pi_em8
778         real dum, dumadjust, dumb, dumexpb
779         real dumsum_na, dumsum_ma, dumsum_sa
780         real drwet, dlnrdry
781         real df0drwet, df0dlnrdry, df0dlnrdry_star
782         real relhum
783         real rdry, rdrylo, rdryhi, rdryaa, rdrybb
784         real rdrylowermost, rdryuppermost, rdry_star
785         real rwet, rwetaa, rwetbb
786         real rdry_cm, rwet_cm
787         real sigmag_star
788         real xmdry, xsdry
790         real pi
791         parameter (pi = 3.1415936536)
793 !c   c1-c4 are constants for seasalt hygroscopic growth parameterization
794 !c   in Eqn 3 and Table 2 of Gong et al. [1997]
795         real c1, c2, c3, c4, onethird
796         parameter (c1 = 0.7674)
797         parameter (c2 = 3.079)
798         parameter (c3 = 2.573e-11)
799         parameter (c4 = -1.424)
800         parameter (onethird = 1.0/3.0)
803 !c   dry particle density (g/cm3)
804         drydens = 2.165
805 !c   factor for radius (micrometers) to mass (g)
806         drydens_43pi_em12 = drydens*(4.0/3.0)*pi*1.0e-12
807 !c   factor for radius (micrometers) to surface (cm2)
808         x_4pi_em8 = 4.0*pi*1.0e-8
809 !c   bubble emissions formula assume 80% RH
810         relhum = 0.80
812 !c   rdry_star = dry radius (micrometers) below which the
813 !c   dF0/dr emission formula is adjusted downwards
814         rdry_star = 0.1
815         if (ireduce_smallr_emit .le. 0) rdry_star = -1.0e20
816 !c   sigmag_star = geometric standard deviation used for
817 !c   rdry < rdry_star
818         sigmag_star = 1.9
820 !c   initialize sums
821         dumsum_na = 0.0
822         dumsum_sa = 0.0
823         dumsum_ma = 0.0
825 !c   rdrylowermost, rdryuppermost = lower and upper 
826 !c   dry radii (micrometers) for overall integration
827         rdrylowermost = dpdrylo_cm*0.5e4
828         rdryuppermost = dpdryhi_cm*0.5e4
831 !c   "section 1"
832 !c   integrate over rdry > rdry_star, where the dF0/dr emissions 
833 !c   formula is applicable
834 !c   (when ireduce_smallr_emit <= 0, rdry_star = -1.0e20,
835 !c   and the entire integration is done here)
837         if (rdryuppermost .le. rdry_star) goto 2000
839 !c   rdrylo, rdryhi = lower and upper dry radii (micrometers) 
840 !c   for this part of the integration
841         rdrylo = max( rdrylowermost, rdry_star )
842         rdryhi = rdryuppermost
844         nsub_bin = 1000
846         alnrdrylo = log( rdrylo )
847         dlnrdry = (log( rdryhi ) - alnrdrylo)/nsub_bin
849 !c   compute rdry, rwet (micrometers) at lowest size
850         rdrybb = exp( alnrdrylo )
851         rdry_cm = rdrybb*1.0e-4
852         rwet_cm = ( rdry_cm**3 + (c1*(rdry_cm**c2))/            &
853                 ( (c3*(rdry_cm**c4)) - log10(relhum) ) )**onethird
854         rwetbb = rwet_cm*1.0e4
856         do 1900 isub_bin = 1, nsub_bin
858 !c   rdry, rwet at sub_bin lower boundary are those
859 !c   at upper boundary of previous sub_bin
860         rdryaa = rdrybb
861         rwetaa = rwetbb
863 !c   compute rdry, rwet (micrometers) at sub_bin upper boundary
864         dum = alnrdrylo + isub_bin*dlnrdry
865         rdrybb = exp( dum )
867         rdry_cm = rdrybb*1.0e-4
868         rwet_cm = ( rdry_cm**3 + (c1*(rdry_cm**c2))/            &
869                 ( (c3*(rdry_cm**c4)) - log10(relhum) ) )**onethird
870         rwetbb = rwet_cm*1.0e4
872 !c   geometric mean rdry, rwet (micrometers) for sub_bin
873         rdry = sqrt(rdryaa * rdrybb)
874         rwet = sqrt(rwetaa * rwetbb)
875         drwet = rwetbb - rwetaa
877 !c   xmdry is dry mass in g
878         xmdry = drydens_43pi_em12 * (rdry**3.0)
880 !c   xsdry is dry surface in cm2
881         xsdry = x_4pi_em8 * (rdry**2.0)
883 !c   dumb is "B" in Gong's Eqn 5a
884 !c   df0drwet is "dF0/dr" in Gong's Eqn 5a
885         dumb = ( 0.380 - log10(rwet) ) / 0.650
886         dumexpb = exp( -dumb*dumb)
887         df0drwet = 1.373 * (rwet**(-3.0)) *                     &
888                 (1.0 + 0.057*(rwet**1.05)) *                    &
889                 (10.0**(1.19*dumexpb))
891         dumsum_na = dumsum_na + drwet*df0drwet
892         dumsum_ma = dumsum_ma + drwet*df0drwet*xmdry
893         dumsum_sa = dumsum_sa + drwet*df0drwet*xsdry
895 1900    continue
899 !c   "section 2"
900 !c   integrate over rdry < rdry_star, where the dF0/dr emissions 
901 !c   formula is just an extrapolation and predicts too many emissions
903 !c   1.  compute dF0/dln(rdry) = (dF0/drwet)*(drwet/dlnrdry) 
904 !c      at rdry_star
905 !c   2.  for rdry < rdry_star, assume dF0/dln(rdry) is lognormal,
906 !c      with the same lognormal parameters observed in 
907 !c      O'Dowd et al. [1997]
909 2000    if (rdrylowermost .ge. rdry_star) goto 3000
911 !c   compute dF0/dln(rdry) at rdry_star
912         rdryaa = 0.99*rdry_star
913         rdry_cm = rdryaa*1.0e-4
914         rwet_cm = ( rdry_cm**3 + (c1*(rdry_cm**c2))/            &
915                 ( (c3*(rdry_cm**c4)) - log10(relhum) ) )**onethird
916         rwetaa = rwet_cm*1.0e4
918         rdrybb = 1.01*rdry_star
919         rdry_cm = rdrybb*1.0e-4
920         rwet_cm = ( rdry_cm**3 + (c1*(rdry_cm**c2))/            &
921                 ( (c3*(rdry_cm**c4)) - log10(relhum) ) )**onethird
922         rwetbb = rwet_cm*1.0e4
924         rwet = 0.5*(rwetaa + rwetbb)
925         dumb = ( 0.380 - log10(rwet) ) / 0.650
926         dumexpb = exp( -dumb*dumb)
927         df0drwet = 1.373 * (rwet**(-3.0)) *                     &
928                 (1.0 + 0.057*(rwet**1.05)) *                    &
929                 (10.0**(1.19*dumexpb))
931         drwet = rwetbb - rwetaa
932         dlnrdry = log( rdrybb/rdryaa )
933         df0dlnrdry_star = df0drwet * (drwet/dlnrdry)
936 !c   rdrylo, rdryhi = lower and upper dry radii (micrometers) 
937 !c   for this part of the integration
938         rdrylo = rdrylowermost
939         rdryhi = min( rdryuppermost, rdry_star )
941         nsub_bin = 1000
943         alnrdrylo = log( rdrylo )
944         dlnrdry = (log( rdryhi ) - alnrdrylo)/nsub_bin
946         do 2900 isub_bin = 1, nsub_bin
948 !c   geometric mean rdry (micrometers) for sub_bin
949         dum = alnrdrylo + (isub_bin-0.5)*dlnrdry
950         rdry = exp( dum )
952 !c   xmdry is dry mass in g
953         xmdry = drydens_43pi_em12 * (rdry**3.0)
955 !c   xsdry is dry surface in cm2
956         xsdry = x_4pi_em8 * (rdry**2.0)
958 !c   dumadjust is adjustment factor to reduce dF0/dr
959         dum = log( rdry/rdry_star ) / log( sigmag_star )
960         dumadjust = exp( -0.5*dum*dum )
962         df0dlnrdry = df0dlnrdry_star * dumadjust
964         dumsum_na = dumsum_na + dlnrdry*df0dlnrdry
965         dumsum_ma = dumsum_ma + dlnrdry*df0dlnrdry*xmdry
966         dumsum_sa = dumsum_sa + dlnrdry*df0dlnrdry*xsdry
968 2900    continue
972 !c  all done
974 3000    emitfact_numb = dumsum_na
975         emitfact_mass = dumsum_ma
976         emitfact_surf = dumsum_sa
978         return
979         end subroutine seasalt_emitfactors_1bin
983 !----------------------------------------------------------------------
984    subroutine cam_mam_mosaic_dust_emiss(  slai,ust, smois, ivgtyp, isltyp, &
985                id, dtstep, u10, v10, alt, dz8w, xland, config_flags, chem, &
986                dust_emiss_size_opt,                                        &
987                ids,ide, jds,jde, kds,kde,                                  &
988                ims,ime, jms,jme, kms,kme,                                  &
989                its,ite, jts,jte, kts,kte                                   )
991 ! adds dust emissions for mosaic aerosol species (i.e. emission tendencies
992 ! over time dtstep are applied to the aerosol mixing ratios)
994 ! This is a simple dust scheme based on Shaw et al. (2008) to appear in
995 ! Atmospheric Environment, recoded by Jerome Fast
997 ! NOTE: 
998 ! 1) This version only works with the 8-bin version of MOSAIC.
999 ! 2) Dust added to MOSAIC's other inorganic specie, OIN.  If Ca and CO3 are 
1000 !    activated in the Registry, a small fraction also added to Ca and CO3.
1001 ! 3) The main departure from Shaw et al., is now alphamask is computed since
1002 !    the land-use categories in that paper and in WRF differ.  WRF currently 
1003 !    does not have that many land-use categories and adhoc assumptions had to
1004 !    be made. This version was tested for Mexico in the dry season.  The main
1005 !    land-use categories in WRF that are likely dust sources are grass, shrub,
1006 !    and savannna (that WRF has in the desert regions of NW Mexico).  Having
1007 !    dust emitted from these types for other locations and other times of the
1008 !    year is not likely to be valid.
1009 ! 4) An upper bound on ustar was placed because the surface parameterizations
1010 !    in WRF can produce unrealistically high values that lead to very high
1011 !    dust emission rates.
1012 ! 5) Other departures' from Shaw et al. noted below, but are probably not as
1013 !    important as 2) and 3).
1016    USE module_configure, only:  grid_config_rec_type
1017    USE module_state_description, only:  num_chem, param_first_scalar
1019    USE module_data_cam_mam_asect, only:  ai_phase,   &
1020          lptr_dust_aer, ntype_aer, numptr_aer
1022    USE modal_aero_data, only:  &
1023          modeptr_accum, modeptr_coarse, modeptr_coardust, modeptr_finedust
1025    IMPLICIT NONE
1027    TYPE(grid_config_rec_type),  INTENT(IN   )    :: config_flags
1029    INTEGER,      INTENT(IN   ) :: id,                                      &
1030                                   dust_emiss_size_opt,                     &
1031                                   ids,ide, jds,jde, kds,kde,               &
1032                                   ims,ime, jms,jme, kms,kme,               &
1033                                   its,ite, jts,jte, kts,kte
1035    REAL, INTENT(IN   ) ::    dtstep
1037 ! 10-m wind speed components (m/s)
1038    REAL,  DIMENSION( ims:ime , jms:jme ),                                  &
1039           INTENT(IN   ) ::   u10, v10, xland, slai, ust
1040    INTEGER,  DIMENSION( ims:ime , jms:jme ),                               &
1041           INTENT(IN   ) ::   ivgtyp, isltyp
1043 ! trace species mixing ratios (aerosol mass = ug/kg; number = #/kg)
1044    REAL, DIMENSION( ims:ime, kms:kme, jms:jme, num_chem ),                 &
1045          INTENT(INOUT ) ::   chem
1047 ! alt  = 1.0/(dry air density) in (m3/kg)
1048 ! dz8w = layer thickness in (m)
1049    REAL,  DIMENSION( ims:ime , kms:kme , jms:jme )         ,               &
1050           INTENT(IN   ) ::   alt, dz8w
1052    REAL, DIMENSION( ims:ime, config_flags%num_soil_layers, jms:jme ) ,     &
1053           INTENT(IN   ) ::   smois
1055 ! local variables
1056         integer, parameter :: max_dust_mode = 2
1057         integer :: i, ii, j, k, l, l_dust, l_numb, n
1058         integer :: imode, iphase, isize, itype, izob
1059         integer :: p1st
1060         integer :: isize_dust_mode(max_dust_mode)
1061         integer :: itype_dust_mode(max_dust_mode)
1062         integer :: n_dust_mode
1064         real :: dum, dumdlo, dumdhi, dumlandfrac, dumspd10
1065         real :: factaa, factbb, factcc, fracoin, fracca, fracco3, fractot
1066         real :: ustart, ustar1, ustart0
1067         real :: alphamask, f8, f50, f51, f52, wetfactor, sumdelta, ftot
1068         real :: smois_grav, wp, pclay
1069         real :: beta(4,7)
1070         real :: gamma(4), delta(4)
1071         real :: sz(8)
1072         real :: dustflux, densdust
1073         real :: mass1part_mos8bin(8)
1074         real :: sz_wght_dust_mode(8,max_dust_mode)
1075         real :: dcen_mos8bin(8)
1077         character(len=100) :: msg
1079         write(*,*) 'in subr cam_mam_mosaic_dust_emiss'
1080         p1st = param_first_scalar
1083 ! the mass emission fractions [sz(1:8)] were derived for the 
1084 !    mosaic 8-bin size bins
1085 ! the emissions for each mosaic bin are assigned to the cam-mam fine or coarse mode
1086 !    (e.g, the fine mode may get bins 1-5 and the coarse mode bins 6-8)
1087 ! for calculating number emissions from mass emissions, use the mosaic bin
1088 !    sizes (and corresponding 1-particle masses) in order to get number emissions
1089 !    consistent with mosaic
1091 ! note:  the sz() values were recommend by Natalie Mahowold, so probably follow the
1092 !    assumptions used in the "dead" dust module.  
1093 !    applying those assumptions along with the cut sizes might be a better approach
1094 !    than adapting the mosaic 8-bin sz() values
1096 #if (defined MODAL_AERO)
1097 ! 3 modes -- dust is in accum and coarse modes
1098         n_dust_mode = 2
1099         itype_dust_mode(1) = modeptr_accum
1100         itype_dust_mode(2) = modeptr_coarse
1101         isize_dust_mode(:) = 1
1102         if (dust_emiss_size_opt == 1) then
1103 ! cam5 cut sizes for dust emiss are 0.1, 1.0, 10.0 um
1104 ! fine mode gets bins 1-4 and 60% of bin 5
1105            sz_wght_dust_mode(1:8,1) = (/ 1.,  1.,  1.,  1.,  0.6, 0.,  0.,  0.  /)
1106            sz_wght_dust_mode(1:8,2) = (/ 0.,  0.,  0.,  0.,  0.4, 1.,  1.,  1.  /)
1107         else if (dust_emiss_size_opt == 2) then
1108 ! sorgam cut sizes for dust emiss are 0.1, 2.5, 10.0 um
1109 ! fine mode gets bins 1-6
1110            sz_wght_dust_mode(1:8,1) = (/ 1.,  1.,  1.,  1.,  1.,  1.,  0.,  0.  /)
1111            sz_wght_dust_mode(1:8,2) = (/ 0.,  0.,  0.,  0.,  0.,  0.,  1.,  1.  /)
1112         else
1113             write(msg,'(2a,i7)') 'subr cam_mam_mosaic_dust_emiss', &
1114                 ' - illegal dust_emiss_size_opt = ', dust_emiss_size_opt
1115             call wrf_error_fatal( msg )
1116         end if
1117 #else
1118 ! 7 modes -- dust is in fine-dust and coarse-dust modes
1119         n_dust_mode = 2
1120         itype_dust_mode(1) = modeptr_finedust
1121         itype_dust_mode(2) = modeptr_coardust
1122         isize_dust_mode(:) = 1
1123         if (dust_emiss_size_opt == 1) then
1124 ! cam5 cut sizes for dust emiss are 0.1, 2.0, 10.0 um
1125 ! fine mode gets bins 1-5 and 60% of bin 6
1126 ! (for 7-mode cam, the fine-dust mode is larger than the accumulation mode,
1127 !  so the cut size is larger than with 3-mode cam)
1128            sz_wght_dust_mode(1:8,1) = (/ 1.,  1.,  1.,  1.,  1.,  0.6, 0.,  0.  /)
1129            sz_wght_dust_mode(1:8,2) = (/ 0.,  0.,  0.,  0.,  0.,  0.4, 1.,  1.  /)
1130         else if (dust_emiss_size_opt == 2) then
1131 ! sorgam cut sizes for dust emiss are 0.1, 2.5, 10.0 um
1132 ! fine mode gets bins 1-6
1133            sz_wght_dust_mode(1:8,1) = (/ 1.,  1.,  1.,  1.,  1.,  1.,  0.,  0.  /)
1134            sz_wght_dust_mode(1:8,2) = (/ 0.,  0.,  0.,  0.,  0.,  0.,  1.,  1.  /)
1135         else
1136             write(msg,'(2a,i7)') 'subr cam_mam_mosaic_dust_emiss', &
1137                 'illegal dust_emiss_size_opt = ', dust_emiss_size_opt
1138             call wrf_error_fatal( msg )
1139         end if
1140 #endif
1142 ! bin center diameters for mosaic-8bin (cm)
1143         dcen_mos8bin(8) = 1.0e-4*(10.0/sqrt(2.0))
1144         do n = 7, 1, -1
1145            dcen_mos8bin(n) = dcen_mos8bin(n+1)*0.5
1146         end do
1147 ! mass1part_mos8bin is mass of a single particle in ug, 
1148 ! assuming density of dust ~2.5 g cm-3
1149         densdust=2.5
1150         do n = 1, 8
1151            mass1part_mos8bin(n)=0.523598*(dcen_mos8bin(n)**3)*densdust*1.0e06
1152         end do
1156 ! from Nickovic et al., JGR, 2001 and Shaw et al. 2007
1157 ! beta: fraction of clay, small silt, large silt, and sand correcsponding to Zobler class (7)
1158 ! beta (1,*) for 0.5-1 um
1159 ! beta (2,*) for 1-10 um
1160 ! beta (3,*) for 10-25 um
1161 ! beta (4,*) for 25-50 um
1163         beta(1,1)=0.12
1164         beta(2,1)=0.04
1165         beta(3,1)=0.04
1166         beta(4,1)=0.80
1167         beta(1,2)=0.34
1168         beta(2,2)=0.28
1169         beta(3,2)=0.28
1170         beta(4,2)=0.10
1171         beta(1,3)=0.45
1172         beta(2,3)=0.15
1173         beta(3,3)=0.15
1174         beta(4,3)=0.25
1175         beta(1,4)=0.12
1176         beta(2,4)=0.09
1177         beta(3,4)=0.09
1178         beta(4,4)=0.70
1179         beta(1,5)=0.40
1180         beta(2,5)=0.05
1181         beta(3,5)=0.05
1182         beta(4,5)=0.50
1183         beta(1,6)=0.34
1184         beta(2,6)=0.18
1185         beta(3,6)=0.18
1186         beta(4,6)=0.30
1187         beta(1,7)=0.22
1188         beta(2,7)=0.09
1189         beta(3,7)=0.09
1190         beta(4,7)=0.60
1191         gamma(1)=0.08
1192         gamma(2)=1.00
1193         gamma(3)=1.00
1194         gamma(4)=0.12
1196 ! * Mass fractions for each size bin. These values were recommended by 
1197 !   Natalie Mahowold, with bins 7 and 8 the same as bins 3 and 4 from CAM.
1198 ! * Changed slightly since Natelie's estimates do not add up to 1.0
1199 ! * This would need to be made more generic for other bin sizes.
1200 !       sz(1)=0
1201 !       sz(2)=1.78751e-06
1202 !       sz(3)=0.000273786
1203 !       sz(4)=0.00847978
1204 !       sz(5)=0.056055
1205 !       sz(6)=0.0951896
1206 !       sz(7)=0.17
1207 !       sz(8)=0.67
1208 !jdf    sz(1)=0.0
1209 !jdf    sz(2)=0.0
1210 !jdf    sz(3)=0.0005
1211 !jdf    sz(4)=0.0095
1212 !jdf    sz(5)=0.03
1213 !jdf    sz(6)=0.10
1214 !jdf    sz(7)=0.18
1215 !jdf    sz(8)=0.68
1216         sz(1)=0.0
1217         sz(2)=0.0
1218         sz(3)=0.0005
1219         sz(4)=0.0095
1220         sz(5)=0.01
1221         sz(6)=0.06
1222         sz(7)=0.20
1223         sz(8)=0.72
1225         iphase = ai_phase
1227 !   loop over i,j and apply dust emissions
1228         k = kts
1229         do 1830 j = jts, jte
1230         do 1820 i = its, ite
1232     if( xland(i,j) > 1.5 ) cycle
1234 ! compute wind speed anyway, even though ustar is used below
1236         dumlandfrac = 1.
1237         dumspd10=(u10(i,j)*u10(i,j) + v10(i,j)*v10(i,j))**(0.5)
1238         if(dumspd10 >= 5.0) then
1239            dumspd10 = dumlandfrac* &
1240          ( dumspd10*dumspd10*(dumspd10-5.0))
1241          else
1242             dumspd10=0.
1243          endif
1245 ! part1 - compute vegetation mask
1247 ! * f8, f50, f51, f52 refer to vegetation classes from the Olsen categories
1248 !   for desert, sand desert, grass semi-desert, and shrub semi-desert
1249 ! * in WRF, vegetation types 7, 8 and 10 are grassland, shrubland, and savanna
1250 !   that are dominate types in Mexico and probably have some erodable surface
1251 !   during the dry season
1252 ! * currently modified these values so that only a small fraction of cell
1253 !   area is erodable
1254 ! * these values are highly tuneable!
1256          alphamask=0.001
1257          if (ivgtyp(i,j) .eq. 7) then
1258            f8=0.005
1259            f50=0.00
1260            f51=0.10
1261            f51=0.066
1262            f52=0.00
1263            alphamask=(f8+f50)*1.0+(f51+f52)*0.5
1264          endif
1265          if (ivgtyp(i,j) .eq. 8) then
1266            f8=0.010
1267            f50=0.00
1268            f51=0.00
1269            f52=0.15
1270            f52=0.10
1271            alphamask=(f8+f50)*1.0+(f51+f52)*0.5
1272          endif
1273          if (ivgtyp(i,j) .eq. 10) then
1274            f8=0.00
1275            f50=0.00
1276            f51=0.01
1277            f52=0.00
1278            alphamask=(f8+f50)*1.0+(f51+f52)*0.5
1279          endif
1281 ! part2 - zobler
1283 ! * in Shaw's paper, dust is computed for 4 size ranges:
1284 !   0.5-1 um 
1285 !    1-10 um  
1286 !   10-25 um  
1287 !   25-50 um
1288 ! * Shaw's paper also accounts for sub-grid variability in soil
1289 !   texture, but here we just assume the same soil texture for each
1290 !   grid cell
1291 ! * since MOSAIC is currently has a maximum size range up to 10 um,
1292 !   neglect upper 2 size ranges and lowest size range (assume small)
1293 ! * map WRF soil classes arbitrarily to Zolber soil textural classes
1294 ! * skip dust computations for WRF soil classes greater than 13, i.e. 
1295 !   do not compute dust over water, bedrock, and other surfaces
1296 ! * should be skipping for water surface at this point anyway
1298          izob=0
1299          if(isltyp(i,j).eq.1) izob=1
1300          if(isltyp(i,j).eq.2) izob=1
1301          if(isltyp(i,j).eq.3) izob=4
1302          if(isltyp(i,j).eq.4) izob=2
1303          if(isltyp(i,j).eq.5) izob=2
1304          if(isltyp(i,j).eq.6) izob=2
1305          if(isltyp(i,j).eq.7) izob=7
1306          if(isltyp(i,j).eq.8) izob=2
1307          if(isltyp(i,j).eq.9) izob=6
1308          if(isltyp(i,j).eq.10) izob=5
1309          if(isltyp(i,j).eq.11) izob=2
1310          if(isltyp(i,j).eq.12) izob=3
1311          if(isltyp(i,j).ge.13) izob=0
1312          if(izob.eq.0) goto 1820
1314 ! part3 - dustprod
1316          do ii=1,4
1317            delta(ii)=0.0
1318          enddo
1319          sumdelta=0.0
1320          do ii=1,4
1321            delta(ii)=beta(ii,izob)*gamma(ii)
1322            if(ii.lt.4) then
1323              sumdelta=sumdelta+delta(ii)
1324            endif
1325          enddo
1326          do ii=1,4
1327            delta(ii)=delta(ii)/sumdelta
1328          enddo
1330 ! part4 - wetness
1332 ! * assume dry for now, have passed in soil moisture to this routine
1333 !   but needs to be included here
1334 ! * wetfactor less than 1 would reduce dustflux
1335 ! * convert model soil moisture (m3/m3) to gravimetric soil moisture
1336 !   (mass of water / mass of soil in %) assuming a constant density 
1337 !   for soil
1338          pclay=beta(1,izob)*100.
1339          wp=0.0014*pclay*pclay+0.17*pclay
1340          smois_grav=(smois(i,1,j)/2.6)*100.
1341          if(smois_grav.gt.wp) then
1342            wetfactor=sqrt(1.0+1.21*(smois_grav-wp)**0.68)
1343          else
1344            wetfactor=1.0
1345          endif
1346 !        wetfactor=1.0
1348 ! part5 - dustflux
1349 ! lower bound on ustar = 20 cm/s as in Shaw et al, but set upper
1350 ! bound to 100 cm/s
1352          ustar1=ust(i,j)*100.0
1353          if(ustar1.gt.100.0) ustar1=100.0
1354          ustart0=20.0
1355          ustart=ustart0*wetfactor
1356          if(ustar1.le.ustart) then
1357            dustflux=0.0
1358          else
1359            dustflux=1.0e-14*(ustar1**4)*(1.0-(ustart/ustar1))
1360          endif
1361          dustflux=dustflux*10.0
1362 ! units kg m-2 s-1
1363          ftot=0.0
1364          do ii=1,2
1365            ftot=ftot+dustflux*alphamask*delta(ii)
1366          enddo
1367 ! convert to ug m-2 s-1
1368          ftot=ftot*1.0e+09
1370 !   apportion other inorganics only
1371          factaa = (dtstep/dz8w(i,k,j))*alt(i,k,j)
1372          factbb = factaa * ftot
1373          fractot = 1.0
1375          do imode = 1, n_dust_mode
1376 !   loop over the cam-mam modes that have dust
1377          itype = itype_dust_mode(imode)
1378          isize = isize_dust_mode(imode)
1380          l_dust = lptr_dust_aer(isize,itype,iphase)
1381          if ((l_dust < p1st) .or. (l_dust > num_chem)) cycle
1382          l_numb = numptr_aer(isize,itype,iphase)
1383          if ((l_numb < p1st) .or. (l_numb > num_chem)) l_numb = -1
1385 !   if (ivgtyp(i,j) .eq. 8) print*,'jdf',i,j,ustar1,ustart0,factaa,ftot
1386 !        do 1810 n = 1, nsize_aer(itype)
1387          do n = 1, 8
1388 !   calculate contribution of each mosaic-8bin bin to the current cam-mam mode
1389             if (sz_wght_dust_mode(n,imode) <= 0.0) cycle
1390             factcc = factbb * sz(n) * fractot * sz_wght_dust_mode(n,imode)
1392             chem(i,k,j,l_dust) = chem(i,k,j,l_dust) + factcc
1394             if (l_numb >= p1st) &
1395             chem(i,k,j,l_numb) = chem(i,k,j,l_numb) + factcc/mass1part_mos8bin(n)
1397         end do ! n
1399         end do ! imode
1402 1820    continue
1403 1830    continue
1405         return
1407    END subroutine cam_mam_mosaic_dust_emiss
1410 !----------------------------------------------------------------------
1411 END MODULE module_cam_mam_addemiss