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[WRF.git] / chem / module_isofwd.F
bloba4960a9ba0e877f60e49cf62cdaed60168fd6052
2 !CC=======================================================================
3 !!C
4 !!C *** ISORROPIA CODE
5 !C *** SUBROUTINE ISRP1F
6 !C *** THIS SUBROUTINE IS THE DRIVER ROUTINE FOR THE FOREWARD PROBLEM OF 
7 !C     AN AMMONIUM-SULFATE AEROSOL SYSTEM. 
8 !C     THE COMPOSITION REGIME IS DETERMINED BY THE SULFATE RATIO AND BY 
9 !C     THE AMBIENT RELATIVE HUMIDITY.
11 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
12 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
13 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
14 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
16 !C=======================================================================
18       SUBROUTINE ISRP1F2p1 (WI, RHI, TEMPI)
19       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
20       DIMENSION WI(NCOMP)
21 !liqy
23 !               write(*,*) 'running isrp1f'
24 !liqy-20140512
26 !C *** INITIALIZE ALL VARIABLES IN COMMON BLOCK **************************
28       CALL INIT12p1 (WI, RHI, TEMPI)
30 !C *** CALCULATE SULFATE RATIO *******************************************
32       SULRAT = W(3)/W(2)
34 !C *** FIND CALCULATION REGIME FROM (SULRAT,RH) **************************
36 !C *** SULFATE POOR 
38       IF (2.0.LE.SULRAT) THEN 
39       DC   = W(3) - 2.001D0*W(2)  ! For numerical stability
40       W(3) = W(3) + MAX(-DC, ZERO)
42       IF(METSTBL.EQ.1) THEN
43          SCASE = 'A2'
44          CALL CALCA22p1                 ! Only liquid (metastable)
45       ELSE
47          IF (RH.LT.DRNH42S4) THEN    
48             SCASE = 'A1'
49             CALL CALCA12p1              ! NH42SO4              ; case A1
51          ELSEIF (DRNH42S4.LE.RH) THEN
52             SCASE = 'A2'
53             CALL CALCA22p1              ! Only liquid          ; case A2
54          ENDIF
55       ENDIF
57 !C *** SULFATE RICH (NO ACID)
59       ELSEIF (1.0.LE.SULRAT .AND. SULRAT.LT.2.0) THEN 
61       IF(METSTBL.EQ.1) THEN
62          SCASE = 'B4'
63          CALL CALCB42p1                 ! Only liquid (metastable)
64       ELSE
66          IF (RH.LT.DRNH4HS4) THEN         
67             SCASE = 'B1'
68             CALL CALCB12p1              ! NH4HSO4,LC,NH42SO4   ; case B1
70          ELSEIF (DRNH4HS4.LE.RH .AND. RH.LT.DRLC) THEN         
71             SCASE = 'B2'
72             CALL CALCB22p1              ! LC,NH42S4            ; case B2
74          ELSEIF (DRLC.LE.RH .AND. RH.LT.DRNH42S4) THEN         
75             SCASE = 'B3'
76             CALL CALCB32p1              ! NH42S4               ; case B3
78          ELSEIF (DRNH42S4.LE.RH) THEN         
79             SCASE = 'B4'
80             CALL CALCB42p1              ! Only liquid          ; case B4
81          ENDIF
82       ENDIF
83       CALL CALCNH32p1
85 !C *** SULFATE RICH (FREE ACID)
87       ELSEIF (SULRAT.LT.1.0) THEN             
89       IF(METSTBL.EQ.1) THEN
90          SCASE = 'C2'
91          CALL CALCC22p1                 ! Only liquid (metastable)
92       ELSE
94          IF (RH.LT.DRNH4HS4) THEN         
95             SCASE = 'C1'
96             CALL CALCC12p1              ! NH4HSO4              ; case C1
98          ELSEIF (DRNH4HS4.LE.RH) THEN         
99             SCASE = 'C2'
100             CALL CALCC22p1              ! Only liquid          ; case C2
102          ENDIF
103       ENDIF
104       CALL CALCNH32p1
105       ENDIF
107 !C *** RETURN POINT
109       RETURN
111 !C *** END OF SUBROUTINE ISRP1F *****************************************
113       END
114 !C=======================================================================
116 !C *** ISORROPIA CODE
117 !C *** SUBROUTINE ISRP2F
118 !C *** THIS SUBROUTINE IS THE DRIVER ROUTINE FOR THE FOREWARD PROBLEM OF 
119 !C     AN AMMONIUM-SULFATE-NITRATE AEROSOL SYSTEM. 
120 !C     THE COMPOSITION REGIME IS DETERMINED BY THE SULFATE RATIO AND BY
121 !C     THE AMBIENT RELATIVE HUMIDITY.
123 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
124 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
125 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
126 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
128 !C=======================================================================
130       SUBROUTINE ISRP2F2p1 (WI, RHI, TEMPI)
131       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
132       DIMENSION WI(NCOMP)
133 !liqy
135 !               write(*,*) 'running isrp2f'
136 !liqy-20140512
138 !C *** INITIALIZE ALL VARIABLES IN COMMON BLOCK **************************
140       CALL INIT22p1 (WI, RHI, TEMPI)
142 !C *** CALCULATE SULFATE RATIO *******************************************
144       SULRAT = W(3)/W(2)
146 !C *** FIND CALCULATION REGIME FROM (SULRAT,RH) **************************
148 !C *** SULFATE POOR 
150       IF (2.0.LE.SULRAT) THEN                
152       IF(METSTBL.EQ.1) THEN
153          SCASE = 'D3'
154          CALL CALCD32p1                 ! Only liquid (metastable)
155       ELSE
157          IF (RH.LT.DRNH4NO3) THEN    
158             SCASE = 'D1'
159             CALL CALCD12p1              ! NH42SO4,NH4NO3       ; case D1
161          ELSEIF (DRNH4NO3.LE.RH .AND. RH.LT.DRNH42S4) THEN         
162             SCASE = 'D2'
163             CALL CALCD22p1              ! NH42S4               ; case D2
165          ELSEIF (DRNH42S4.LE.RH) THEN
166             SCASE = 'D3'
167             CALL CALCD32p1              ! Only liquid          ; case D3
168          ENDIF
169       ENDIF
171 !C *** SULFATE RICH (NO ACID)
172 !C     FOR SOLVING THIS CASE, NITRIC ACID IS ASSUMED A MINOR SPECIES, 
173 !C     THAT DOES NOT SIGNIFICANTLY PERTURB THE HSO4-SO4 EQUILIBRIUM.
174 !C     SUBROUTINES CALCB? ARE CALLED, AND THEN THE NITRIC ACID IS DISSOLVED
175 !C     FROM THE HNO3(G) -> (H+) + (NO3-) EQUILIBRIUM.
177       ELSEIF (1.0.LE.SULRAT .AND. SULRAT.LT.2.0) THEN 
179       IF(METSTBL.EQ.1) THEN
180          SCASE = 'B4'
181          CALL CALCB42p1                 ! Only liquid (metastable)
182          SCASE = 'E4'
183       ELSE
185          IF (RH.LT.DRNH4HS4) THEN         
186             SCASE = 'B1'
187             CALL CALCB12p1              ! NH4HSO4,LC,NH42SO4   ; case E1
188             SCASE = 'E1'
190          ELSEIF (DRNH4HS4.LE.RH .AND. RH.LT.DRLC) THEN         
191             SCASE = 'B2'
192             CALL CALCB22p1              ! LC,NH42S4            ; case E2
193             SCASE = 'E2'
195          ELSEIF (DRLC.LE.RH .AND. RH.LT.DRNH42S4) THEN         
196             SCASE = 'B3'
197             CALL CALCB32p1              ! NH42S4               ; case E3
198             SCASE = 'E3'
200          ELSEIF (DRNH42S4.LE.RH) THEN         
201             SCASE = 'B4'
202             CALL CALCB42p1              ! Only liquid          ; case E4
203             SCASE = 'E4'
204          ENDIF
205       ENDIF
207       CALL CALCNA2p1                 ! HNO3(g) DISSOLUTION
209 !C *** SULFATE RICH (FREE ACID)
210 !C     FOR SOLVING THIS CASE, NITRIC ACID IS ASSUMED A MINOR SPECIES, 
211 !C     THAT DOES NOT SIGNIFICANTLY PERTURB THE HSO4-SO4 EQUILIBRIUM
212 !C     SUBROUTINE CALCC? IS CALLED, AND THEN THE NITRIC ACID IS DISSOLVED
213 !C     FROM THE HNO3(G) -> (H+) + (NO3-) EQUILIBRIUM.
215       ELSEIF (SULRAT.LT.1.0) THEN             
217       IF(METSTBL.EQ.1) THEN
218          SCASE = 'C2'
219          CALL CALCC22p1                 ! Only liquid (metastable)
220          SCASE = 'F2'
221       ELSE
223          IF (RH.LT.DRNH4HS4) THEN         
224             SCASE = 'C1'
225             CALL CALCC12p1              ! NH4HSO4              ; case F1
226             SCASE = 'F1'
228          ELSEIF (DRNH4HS4.LE.RH) THEN         
229             SCASE = 'C2'
230             CALL CALCC22p1              ! Only liquid          ; case F2
231             SCASE = 'F2'
232          ENDIF
233       ENDIF
235       CALL CALCNA2p1                 ! HNO3(g) DISSOLUTION
236       ENDIF
238 !C *** RETURN POINT
240       RETURN
242 !C *** END OF SUBROUTINE ISRP2F *****************************************
244       END
245 !C=======================================================================
247 !C *** ISORROPIA CODE
248 !C *** SUBROUTINE ISRP3F
249 !C *** THIS SUBROUTINE IS THE DRIVER ROUTINE FOR THE FORWARD PROBLEM OF
250 !C     AN AMMONIUM-SULFATE-NITRATE-CHLORIDE-SODIUM AEROSOL SYSTEM. 
251 !C     THE COMPOSITION REGIME IS DETERMINED BY THE SULFATE & SODIUM 
252 !C     RATIOS AND BY THE AMBIENT RELATIVE HUMIDITY.
254 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
255 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
256 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
257 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
259 !C=======================================================================
261       SUBROUTINE ISRP3F2p1 (WI, RHI, TEMPI)
262       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
263       DIMENSION WI(NCOMP)
268 !C *** ADJUST FOR TOO LITTLE AMMONIUM AND CHLORIDE ***********************
270       WI(3) = MAX (WI(3), 1.D-10)  ! NH4+ : 1e-4 umoles/m3
271       WI(5) = MAX (WI(5), 1.D-10)  ! Cl-  : 1e-4 umoles/m3
273 !C *** ADJUST FOR TOO LITTLE SODIUM, SULFATE AND NITRATE COMBINED ********
275       IF (WI(1)+WI(2)+WI(4) .LE. 1d-10) THEN
276          WI(1) = 1.D-10  ! Na+  : 1e-4 umoles/m3
277          WI(2) = 1.D-10  ! SO4- : 1e-4 umoles/m3
278       ENDIF
280 !C *** INITIALIZE ALL VARIABLES IN COMMON BLOCK **************************
282       CALL ISOINIT32p1 (WI, RHI, TEMPI)
284 !C *** CHECK IF TOO MUCH SODIUM ; ADJUST AND ISSUE ERROR MESSAGE *********
286       REST = 2.D0*W(2) + W(4) + W(5) 
287       IF (W(1).GT.REST) THEN            ! NA > 2*SO4+CL+NO3 ?
288          W(1) = (ONE-1D-6)*REST         ! Adjust Na amount
289          CALL PUSHERR2p1 (0050, 'ISRP3F')  ! Warning error: Na adjusted
290       ENDIF
292 !C *** CALCULATE SULFATE & SODIUM RATIOS *********************************
294       SULRAT = (W(1)+W(3))/W(2)
295       SODRAT = W(1)/W(2)
297 !C *** FIND CALCULATION REGIME FROM (SULRAT,RH) **************************
299 !C *** SULFATE POOR ; SODIUM POOR
301       IF (2.0.LE.SULRAT .AND. SODRAT.LT.2.0) THEN                
303       IF(METSTBL.EQ.1) THEN
304          SCASE = 'G5'
305          CALL CALCG52p1                 ! Only liquid (metastable)
306       ELSE
308          IF (RH.LT.DRNH4NO3) THEN    
309             SCASE = 'G1'
310             CALL CALCG12p1              ! NH42SO4,NH4NO3,NH4CL,NA2SO4
312          ELSEIF (DRNH4NO3.LE.RH .AND. RH.LT.DRNH4CL) THEN         
313             SCASE = 'G2'
314             CALL CALCG22p1              ! NH42SO4,NH4CL,NA2SO4
316          ELSEIF (DRNH4CL.LE.RH  .AND. RH.LT.DRNH42S4) THEN         
317             SCASE = 'G3'
318             CALL CALCG32p1              ! NH42SO4,NA2SO4
319 !C 
320         ELSEIF (DRNH42S4.LE.RH  .AND. RH.LT.DRNA2SO4) THEN         
321             SCASE = 'G4'
322             CALL CALCG42p1              ! NA2SO4
324          ELSEIF (DRNA2SO4.LE.RH) THEN         
325             SCASE = 'G5'
326             CALL CALCG52p1              ! Only liquid
327          ENDIF
328       ENDIF
330 !C *** SULFATE POOR ; SODIUM RICH
332       ELSE IF (SULRAT.GE.2.0 .AND. SODRAT.GE.2.0) THEN                
334       IF(METSTBL.EQ.1) THEN
335          SCASE = 'H6'
336          CALL CALCH62p1                 ! Only liquid (metastable)
337       ELSE
339          IF (RH.LT.DRNH4NO3) THEN    
340             SCASE = 'H1'
341             CALL CALCH12p1              ! NH4NO3,NH4CL,NA2SO4,NACL,NANO3
343          ELSEIF (DRNH4NO3.LE.RH .AND. RH.LT.DRNANO3) THEN         
344             SCASE = 'H2'
345             CALL CALCH22p1              ! NH4CL,NA2SO4,NACL,NANO3
347          ELSEIF (DRNANO3.LE.RH  .AND. RH.LT.DRNACL) THEN         
348             SCASE = 'H3'
349             CALL CALCH32p1              ! NH4CL,NA2SO4,NACL
351          ELSEIF (DRNACL.LE.RH   .AND. RH.LT.DRNH4Cl) THEN         
352             SCASE = 'H4'
353             CALL CALCH42p1              ! NH4CL,NA2SO4
355          ELSEIF (DRNH4Cl.LE.RH .AND. RH.LT.DRNA2SO4) THEN         
356             SCASE = 'H5'
357             CALL CALCH52p1              ! NA2SO4
359          ELSEIF (DRNA2SO4.LE.RH) THEN         
360             SCASE = 'H6'
361             CALL CALCH62p1              ! NO SOLID
362          ENDIF
363       ENDIF
365 !C *** SULFATE RICH (NO ACID) 
367       ELSEIF (1.0.LE.SULRAT .AND. SULRAT.LT.2.0) THEN 
369       IF(METSTBL.EQ.1) THEN
370          SCASE = 'I6'
371          CALL CALCI62p1                 ! Only liquid (metastable)
372       ELSE
374          IF (RH.LT.DRNH4HS4) THEN         
375             SCASE = 'I1'
376             CALL CALCI12p1              ! NA2SO4,(NH4)2SO4,NAHSO4,NH4HSO4,LC
378          ELSEIF (DRNH4HS4.LE.RH .AND. RH.LT.DRNAHSO4) THEN         
379             SCASE = 'I2'
380             CALL CALCI22p1              ! NA2SO4,(NH4)2SO4,NAHSO4,LC
382          ELSEIF (DRNAHSO4.LE.RH .AND. RH.LT.DRLC) THEN         
383             SCASE = 'I3'
384             CALL CALCI32p1              ! NA2SO4,(NH4)2SO4,LC
386          ELSEIF (DRLC.LE.RH     .AND. RH.LT.DRNH42S4) THEN         
387             SCASE = 'I4'
388             CALL CALCI42p1              ! NA2SO4,(NH4)2SO4
390          ELSEIF (DRNH42S4.LE.RH .AND. RH.LT.DRNA2SO4) THEN         
391             SCASE = 'I5'
392             CALL CALCI52p1              ! NA2SO4
394          ELSEIF (DRNA2SO4.LE.RH) THEN         
395             SCASE = 'I6'
396             CALL CALCI62p1              ! NO SOLIDS
397          ENDIF
398       ENDIF
399 !C                                    
400       CALL CALCNHA2p1                ! MINOR SPECIES: HNO3, HCl       
401       CALL CALCNH32p1                !                NH3 
403 !C *** SULFATE RICH (FREE ACID)
405       ELSEIF (SULRAT.LT.1.0) THEN             
407       IF(METSTBL.EQ.1) THEN
408          SCASE = 'J3'
409          CALL CALCJ32p1                 ! Only liquid (metastable)
410       ELSE
412          IF (RH.LT.DRNH4HS4) THEN         
413             SCASE = 'J1'
414             CALL CALCJ12p1              ! NH4HSO4,NAHSO4
416          ELSEIF (DRNH4HS4.LE.RH .AND. RH.LT.DRNAHSO4) THEN         
417             SCASE = 'J2'
418             CALL CALCJ22p1              ! NAHSO4
420          ELSEIF (DRNAHSO4.LE.RH) THEN         
421             SCASE = 'J3'
422             CALL CALCJ32p1              
423          ENDIF
424       ENDIF
425 !C                                    
426       CALL CALCNHA2p1                ! MINOR SPECIES: HNO3, HCl       
427       CALL CALCNH32p1                !                NH3 
428       ENDIF
430 !C *** RETURN POINT
432       RETURN
434 !C *** END OF SUBROUTINE ISRP3F *****************************************
436       END
438 !C=======================================================================
440 !C *** ISORROPIA CODE II
441 !C *** SUBROUTINE ISRP4F
442 !C *** THIS SUBROUTINE IS THE DRIVER ROUTINE FOR THE FORWARD PROBLEM OF
443 !C     AN AMMONIUM-SULFATE-NITRATE-CHLORIDE-SODIUM-CALCIUM-POTASSIUM-MAGNESIUM
444 !C     AEROSOL SYSTEM.
445 !C     THE COMPOSITION REGIME IS DETERMINED BY THE SULFATE & SODIUM
446 !C     RATIOS AND BY THE AMBIENT RELATIVE HUMIDITY.
448 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
449 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
450 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
452 !C=======================================================================
454       SUBROUTINE ISRP4F2p1 (WI, RHI, TEMPI)
455       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
456       DIMENSION WI(NCOMP)
457       DOUBLE PRECISION NAFRI, NO3FRI
459 !C *** ADJUST FOR TOO LITTLE AMMONIUM AND CHLORIDE ***********************
461 !C      WI(3) = MAX (WI(3), 1.D-10)  ! NH4+ : 1e-4 umoles/m3
462 !C      WI(5) = MAX (WI(5), 1.D-10)  ! Cl-  : 1e-4 umoles/m3
464 !C *** ADJUST FOR TOO LITTLE SODIUM, SULFATE AND NITRATE COMBINED ********
466 !C      IF (WI(1)+WI(2)+WI(4) .LE. 1d-10) THEN
467 !C         WI(1) = 1.D-10  ! Na+  : 1e-4 umoles/m3
468 !C         WI(2) = 1.D-10  ! SO4- : 1e-4 umoles/m3
469 !C      ENDIF
471 !C *** INITIALIZE ALL VARIABLES IN COMMON BLOCK **************************
473       CALL INIT42p1 (WI, RHI, TEMPI)
475 !C *** CHECK IF TOO MUCH SODIUM+CRUSTALS ; ADJUST AND ISSUE ERROR MESSAGE
477       REST = 2.D0*W(2) + W(4) + W(5)
479       IF (W(1)+W(6)+W(7)+W(8).GT.REST) THEN
481       CCASO4I  = MIN (W(2),W(6))
482       FRSO4I   = MAX (W(2) - CCASO4I, ZERO)
483       CAFRI    = MAX (W(6) - CCASO4I, ZERO)
484       CCANO32I = MIN (CAFRI, 0.5D0*W(4))
485       CAFRI    = MAX (CAFRI - CCANO32I, ZERO)
486       NO3FRI   = MAX (W(4) - 2.D0*CCANO32I, ZERO)
487       CCACL2I  = MIN (CAFRI, 0.5D0*W(5))
488       CLFRI    = MAX (W(5) - 2.D0*CCACL2I, ZERO)
489       REST1    = 2.D0*FRSO4I + NO3FRI + CLFRI
491       CNA2SO4I = MIN (FRSO4I, 0.5D0*W(1))
492       FRSO4I   = MAX (FRSO4I - CNA2SO4I, ZERO)
493       NAFRI    = MAX (W(1) - 2.D0*CNA2SO4I, ZERO)
494       CNACLI   = MIN (NAFRI, CLFRI)
495       NAFRI    = MAX (NAFRI - CNACLI, ZERO)
496       CLFRI    = MAX (CLFRI - CNACLI, ZERO)
497       CNANO3I  = MIN (NAFRI, NO3FRI)
498       NO3FR    = MAX (NO3FRI - CNANO3I, ZERO)
499       REST2    = 2.D0*FRSO4I + NO3FRI + CLFRI
501       CMGSO4I  = MIN (FRSO4I, W(8))
502       FRMGI    = MAX (W(8) - CMGSO4I, ZERO)
503       FRSO4I   = MAX (FRSO4I - CMGSO4I, ZERO)
504       CMGNO32I = MIN (FRMGI, 0.5D0*NO3FRI)
505       FRMGI    = MAX (FRMGI - CMGNO32I, ZERO)
506       NO3FRI   = MAX (NO3FRI - 2.D0*CMGNO32I, ZERO)
507       CMGCL2I  = MIN (FRMGI, 0.5D0*CLFRI)
508       CLFRI    = MAX (CLFRI - 2.D0*CMGCL2I, ZERO)
509       REST3    = 2.D0*FRSO4I + NO3FRI + CLFRI
511          IF (W(6).GT.REST) THEN                       ! Ca > 2*SO4+CL+NO3 ?
512              W(6) = (ONE-1D-6)*REST              ! Adjust Ca amount
513              W(1)= ZERO                          ! Adjust Na amount
514              W(7)= ZERO                          ! Adjust K amount
515              W(8)= ZERO                          ! Adjust Mg amount
516              CALL PUSHERR2p1 (0051, 'ISRP4F')       ! Warning error: Ca, Na, K, Mg in excess
518          ELSE IF (W(1).GT.REST1) THEN                 ! Na > 2*FRSO4+FRCL+FRNO3 ?
519              W(1) = (ONE-1D-6)*REST1             ! Adjust Na amount
520              W(7)= ZERO                          ! Adjust K amount
521              W(8)= ZERO                          ! Adjust Mg amount
522              CALL PUSHERR2p1 (0052, 'ISRP4F')       ! Warning error: Na, K, Mg in excess
524          ELSE IF (W(8).GT.REST2) THEN                 ! Mg > 2*FRSO4+FRCL+FRNO3 ?
525              W(8) = (ONE-1D-6)*REST2             ! Adjust Mg amount
526              W(7)= ZERO                          ! Adjust K amount
527              CALL PUSHERR2p1 (0053, 'ISRP4F')       ! Warning error: K, Mg in excess
529          ELSE IF (W(7).GT.REST3) THEN                 ! K > 2*FRSO4+FRCL+FRNO3 ?
530              W(7) = (ONE-1D-6)*REST3             ! Adjust K amount
531              CALL PUSHERR2p1 (0054, 'ISRP4F')       ! Warning error: K in excess
532          ENDIF
533       ENDIF
535 !C *** CALCULATE RATIOS *************************************************
537       SO4RAT  = (W(1)+W(3)+W(6)+W(7)+W(8))/W(2)
538       CRNARAT = (W(1)+W(6)+W(7)+W(8))/W(2)
539       CRRAT   = (W(6)+W(7)+W(8))/W(2)
541 !C *** FIND CALCULATION REGIME FROM (SO4RAT, CRNARAT, CRRAT, RRH) ********
543 !C *** SULFATE POOR: Rso4>2; (DUST + SODIUM) POOR: R(Cr+Na)<2
545       IF (2.0.LE.SO4RAT .AND. CRNARAT.LT.2.0) THEN
547        IF(METSTBL.EQ.1) THEN
548          SCASE = 'O7'
549          CALL CALCO72p1                 ! Only liquid (metastable)
550        ELSE
552          IF (RH.LT.DRNH4NO3) THEN
553             SCASE = 'O1'
554             CALL CALCO12p1              ! CaSO4, NH4NO3, NH4CL, (NH4)2SO4, MGSO4, NA2SO4, K2SO4
556          ELSEIF (DRNH4NO3.LE.RH .AND. RH.LT.DRNH4CL) THEN
557             SCASE = 'O2'
558             CALL CALCO22p1              ! CaSO4, NH4CL, (NH4)2SO4, MGSO4, NA2SO4, K2SO4
560          ELSEIF (DRNH4CL.LE.RH  .AND. RH.LT.DRNH42S4) THEN
561             SCASE = 'O3'
562             CALL CALCO32p1              ! CaSO4, (NH4)2SO4, MGSO4, NA2SO4, K2SO4
564          ELSEIF (DRNH42S4.LE.RH .AND. RH.LT.DRMGSO4) THEN
565             SCASE = 'O4'
566             CALL CALCO42p1              ! CaSO4, MGSO4, NA2SO4, K2SO4
568          ELSEIF (DRMGSO4.LE.RH .AND. RH.LT.DRNA2SO4) THEN
569             SCASE = 'O5'
570             CALL CALCO52p1              ! CaSO4, NA2SO4, K2SO4
572          ELSEIF (DRNA2SO4.LE.RH .AND. RH.LT.DRK2SO4) THEN
573             SCASE = 'O6'
574             CALL CALCO62p1              ! CaSO4, K2SO4
576          ELSEIF (DRK2SO4.LE.RH) THEN
577             SCASE = 'O7'
578             CALL CALCO72p1              ! CaSO4
579          ENDIF
580        ENDIF
582 !C *** SULFATE POOR: Rso4>2; (DUST + SODIUM) RICH: R(Cr+Na)>2; DUST POOR: Rcr<2.
584       ELSEIF (SO4RAT.GE.2.0 .AND. CRNARAT.GE.2.0) THEN
586        IF (CRRAT.LE.2.0) THEN
588         IF(METSTBL.EQ.1) THEN
589          SCASE = 'M8'
590          CALL CALCM82p1                 ! Only liquid (metastable)
591         ELSE
593            IF (RH.LT.DRNH4NO3) THEN
594              SCASE = 'M1'
595              CALL CALCM12p1            ! CaSO4, NH4NO3, NH4CL, MGSO4, NA2SO4, K2SO4, NACL, NANO3
597            ELSEIF (DRNH4NO3.LE.RH .AND. RH.LT.DRNANO3) THEN
598              SCASE = 'M2'
599              CALL CALCM22p1            ! CaSO4, NH4CL, MGSO4, NA2SO4, K2SO4, NACL, NANO3
601            ELSEIF (DRNANO3.LE.RH  .AND. RH.LT.DRNACL) THEN
602              SCASE = 'M3'
603              CALL CALCM32p1            ! CaSO4, NH4CL, MGSO4, NA2SO4, K2SO4, NACL
605            ELSEIF (DRNACL.LE.RH   .AND. RH.LT.DRNH4Cl) THEN
606              SCASE = 'M4'
607              CALL CALCM42p1            ! CaSO4, NH4CL, MGSO4, NA2SO4, K2SO4
609            ELSEIF (DRNH4Cl.LE.RH .AND. RH.LT.DRMGSO4) THEN
610              SCASE = 'M5'
611              CALL CALCM52p1            ! CaSO4, MGSO4, NA2SO4, K2SO4
613            ELSEIF (DRMGSO4.LE.RH .AND. RH.LT.DRNA2SO4) THEN
614              SCASE = 'M6'
615              CALL CALCM62p1            ! CaSO4, NA2SO4, K2SO4
617            ELSEIF (DRNA2SO4.LE.RH .AND. RH.LT.DRK2SO4) THEN
618              SCASE = 'M7'
619              CALL CALCM72p1            ! CaSO4, K2SO4
621            ELSEIF (DRK2SO4.LE.RH) THEN
622              SCASE = 'M8'
623              CALL CALCM82p1            ! CaSO4
624            ENDIF
625         ENDIF
626 !C        CALL CALCHCO3
628 !C *** SULFATE POOR: Rso4>2; (DUST + SODIUM) RICH: R(Cr+Na)>2; DUST POOR: Rcr<2.
630        ELSEIF (CRRAT.GT.2.0) THEN
632         IF(METSTBL.EQ.1) THEN
633          SCASE = 'P13'
634          CALL CALCP132p1                 ! Only liquid (metastable)
635         ELSE
637            IF (RH.LT.DRCACL2) THEN
638              SCASE = 'P1'
639              CALL CALCP12p1             ! CaSO4, CA(NO3)2, CACL2, K2SO4, KNO3, KCL, MGSO4,
640 !C                                    ! MG(NO3)2, MGCL2, NANO3, NACL, NH4NO3, NH4CL
642            ELSEIF (DRCACL2.LE.RH .AND. RH.LT.DRMGCL2) THEN
643              SCASE = 'P2'
644              CALL CALCP22p1            ! CaSO4, CA(NO3)2, K2SO4, KNO3, KCL, MGSO4,
645 !C                                   ! MG(NO3)2, MGCL2, NANO3, NACL, NH4NO3, NH4CL
647            ELSEIF (DRMGCL2.LE.RH  .AND. RH.LT.DRCANO32) THEN
648              SCASE = 'P3'
649              CALL CALCP32p1            ! CaSO4, CA(NO3)2, K2SO4, KNO3, KCL, MGSO4,
650 !C                                   ! MG(NO3)2, NANO3, NACL, NH4NO3, NH4CL
652            ELSEIF (DRCANO32.LE.RH   .AND. RH.LT.DRMGNO32) THEN
653              SCASE = 'P4'
654              CALL CALCP42p1            ! CaSO4, K2SO4, KNO3, KCL, MGSO4,
655 !C                                   ! MG(NO3)2, NANO3, NACL, NH4NO3, NH4CL
657            ELSEIF (DRMGNO32.LE.RH .AND. RH.LT.DRNH4NO3) THEN
658              SCASE = 'P5'
659              CALL CALCP52p1            ! CaSO4, K2SO4, KNO3, KCL, MGSO4,
660 !C                                   ! NANO3, NACL, NH4NO3, NH4CL
662            ELSEIF (DRNH4NO3.LE.RH .AND. RH.LT.DRNANO3) THEN
663              SCASE = 'P6'
664              CALL CALCP62p1            ! CaSO4, K2SO4, KNO3, KCL, MGSO4, NANO3, NACL, NH4CL
666            ELSEIF (DRNANO3.LE.RH .AND. RH.LT.DRNACL) THEN
667              SCASE = 'P7'
668              CALL CALCP72p1            ! CaSO4, K2SO4, KNO3, KCL, MGSO4, NACL, NH4CL
670            ELSEIF (DRNACL.LE.RH .AND. RH.LT.DRNH4CL) THEN
671              SCASE = 'P8'
672              CALL CALCP82p1            ! CaSO4, K2SO4, KNO3, KCL, MGSO4, NH4CL
674            ELSEIF (DRNH4CL.LE.RH .AND. RH.LT.DRKCL) THEN
675              SCASE = 'P9'
676              CALL CALCP92p1            ! CaSO4, K2SO4, KNO3, KCL, MGSO4
678            ELSEIF (DRKCL.LE.RH .AND. RH.LT.DRMGSO4) THEN
679              SCASE = 'P10'
680              CALL CALCP102p1            ! CaSO4, K2SO4, KNO3, MGSO4
682            ELSEIF (DRMGSO4.LE.RH .AND. RH.LT.DRKNO3) THEN
683              SCASE = 'P11'
684              CALL CALCP112p1            ! CaSO4, K2SO4, KNO3
686            ELSEIF (DRKNO3.LE.RH .AND. RH.LT.DRK2SO4) THEN
687              SCASE = 'P12'
688              CALL CALCP122p1            ! CaSO4, K2SO4
690            ELSEIF (DRK2SO4.LE.RH) THEN
691              SCASE = 'P13'
692              CALL CALCP132p1            ! CaSO4
693            ENDIF
694          ENDIF
695 !C        CALL CALCHCO3
696        ENDIF
698 !C *** SULFATE RICH (NO ACID): 1<Rso4<2;
700       ELSEIF (1.0.LE.SO4RAT .AND. SO4RAT.LT.2.0) THEN
702        IF(METSTBL.EQ.1) THEN
703          SCASE = 'L9'
704          CALL CALCL92p1                ! Only liquid (metastable)
705        ELSE
707          IF (RH.LT.DRNH4HS4) THEN
708             SCASE = 'L1'
709             CALL CALCL12p1            ! CASO4,K2SO4,MGSO4,KHSO4,NA2SO4,(NH4)2SO4,NAHSO4,NH4HSO4,LC
711          ELSEIF (DRNH4HS4.LE.RH .AND. RH.LT.DRNAHSO4) THEN
712             SCASE = 'L2'
713             CALL CALCL22p1            ! CASO4,K2SO4,MGSO4,KHSO4,NA2SO4,(NH4)2SO4,NAHSO4,LC
715          ELSEIF (DRNAHSO4.LE.RH .AND. RH.LT.DRLC) THEN
716             SCASE = 'L3'
717             CALL CALCL32p1            ! CASO4,K2SO4,MGSO4,KHSO4,NA2SO4,(NH4)2SO4,LC
719          ELSEIF (DRLC.LE.RH .AND. RH.LT.DRNH42S4) THEN
720             SCASE = 'L4'
721             CALL CALCL42p1            ! CASO4,K2SO4,MGSO4,KHSO4,NA2SO4,(NH4)2SO4
723          ELSEIF (DRNH42S4.LE.RH .AND. RH.LT.DRKHSO4) THEN
724             SCASE = 'L5'
725             CALL CALCL52p1            ! CASO4,K2SO4,MGSO4,KHSO4,NA2SO4
727          ELSEIF (DRKHSO4.LE.RH .AND. RH.LT.DRMGSO4) THEN
728             SCASE = 'L6'
729             CALL CALCL62p1            ! CASO4,K2SO4,MGSO4,NA2SO4
731          ELSEIF (DRMGSO4.LE.RH .AND. RH.LT.DRNA2SO4) THEN
732             SCASE = 'L7'
733             CALL CALCL72p1            ! CASO4,K2SO4,NA2SO4
735          ELSEIF (DRNA2SO4.LE.RH .AND. RH.LT.DRK2SO4) THEN
736             SCASE = 'L8'
737             CALL CALCL82p1            ! CASO4,K2SO4
739          ELSEIF (DRK2SO4.LE.RH) THEN
740             SCASE = 'L9'
741             CALL CALCL92p1            ! CaSO4
742          ENDIF
743        ENDIF
745       CALL CALCNHA2p1                ! MINOR SPECIES: HNO3, HCl
746       CALL CALCNH32p1                !                NH3
748 !C *** SULFATE SUPER RICH (FREE ACID): Rso4<1;
750       ELSEIF (SO4RAT.LT.1.0) THEN
752        IF(METSTBL.EQ.1) THEN
753          SCASE = 'K4'
754          CALL CALCK42p1                 ! Only liquid (metastable)
755        ELSE
757          IF (RH.LT.DRNH4HS4) THEN                   ! RH < 0.4
758             SCASE = 'K1'
759             CALL CALCK12p1           ! NH4HSO4,NAHSO4,KHSO4,CASO4
761          ELSEIF (DRNH4HS4.LE.RH .AND. RH.LT.DRNAHSO4) THEN
762             SCASE = 'K2'
763             CALL CALCK22p1           ! NAHSO4,KHSO4,CASO4
765          ELSEIF (DRNAHSO4.LE.RH .AND. RH.LT.DRKHSO4) THEN
766             SCASE = 'K3'
767             CALL CALCK32p1           ! KHSO4,CASO4    0.52 < RH < 0.86
769          ELSEIF (DRKHSO4.LE.RH) THEN
770             SCASE = 'K4'
771             CALL CALCK42p1           ! CASO4
772          ENDIF
773        ENDIF
775       CALL CALCNHA2p1                  ! MINOR SPECIES: HNO3, HCl
776       CALL CALCNH32p1                  !                NH3
778       ENDIF
780       RETURN
781       END
783 !C=======================================================================
785 !C *** ISORROPIA CODE
786 !C *** SUBROUTINE CALCA2
787 !C *** CASE A2 
789 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
790 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT >= 2.0)
791 !C     2. LIQUID AEROSOL PHASE ONLY POSSIBLE
793 !C     FOR CALCULATIONS, A BISECTION IS PERFORMED TOWARDS X, THE
794 !C     AMOUNT OF HYDROGEN IONS (H+) FOUND IN THE LIQUID PHASE.
795 !C     FOR EACH ESTIMATION OF H+, FUNCTION FUNCB2A CALCULATES THE
796 !C     CONCENTRATION OF IONS FROM THE NH3(GAS) - NH4+(LIQ) EQUILIBRIUM.
797 !C     ELECTRONEUTRALITY IS USED AS THE OBJECTIVE FUNCTION.
799 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
800 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
801 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
802 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
804 !C=======================================================================
806       SUBROUTINE CALCA22p1
807       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
809 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
811       CALAOU    =.TRUE.       ! Outer loop activity calculation flag
812       OMELO     = TINY        ! Low  limit: SOLUTION IS VERY BASIC
813       OMEHI     = 2.0D0*W(2)  ! High limit: FROM NH4+ -> NH3(g) + H+(aq)
815 !C *** CALCULATE WATER CONTENT *****************************************
817       MOLAL(5) = W(2)
818       MOLAL(6) = ZERO
819       CALL CALCMR2p1
821 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
823       X1 = OMEHI
824       Y1 = FUNCA22p1 (X1)
825       IF (ABS(Y1).LE.EPS) RETURN
827 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
829       DX = (OMEHI-OMELO)/FLOAT(NDIV)
830       DO 10 I=1,NDIV
831          X2 = MAX(X1-DX, OMELO)
832          Y2 = FUNCA22p1 (X2)
833          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
834          X1 = X2
835          Y1 = Y2
836 10    CONTINUE
837       IF (ABS(Y2).LE.EPS) THEN
838          RETURN
839       ELSE
840          CALL PUSHERR2p1 (0001, 'CALCA2')    ! WARNING ERROR: NO SOLUTION
841          RETURN
842       ENDIF
844 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
846 20    DO 30 I=1,MAXIT
847          X3 = 0.5*(X1+X2)
848          Y3 = FUNCA22p1 (X3)
849          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
850             Y2    = Y3
851             X2    = X3
852          ELSE
853             Y1    = Y3
854             X1    = X3
855          ENDIF
856          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
857 30    CONTINUE
858       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCA2')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
860 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
862 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
863       Y3 = FUNCA22p1 (X3)
864       RETURN
866 !C *** END OF SUBROUTINE CALCA2 ****************************************
868       END
872 !C=======================================================================
874 !C *** ISORROPIA CODE
875 !C *** FUNCTION FUNCA2
876 !C *** CASE A2 
877 !C     FUNCTION THAT SOLVES THE SYSTEM OF EQUATIONS FOR CASE A2 ; 
878 !C     AND RETURNS THE VALUE OF THE ZEROED FUNCTION IN FUNCA2.
880 !C=======================================================================
882       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCA22p1 (OMEGI)
883       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
884       DOUBLE PRECISION LAMDA
886 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
888       FRST   = .TRUE.
889       CALAIN = .TRUE.
890       PSI    = W(2)         ! INITIAL AMOUNT OF (NH4)2SO4 IN SOLUTION
892 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
894       DO 10 I=1,NSWEEP
895          A1    = XK1*WATER/GAMA(7)*(GAMA(8)/GAMA(7))**2.
896          A2    = XK2*R*TEMP/XKW*(GAMA(8)/GAMA(9))**2.
897          A3    = XKW*RH*WATER*WATER
899          LAMDA = PSI/(A1/OMEGI+ONE)
900          ZETA  = A3/OMEGI
902 !C *** SPECIATION & WATER CONTENT ***************************************
904          MOLAL (1) = OMEGI                                        ! HI
905          MOLAL (5) = MAX(PSI-LAMDA,TINY)                          ! SO4I
906          MOLAL (3) = MAX(W(3)/(ONE/A2/OMEGI + ONE), 2.*MOLAL(5))  ! NH4I
907          MOLAL (6) = LAMDA                                        ! HSO4I
908          GNH3      = MAX (W(3)-MOLAL(3), TINY)                    ! NH3GI
909          COH       = ZETA                                         ! OHI
911 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
913          IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
914             CALL CALCACT2p1     
915          ELSE
916             GOTO 20
917          ENDIF
918 10    CONTINUE
920 !C *** CALCULATE OBJECTIVE FUNCTION ************************************
922 20    DENOM = (2.0*MOLAL(5)+MOLAL(6))
923       FUNCA22p1= (MOLAL(3)/DENOM - ONE) + MOLAL(1)/DENOM
924       RETURN
926 !C *** END OF FUNCTION FUNCA2 ********************************************
928       END
929 !C=======================================================================
931 !C *** ISORROPIA CODE
932 !C *** SUBROUTINE CALCA1
933 !C *** CASE A1 
935 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
936 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0)
937 !C     2. SOLID AEROSOL ONLY
938 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : (NH4)2SO4
940 !C     A SIMPLE MATERIAL BALANCE IS PERFORMED, AND THE SOLID (NH4)2SO4
941 !C     IS CALCULATED FROM THE SULFATES. THE EXCESS AMMONIA REMAINS IN
942 !C     THE GAS PHASE.
944 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
945 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
946 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
947 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
949 !C=======================================================================
951       SUBROUTINE CALCA12p1
952       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
954       CNH42S4 = W(2)
955       GNH3    = MAX (W(3)-2.0*CNH42S4, ZERO)
956       RETURN
958 !C *** END OF SUBROUTINE CALCA1 ******************************************
960       END
964 !C=======================================================================
966 !C *** ISORROPIA CODE
967 !C *** SUBROUTINE CALCB4
968 !C *** CASE B4 
970 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
971 !C     1. SULFATE RICH, NO FREE ACID (1.0 <= SULRAT < 2.0)
972 !C     2. LIQUID AEROSOL PHASE ONLY POSSIBLE
974 !C     FOR CALCULATIONS, A BISECTION IS PERFORMED WITH RESPECT TO H+.
975 !C     THE OBJECTIVE FUNCTION IS THE DIFFERENCE BETWEEN THE ESTIMATED H+
976 !C     AND THAT CALCULATED FROM ELECTRONEUTRALITY.
978 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
979 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
980 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
981 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
983 !C=======================================================================
985       SUBROUTINE CALCB42p1
986       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
988 !C *** SOLVE EQUATIONS **************************************************
990       FRST       = .TRUE.
991       CALAIN     = .TRUE.
992       CALAOU     = .TRUE.
994 !C *** CALCULATE WATER CONTENT ******************************************
996       CALL CALCB1A2p1         ! GET DRY SALT CONTENT, AND USE FOR WATER.
997       MOLALR(13) = CLC       
998       MOLALR(9)  = CNH4HS4   
999       MOLALR(4)  = CNH42S4   
1000       CLC        = ZERO
1001       CNH4HS4    = ZERO
1002       CNH42S4    = ZERO
1003       WATER      = MOLALR(13)/M0(13)+MOLALR(9)/M0(9)+MOLALR(4)/M0(4)
1005       MOLAL(3)   = W(3)   ! NH4I
1007       DO 20 I=1,NSWEEP
1008          AK1   = XK1*((GAMA(8)/GAMA(7))**2.)*(WATER/GAMA(7))
1009          BET   = W(2)
1010          GAM   = MOLAL(3)
1012          BB    = BET + AK1 - GAM
1013          CC    =-AK1*BET
1014          DD    = BB*BB - 4.D0*CC
1016 !C *** SPECIATION & WATER CONTENT ***************************************
1018          MOLAL (5) = MAX(TINY,MIN(0.5*(-BB + SQRT(DD)), W(2))) ! SO4I
1019          MOLAL (6) = MAX(TINY,MIN(W(2)-MOLAL(5),W(2)))         ! HSO4I
1020          MOLAL (1) = MAX(TINY,MIN(AK1*MOLAL(6)/MOLAL(5),W(2))) ! HI
1021          CALL CALCMR2p1                                           ! Water content
1023 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
1025          IF (.NOT.CALAIN) GOTO 30
1026          CALL CALCACT2p1
1027 20    CONTINUE
1029 30    RETURN
1031 !C *** END OF SUBROUTINE CALCB4 ******************************************
1033       END
1034 !C=======================================================================
1036 !C *** ISORROPIA CODE
1037 !C *** SUBROUTINE CALCB3
1038 !C *** CASE B3 
1040 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
1041 !C     1. SULFATE RICH, NO FREE ACID (1.0 <= SULRAT < 2.0)
1042 !C     2. BOTH LIQUID & SOLID PHASE IS POSSIBLE
1043 !C     3. SOLIDS POSSIBLE: (NH4)2SO4
1045 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
1046 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
1047 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
1048 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
1050 !C=======================================================================
1052       SUBROUTINE CALCB32p1
1053       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
1054 !C    
1055 !C *** CALCULATE EQUIVALENT AMOUNT OF HSO4 AND SO4 ***********************
1057       X = MAX(2*W(2)-W(3), ZERO)   ! Equivalent NH4HSO4
1058       Y = MAX(W(3)  -W(2), ZERO)   ! Equivalent NH42SO4
1060 !C *** CALCULATE SPECIES ACCORDING TO RELATIVE ABUNDANCE OF HSO4 *********
1062       IF (X.LT.Y) THEN             ! LC is the MIN (x,y)
1063          SCASE   = 'B3 ; SUBCASE 1'
1064          TLC     = X
1065          TNH42S4 = Y-X
1066          CALL CALCB3A2p1 (TLC,TNH42S4)      ! LC + (NH4)2SO4 
1067       ELSE
1068          SCASE   = 'B3 ; SUBCASE 2'
1069          TLC     = Y
1070          TNH4HS4 = X-Y
1071          CALL CALCB3B2p1 (TLC,TNH4HS4)      ! LC + NH4HSO4
1072       ENDIF
1073 !C 
1074       RETURN
1076 !C *** END OF SUBROUTINE CALCB3 ******************************************
1078       END
1081 !C=======================================================================
1083 !C *** ISORROPIA CODE
1084 !C *** SUBROUTINE CALCB3A
1085 !C *** CASE B3 ; SUBCASE 1
1087 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
1088 !C     1. SULFATE RICH (1.0 < SULRAT < 2.0)
1089 !C     2. BOTH LIQUID & SOLID PHASE IS POSSIBLE
1090 !C     3. SOLIDS POSSIBLE: (NH4)2SO4
1092 !C     FOR CALCULATIONS, A BISECTION IS PERFORMED TOWARDS ZETA, THE
1093 !C     AMOUNT OF SOLID (NH4)2SO4 DISSOLVED IN THE LIQUID PHASE.
1094 !C     FOR EACH ESTIMATION OF ZETA, FUNCTION FUNCB3A CALCULATES THE
1095 !C     AMOUNT OF H+ PRODUCED (BASED ON THE SO4 RELEASED INTO THE
1096 !C     SOLUTION). THE SOLUBILITY PRODUCT OF (NH4)2SO4 IS USED AS THE 
1097 !C     OBJECTIVE FUNCTION.
1099 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
1100 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
1101 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
1102 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
1104 !C=======================================================================
1106       SUBROUTINE CALCB3A2p1 (TLC, TNH42S4)
1107       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
1109       CALAOU = .TRUE.         ! Outer loop activity calculation flag
1110       ZLO    = ZERO           ! MIN DISSOLVED (NH4)2SO4
1111       ZHI    = TNH42S4        ! MAX DISSOLVED (NH4)2SO4
1113 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION (DISSOLVED (NH4)2SO4 ****************
1115       Z1 = ZLO
1116       Y1 = FUNCB3A2p1 (Z1, TLC, TNH42S4)
1117       IF (ABS(Y1).LE.EPS) RETURN
1118       YLO= Y1
1120 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO ***********************
1122       DZ = (ZHI-ZLO)/FLOAT(NDIV)
1123       DO 10 I=1,NDIV
1124          Z2 = Z1+DZ
1125          Y2 = FUNCB3A2p1 (Z2, TLC, TNH42S4)
1126          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
1127          Z1 = Z2
1128          Y1 = Y2
1129 10    CONTINUE
1131 !C *** NO SUBDIVISION WITH SOLUTION FOUND 
1133       YHI= Y1                      ! Save Y-value at HI position
1134       IF (ABS(Y2) .LT. EPS) THEN   ! X2 IS A SOLUTION 
1135          RETURN
1137 !C *** { YLO, YHI } < 0.0 THE SOLUTION IS ALWAYS UNDERSATURATED WITH LC
1139       ELSE IF (YLO.LT.ZERO .AND. YHI.LT.ZERO) THEN
1140          Z1 = ZHI
1141          Z2 = ZHI
1142          GOTO 40
1144 !C *** { YLO, YHI } > 0.0 THE SOLUTION IS ALWAYS SUPERSATURATED WITH LC
1146       ELSE IF (YLO.GT.ZERO .AND. YHI.GT.ZERO) THEN
1147          Z1 = ZLO
1148          Z2 = ZLO
1149          GOTO 40
1150       ELSE
1151          CALL PUSHERR2p1 (0001, 'CALCB3A')    ! WARNING ERROR: NO SOLUTION
1152          RETURN
1153       ENDIF
1155 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
1157 20    DO 30 I=1,MAXIT
1158          Z3 = 0.5*(Z1+Z2)
1159          Y3 = FUNCB3A2p1 (Z3, TLC, TNH42S4)
1160          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
1161             Y2    = Y3
1162             Z2    = Z3
1163          ELSE
1164             Y1    = Y3
1165             Z1    = Z3
1166          ENDIF
1167          IF (ABS(Z2-Z1) .LE. EPS*Z1) GOTO 40
1168 30    CONTINUE
1169       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCB3A')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
1171 !C *** CONVERGED ; RETURN ************************************************
1173 40    ZK = 0.5*(Z1+Z2)
1174       Y3 = FUNCB3A2p1 (ZK, TLC, TNH42S4)
1175 !C    
1176       RETURN
1178 !C *** END OF SUBROUTINE CALCB3A ******************************************
1180       END
1184 !C=======================================================================
1186 !C *** ISORROPIA CODE
1187 !C *** FUNCTION FUNCB3A
1188 !C *** CASE B3 ; SUBCASE 1
1189 !C     FUNCTION THAT SOLVES THE SYSTEM OF EQUATIONS FOR CASE B3
1190 !C     AND RETURNS THE VALUE OF THE ZEROED FUNCTION IN FUNCA3.
1192 !C=======================================================================
1194       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCB3A2p1 (ZK, Y, X)
1195       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
1196       DOUBLE PRECISION KK
1198 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
1200       FRST   = .TRUE.
1201       CALAIN = .TRUE.
1202       DO 20 I=1,NSWEEP
1203          GRAT1 = XK1*WATER/GAMA(7)*(GAMA(8)/GAMA(7))**2.
1204          DD    = SQRT( (ZK+GRAT1+Y)**2. + 4.0*Y*GRAT1)
1205          KK    = 0.5*(-(ZK+GRAT1+Y) + DD )
1207 !C *** SPECIATION & WATER CONTENT ***************************************
1209          MOLAL (1) = KK                ! HI
1210          MOLAL (5) = KK+ZK+Y           ! SO4I
1211          MOLAL (6) = MAX (Y-KK, TINY)  ! HSO4I
1212          MOLAL (3) = 3.0*Y+2*ZK        ! NH4I
1213          CNH42S4   = X-ZK              ! Solid (NH4)2SO4
1214          CALL CALCMR2p1                   ! Water content
1216 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
1218          IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
1219             CALL CALCACT2p1     
1220          ELSE
1221             GOTO 30
1222          ENDIF
1223 20    CONTINUE
1225 !C *** CALCULATE OBJECTIVE FUNCTION ************************************
1227 !CCC30    FUNCB3A= ( SO4I*NH4I**2.0 )/( XK7*(WATER/GAMA(4))**3.0 )
1228 30    FUNCB3A2p1= MOLAL(5)*MOLAL(3)**2.0
1229       FUNCB3A2p1= FUNCB3A2p1/(XK7*(WATER/GAMA(4))**3.0) - ONE
1230       RETURN
1232 !C *** END OF FUNCTION FUNCB3A ********************************************
1234       END
1238 !C=======================================================================
1240 !C *** ISORROPIA CODE
1241 !C *** SUBROUTINE CALCB3B
1242 !C *** CASE B3 ; SUBCASE 2
1244 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
1245 !C     1. SULFATE RICH (1.0 < SULRAT < 2.0)
1246 !C     2. LIQUID PHASE ONLY IS POSSIBLE
1248 !C     SPECIATION CALCULATIONS IS BASED ON THE HSO4 <--> SO4 EQUILIBRIUM. 
1250 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
1251 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
1252 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
1253 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
1255 !C=======================================================================
1257       SUBROUTINE CALCB3B2p1 (Y, X)
1258       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
1259       DOUBLE PRECISION KK
1261       CALAOU = .FALSE.        ! Outer loop activity calculation flag
1262       FRST   = .FALSE.
1263       CALAIN = .TRUE.
1265 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
1267       DO 20 I=1,NSWEEP
1268          GRAT1 = XK1*WATER/GAMA(7)*(GAMA(8)/GAMA(7))**2.
1269          DD    = SQRT( (GRAT1+Y)**2. + 4.0*(X+Y)*GRAT1)
1270          KK    = 0.5*(-(GRAT1+Y) + DD )
1272 !C *** SPECIATION & WATER CONTENT ***************************************
1274          MOLAL (1) = KK                   ! HI
1275          MOLAL (5) = Y+KK                 ! SO4I
1276          MOLAL (6) = MAX (X+Y-KK, TINY)   ! HSO4I
1277          MOLAL (3) = 3.0*Y+X              ! NH4I
1278          CALL CALCMR2p1                      ! Water content
1280 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
1282          IF (.NOT.CALAIN) GOTO 30
1283          CALL CALCACT2p1     
1284 20    CONTINUE
1285 !C    
1286 30    RETURN
1288 !C *** END OF SUBROUTINE CALCB3B ******************************************
1290       END
1291 !C=======================================================================
1293 !C *** ISORROPIA CODE
1294 !C *** SUBROUTINE CALCB2
1295 !C *** CASE B2 
1297 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
1298 !C     1. SULFATE RICH, NO FREE ACID (1.0 <= SULRAT < 2.0)
1299 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
1300 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : LC, (NH4)2SO4
1302 !C     THERE ARE TWO POSSIBLE REGIMES HERE, DEPENDING ON THE SULFATE RATIO:
1303 !C     1. WHEN BOTH LC AND (NH4)2SO4 ARE POSSIBLE (SUBROUTINE CALCB2A)
1304 !C     2. WHEN ONLY LC IS POSSIBLE (SUBROUTINE CALCB2B).
1306 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
1307 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
1308 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
1309 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
1311 !C=======================================================================
1313       SUBROUTINE CALCB22p1
1314       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
1315 !C    
1316 !C *** CALCULATE EQUIVALENT AMOUNT OF HSO4 AND SO4 ***********************
1318       X = MAX(2*W(2)-W(3), TINY)   ! Equivalent NH4HSO4
1319       Y = MAX(W(3)  -W(2), TINY)   ! Equivalent NH42SO4
1321 !C *** CALCULATE SPECIES ACCORDING TO RELATIVE ABUNDANCE OF HSO4 *********
1323       IF (X.LE.Y) THEN             ! LC is the MIN (x,y)
1324          SCASE = 'B2 ; SUBCASE 1'
1325          CALL CALCB2A2p1 (X,Y-X)      ! LC + (NH4)2SO4 POSSIBLE
1326       ELSE
1327          SCASE = 'B2 ; SUBCASE 2'
1328          CALL CALCB2B2p1 (Y,X-Y)      ! LC ONLY POSSIBLE
1329       ENDIF
1330 !C 
1331       RETURN
1333 !C *** END OF SUBROUTINE CALCB2 ******************************************
1335       END
1339 !C=======================================================================
1341 !C *** ISORROPIA CODE
1342 !C *** SUBROUTINE CALCB2
1343 !C *** CASE B2 ; SUBCASE A. 
1345 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
1346 !C     1. SULFATE RICH (1.0 < SULRAT < 2.0)
1347 !C     2. SOLID PHASE ONLY POSSIBLE
1348 !C     3. SOLIDS POSSIBLE: LC, (NH4)2SO4
1350 !C     THERE ARE TWO POSSIBLE REGIMES HERE, DEPENDING ON RELATIVE HUMIDITY:
1351 !C     1. WHEN RH >= MDRH ; LIQUID PHASE POSSIBLE (MDRH REGION)
1352 !C     2. WHEN RH < MDRH  ; ONLY SOLID PHASE POSSIBLE 
1354 !C     FOR SOLID CALCULATIONS, A MATERIAL BALANCE BASED ON THE STOICHIMETRIC
1355 !C     PROPORTION OF AMMONIUM AND SULFATE IS DONE TO CALCULATE THE AMOUNT 
1356 !C     OF LC AND (NH4)2SO4 IN THE SOLID PHASE.
1358 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
1359 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
1360 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
1361 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
1363 !C=======================================================================
1365       SUBROUTINE CALCB2A2p1 (TLC, TNH42S4)
1366       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
1368 !C *** REGIME DEPENDS UPON THE AMBIENT RELATIVE HUMIDITY *****************
1370       IF (RH.LT.DRMLCAS) THEN    
1371          SCASE   = 'B2 ; SUBCASE A1'    ! SOLIDS POSSIBLE ONLY
1372          CLC     = TLC
1373          CNH42S4 = TNH42S4
1374          SCASE   = 'B2 ; SUBCASE A1'
1375       ELSE
1376          SCASE = 'B2 ; SUBCASE A2'
1377          CALL CALCB2A22p1 (TLC, TNH42S4)   ! LIQUID & SOLID PHASE POSSIBLE
1378          SCASE = 'B2 ; SUBCASE A2'
1379       ENDIF
1381       RETURN
1383 !C *** END OF SUBROUTINE CALCB2A *****************************************
1385       END
1389 !C=======================================================================
1391 !C *** ISORROPIA CODE
1392 !C *** SUBROUTINE CALCB2A2
1393 !C *** CASE B2 ; SUBCASE A2. 
1395 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
1396 !C     1. SULFATE RICH (1.0 < SULRAT < 2.0)
1397 !C     2. SOLID PHASE ONLY POSSIBLE
1398 !C     3. SOLIDS POSSIBLE: LC, (NH4)2SO4
1400 !C     THIS IS THE CASE WHERE THE RELATIVE HUMIDITY IS IN THE MUTUAL
1401 !C     DRH REGION. THE SOLUTION IS ASSUMED TO BE THE SUM OF TWO WEIGHTED
1402 !C     SOLUTIONS ; THE SOLID PHASE ONLY (SUBROUTINE CALCB2A1) AND THE
1403 !C     THE SOLID WITH LIQUID PHASE (SUBROUTINE CALCB3).
1405 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
1406 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
1407 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
1408 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
1410 !C=======================================================================
1412       SUBROUTINE CALCB2A22p1 (TLC, TNH42S4)
1413       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
1415 !C *** FIND WEIGHT FACTOR **********************************************
1417       IF (WFTYP.EQ.0) THEN
1418          WF = ZERO
1419       ELSEIF (WFTYP.EQ.1) THEN
1420          WF = 0.5D0
1421       ELSE
1422          WF = (DRLC-RH)/(DRLC-DRMLCAS)
1423       ENDIF
1424       ONEMWF  = ONE - WF
1426 !C *** FIND FIRST SECTION ; DRY ONE ************************************
1428       CLCO     = TLC                     ! FIRST (DRY) SOLUTION
1429       CNH42SO  = TNH42S4
1431 !C *** FIND SECOND SECTION ; DRY & LIQUID ******************************
1433       CLC     = ZERO
1434       CNH42S4 = ZERO
1435       CALL CALCB32p1                        ! SECOND (LIQUID) SOLUTION
1437 !C *** FIND SOLUTION AT MDRH BY WEIGHTING DRY & LIQUID SOLUTIONS.
1439       MOLAL(1)= ONEMWF*MOLAL(1)                                   ! H+
1440       MOLAL(3)= ONEMWF*(2.D0*(CNH42SO-CNH42S4) + 3.D0*(CLCO-CLC)) ! NH4+
1441       MOLAL(5)= ONEMWF*(CNH42SO-CNH42S4 + CLCO-CLC)               ! SO4--
1442       MOLAL(6)= ONEMWF*(CLCO-CLC)                                 ! HSO4-
1444       WATER   = ONEMWF*WATER
1446       CLC     = WF*CLCO    + ONEMWF*CLC
1447       CNH42S4 = WF*CNH42SO + ONEMWF*CNH42S4
1449       RETURN
1451 !C *** END OF SUBROUTINE CALCB2A2 ****************************************
1453       END
1457 !C=======================================================================
1459 !C *** ISORROPIA CODE
1460 !C *** SUBROUTINE CALCB2
1461 !C *** CASE B2 ; SUBCASE B 
1463 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
1464 !C     1. SULFATE RICH (1.0 < SULRAT < 2.0)
1465 !C     2. BOTH LIQUID & SOLID PHASE IS POSSIBLE
1466 !C     3. SOLIDS POSSIBLE: LC
1468 !C     FOR CALCULATIONS, A BISECTION IS PERFORMED TOWARDS ZETA, THE
1469 !C     AMOUNT OF SOLID LC DISSOLVED IN THE LIQUID PHASE.
1470 !C     FOR EACH ESTIMATION OF ZETA, FUNCTION FUNCB2A CALCULATES THE
1471 !C     AMOUNT OF H+ PRODUCED (BASED ON THE HSO4, SO4 RELEASED INTO THE
1472 !C     SOLUTION). THE SOLUBILITY PRODUCT OF LC IS USED AS THE OBJECTIVE 
1473 !C     FUNCTION.
1475 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
1476 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
1477 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
1478 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
1480 !C=======================================================================
1482       SUBROUTINE CALCB2B2p1 (TLC,TNH4HS4)
1483       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
1485       CALAOU = .TRUE.       ! Outer loop activity calculation flag
1486       ZLO    = ZERO
1487       ZHI    = TLC          ! High limit: all of it in liquid phase
1489 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION **************************************
1491       X1 = ZHI
1492       Y1 = FUNCB2B2p1 (X1,TNH4HS4,TLC)
1493       IF (ABS(Y1).LE.EPS) RETURN
1494       YHI= Y1                        ! Save Y-value at Hi position
1496 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO ************************
1498       DX = (ZHI-ZLO)/NDIV
1499       DO 10 I=1,NDIV
1500          X2 = X1-DX
1501          Y2 = FUNCB2B2p1 (X2,TNH4HS4,TLC)
1502          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
1503          X1 = X2
1504          Y1 = Y2
1505 10    CONTINUE
1507 !C *** NO SUBDIVISION WITH SOLUTION FOUND 
1509       YLO= Y1                      ! Save Y-value at LO position
1510       IF (ABS(Y2) .LT. EPS) THEN   ! X2 IS A SOLUTION 
1511          RETURN
1513 !C *** { YLO, YHI } < 0.0 THE SOLUTION IS ALWAYS UNDERSATURATED WITH LC
1515       ELSE IF (YLO.LT.ZERO .AND. YHI.LT.ZERO) THEN
1516          X1 = ZHI
1517          X2 = ZHI
1518          GOTO 40
1520 !C *** { YLO, YHI } > 0.0 THE SOLUTION IS ALWAYS SUPERSATURATED WITH LC
1522       ELSE IF (YLO.GT.ZERO .AND. YHI.GT.ZERO) THEN
1523          X1 = ZLO
1524          X2 = ZLO
1525          GOTO 40
1526       ELSE
1527          CALL PUSHERR2p1 (0001, 'CALCB2B')    ! WARNING ERROR: NO SOLUTION
1528          RETURN
1529       ENDIF
1531 !C *** PERFORM BISECTION *************************************************
1533 20    DO 30 I=1,MAXIT
1534          X3 = 0.5*(X1+X2)
1535          Y3 = FUNCB2B2p1 (X3,TNH4HS4,TLC)
1536          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
1537             Y2    = Y3
1538             X2    = X3
1539          ELSE
1540             Y1    = Y3
1541             X1    = X3
1542          ENDIF
1543          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
1544 30    CONTINUE
1545       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCB2B')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
1547 !C *** CONVERGED ; RETURN ************************************************
1549 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
1550       Y3 = FUNCB2B2p1 (X3,TNH4HS4,TLC)
1552       RETURN
1554 !C *** END OF SUBROUTINE CALCB2B *****************************************
1556       END
1560 !C=======================================================================
1562 !C *** ISORROPIA CODE
1563 !C *** FUNCTION FUNCB2B
1564 !C *** CASE B2 ; 
1565 !C     FUNCTION THAT SOLVES THE SYSTEM OF EQUATIONS FOR CASE B2 ; SUBCASE 2
1566 !C     AND RETURNS THE VALUE OF THE ZEROED FUNCTION IN FUNCB2B.
1568 !C=======================================================================
1570       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCB2B2p1 (X,TNH4HS4,TLC)
1571       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
1573 !C *** SOLVE EQUATIONS **************************************************
1575       FRST   = .TRUE.
1576       CALAIN = .TRUE.
1577       DO 20 I=1,NSWEEP
1578          GRAT2 = XK1*WATER*(GAMA(8)/GAMA(7))**2./GAMA(7)
1579          PARM  = X+GRAT2
1580          DELTA = PARM*PARM + 4.0*(X+TNH4HS4)*GRAT2 ! Diakrinousa
1581          OMEGA = 0.5*(-PARM + SQRT(DELTA))         ! Thetiki riza (ie:H+>0)
1583 !C *** SPECIATION & WATER CONTENT ***************************************
1585          MOLAL (1) = OMEGA                         ! HI
1586          MOLAL (3) = 3.0*X+TNH4HS4                 ! NH4I
1587          MOLAL (5) = X+OMEGA                       ! SO4I
1588          MOLAL (6) = MAX (X+TNH4HS4-OMEGA, TINY)   ! HSO4I
1589          CLC       = MAX(TLC-X,ZERO)               ! Solid LC
1590          CALL CALCMR2p1                               ! Water content
1592 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP ******************
1594          IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
1595             CALL CALCACT2p1     
1596          ELSE
1597             GOTO 30
1598          ENDIF
1599 20    CONTINUE
1601 !C *** CALCULATE OBJECTIVE FUNCTION **************************************
1603 !CCC30    FUNCB2B= ( NH4I**3.*SO4I*HSO4I )/( XK13*(WATER/GAMA(13))**5. )
1604 30    FUNCB2B2p1= (MOLAL(3)**3.)*MOLAL(5)*MOLAL(6)
1605       FUNCB2B2p1= FUNCB2B2p1/(XK13*(WATER/GAMA(13))**5.) - ONE
1606       RETURN
1608 !C *** END OF FUNCTION FUNCB2B *******************************************
1610       END
1613 !C=======================================================================
1615 !C *** ISORROPIA CODE
1616 !C *** SUBROUTINE CALCB1
1617 !C *** CASE B1
1619 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
1620 !C     1. SULFATE RICH, NO FREE ACID (1.0 <= SULRAT < 2.0)
1621 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
1622 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : LC, (NH4)2SO4, NH4HSO4
1624 !C     THERE ARE TWO POSSIBLE REGIMES HERE, DEPENDING ON RELATIVE HUMIDITY:
1625 !C     1. WHEN RH >= MDRH ; LIQUID PHASE POSSIBLE (MDRH REGION)
1626 !C     2. WHEN RH < MDRH  ; ONLY SOLID PHASE POSSIBLE (SUBROUTINE CALCB1A)
1628 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
1629 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
1630 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
1631 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
1633 !C=======================================================================
1635       SUBROUTINE CALCB12p1
1636       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
1638 !C *** REGIME DEPENDS UPON THE AMBIENT RELATIVE HUMIDITY *****************
1640       IF (RH.LT.DRMLCAB) THEN    
1641          SCASE = 'B1 ; SUBCASE 1'  
1642          CALL CALCB1A2p1              ! SOLID PHASE ONLY POSSIBLE
1643          SCASE = 'B1 ; SUBCASE 1'
1644       ELSE
1645          SCASE = 'B1 ; SUBCASE 2'
1646          CALL CALCB1B2p1              ! LIQUID & SOLID PHASE POSSIBLE
1647          SCASE = 'B1 ; SUBCASE 2'
1648       ENDIF
1650       RETURN
1652 !C *** END OF SUBROUTINE CALCB1 ******************************************
1654       END
1658 !C=======================================================================
1660 !C *** ISORROPIA CODE
1661 !C *** SUBROUTINE CALCB1A
1662 !C *** CASE B1 ; SUBCASE 1
1664 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
1665 !C     1. SULFATE RICH
1666 !C     2. THERE IS NO LIQUID PHASE
1667 !C     3. SOLIDS POSSIBLE: LC, { (NH4)2SO4  XOR  NH4HSO4 } (ONE OF TWO
1668 !C                         BUT NOT BOTH)
1670 !C     A SIMPLE MATERIAL BALANCE IS PERFORMED, AND THE AMOUNT OF LC
1671 !C     IS CALCULATED FROM THE (NH4)2SO4 AND NH4HSO4 WHICH IS LEAST
1672 !C     ABUNDANT (STOICHIMETRICALLY). THE REMAINING EXCESS OF SALT 
1673 !C     IS MIXED WITH THE LC.  
1675 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
1676 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
1677 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
1678 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
1680 !C=======================================================================
1682       SUBROUTINE CALCB1A2p1
1683       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
1685 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
1687       X = 2*W(2)-W(3)       ! Equivalent NH4HSO4
1688       Y = W(3)-W(2)         ! Equivalent (NH4)2SO4
1690 !C *** CALCULATE COMPOSITION *******************************************
1692       IF (X.LE.Y) THEN      ! LC is the MIN (x,y)
1693          CLC     = X        ! NH4HSO4 >= (NH4)2S04
1694          CNH4HS4 = ZERO
1695          CNH42S4 = Y-X
1696       ELSE
1697          CLC     = Y        ! NH4HSO4 <  (NH4)2S04
1698          CNH4HS4 = X-Y
1699          CNH42S4 = ZERO
1700       ENDIF
1701       RETURN
1703 !C *** END OF SUBROUTINE CALCB1 ******************************************
1705       END
1710 !C=======================================================================
1712 !C *** ISORROPIA CODE
1713 !C *** SUBROUTINE CALCB1B
1714 !C *** CASE B1 ; SUBCASE 2
1716 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
1717 !C     1. SULFATE RICH
1718 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
1719 !C     3. SOLIDS POSSIBLE: LC, { (NH4)2SO4  XOR  NH4HSO4 } (ONE OF TWO
1720 !C                         BUT NOT BOTH)
1722 !C     THIS IS THE CASE WHERE THE RELATIVE HUMIDITY IS IN THE MUTUAL
1723 !C     DRH REGION. THE SOLUTION IS ASSUMED TO BE THE SUM OF TWO WEIGHTED
1724 !C     SOLUTIONS ; THE SOLID PHASE ONLY (SUBROUTINE CALCB1A) AND THE
1725 !C     THE SOLID WITH LIQUID PHASE (SUBROUTINE CALCB2).
1727 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
1728 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
1729 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
1730 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
1732 !C=======================================================================
1734       SUBROUTINE CALCB1B2p1
1735       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
1737 !C *** FIND WEIGHT FACTOR **********************************************
1739       IF (WFTYP.EQ.0) THEN
1740          WF = ZERO
1741       ELSEIF (WFTYP.EQ.1) THEN
1742          WF = 0.5D0
1743       ELSE
1744          WF = (DRNH4HS4-RH)/(DRNH4HS4-DRMLCAB)
1745       ENDIF
1746       ONEMWF  = ONE - WF
1748 !C *** FIND FIRST SECTION ; DRY ONE ************************************
1750       CALL CALCB1A2p1
1751       CLCO     = CLC               ! FIRST (DRY) SOLUTION
1752       CNH42SO  = CNH42S4
1753       CNH4HSO  = CNH4HS4
1755 !C *** FIND SECOND SECTION ; DRY & LIQUID ******************************
1757       CLC     = ZERO
1758       CNH42S4 = ZERO
1759       CNH4HS4 = ZERO
1760       CALL CALCB22p1                  ! SECOND (LIQUID) SOLUTION
1762 !C *** FIND SOLUTION AT MDRH BY WEIGHTING DRY & LIQUID SOLUTIONS.
1764       MOLAL(1)= ONEMWF*MOLAL(1)                                   ! H+
1765       MOLAL(3)= ONEMWF*(2.D0*(CNH42SO-CNH42S4) + (CNH4HSO-CNH4HS4) & 
1766                      + 3.D0*(CLCO-CLC))                          ! NH4+
1767       MOLAL(5)= ONEMWF*(CNH42SO-CNH42S4 + CLCO-CLC)               ! SO4--
1768       MOLAL(6)= ONEMWF*(CNH4HSO-CNH4HS4 + CLCO-CLC)               ! HSO4-
1770       WATER   = ONEMWF*WATER
1772       CLC     = WF*CLCO    + ONEMWF*CLC
1773       CNH42S4 = WF*CNH42SO + ONEMWF*CNH42S4
1774       CNH4HS4 = WF*CNH4HSO + ONEMWF*CNH4HS4
1776       RETURN
1778 !C *** END OF SUBROUTINE CALCB1B *****************************************
1780       END
1783 !C=======================================================================
1785 !C *** ISORROPIA CODE
1786 !C *** SUBROUTINE CALCC2
1787 !C *** CASE C2 
1789 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
1790 !C     1. SULFATE RICH, FREE ACID (SULRAT < 1.0)
1791 !C     2. THERE IS ONLY A LIQUID PHASE
1793 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
1794 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
1795 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
1796 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
1798 !C=======================================================================
1800       SUBROUTINE CALCC22p1
1801       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
1802       DOUBLE PRECISION LAMDA, KAPA
1804       CALAOU =.TRUE.         ! Outer loop activity calculation flag
1805       FRST   =.TRUE.
1806       CALAIN =.TRUE.
1808 !C *** SOLVE EQUATIONS **************************************************
1810       LAMDA  = W(3)           ! NH4HSO4 INITIALLY IN SOLUTION
1811       PSI    = W(2)-W(3)      ! H2SO4 IN SOLUTION
1812       DO 20 I=1,NSWEEP
1813          PARM  = WATER*XK1/GAMA(7)*(GAMA(8)/GAMA(7))**2.
1814          BB    = PSI+PARM
1815          CC    =-PARM*(LAMDA+PSI)
1816          KAPA  = 0.5*(-BB+SQRT(BB*BB-4.0*CC))
1818 !C *** SPECIATION & WATER CONTENT ***************************************
1820          MOLAL(1) = PSI+KAPA                               ! HI
1821          MOLAL(3) = LAMDA                                  ! NH4I
1822          MOLAL(5) = KAPA                                   ! SO4I
1823          MOLAL(6) = MAX(LAMDA+PSI-KAPA, TINY)              ! HSO4I
1824          CH2SO4   = MAX(MOLAL(5)+MOLAL(6)-MOLAL(3), ZERO)  ! Free H2SO4
1825          CALL CALCMR2p1                                       ! Water content
1827 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
1829          IF (.NOT.CALAIN) GOTO 30
1830          CALL CALCACT2p1     
1831 20    CONTINUE
1832 !C 
1833 30    RETURN
1834 !C    
1835 !C *** END OF SUBROUTINE CALCC2 *****************************************
1837       END
1841 !C=======================================================================
1843 !C *** ISORROPIA CODE
1844 !C *** SUBROUTINE CALCC1
1845 !C *** CASE C1 
1847 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
1848 !C     1. SULFATE RICH, FREE ACID (SULRAT < 1.0)
1849 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
1850 !C     3. SOLIDS POSSIBLE: NH4HSO4
1852 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
1853 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
1854 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
1855 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
1857 !C=======================================================================
1859       SUBROUTINE CALCC12p1
1860       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
1861       DOUBLE PRECISION KLO, KHI
1863       CALAOU = .TRUE.    ! Outer loop activity calculation flag
1864       KLO    = TINY    
1865       KHI    = W(3)
1867 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION *************************************
1869       X1 = KLO
1870       Y1 = FUNCC12p1 (X1)
1871       IF (ABS(Y1).LE.EPS) GOTO 50
1872       YLO= Y1
1874 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO ***********************
1876       DX = (KHI-KLO)/FLOAT(NDIV)
1877       DO 10 I=1,NDIV
1878          X2 = X1+DX
1879          Y2 = FUNCC12p1 (X2)
1880          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2) .LT. ZERO) GOTO 20 ! (Y1*Y2 .LT. ZERO)
1881          X1 = X2
1882          Y1 = Y2
1883 10    CONTINUE
1885 !C *** NO SUBDIVISION WITH SOLUTION FOUND 
1887       YHI= Y2                 ! Save Y-value at HI position
1888       IF (ABS(Y2) .LT. EPS) THEN   ! X2 IS A SOLUTION 
1889          GOTO 50
1891 !C *** { YLO, YHI } < 0.0  SOLUTION IS ALWAYS UNDERSATURATED WITH NH4HS04
1893       ELSE IF (YLO.LT.ZERO .AND. YHI.LT.ZERO) THEN
1894          GOTO 50
1896 !C *** { YLO, YHI } > 0.0 SOLUTION IS ALWAYS SUPERSATURATED WITH NH4HS04
1898       ELSE IF (YLO.GT.ZERO .AND. YHI.GT.ZERO) THEN
1899          X1 = KLO
1900          X2 = KLO
1901          GOTO 40
1902       ELSE
1903          CALL PUSHERR2p1 (0001, 'CALCC1')    ! WARNING ERROR: NO SOLUTION
1904          GOTO 50
1905       ENDIF
1907 !C *** PERFORM BISECTION OF DISSOLVED NH4HSO4 **************************
1909 20    DO 30 I=1,MAXIT
1910          X3 = 0.5*(X1+X2)
1911          Y3 = FUNCC12p1 (X3)
1912          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
1913             Y2    = Y3
1914             X2    = X3
1915          ELSE
1916             Y1    = Y3
1917             X1    = X3
1918          ENDIF
1919          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
1920 30    CONTINUE
1921       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCC1')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
1923 !C *** CONVERGED ; RETURN ***********************************************
1925 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
1926       Y3 = FUNCC12p1 (X3)
1928 50    RETURN
1930 !C *** END OF SUBROUTINE CALCC1 *****************************************
1932       END
1936 !C=======================================================================
1938 !C *** ISORROPIA CODE
1939 !C *** FUNCTION FUNCC1
1940 !C *** CASE C1 ; 
1941 !C     FUNCTION THAT SOLVES THE SYSTEM OF EQUATIONS FOR CASE C1
1942 !C     AND RETURNS THE VALUE OF THE ZEROED FUNCTION IN FUNCC1.
1944 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
1945 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
1946 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
1947 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
1949 !C=======================================================================
1951       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCC12p1 (KAPA)
1952       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
1953       DOUBLE PRECISION KAPA, LAMDA
1955 !C *** SOLVE EQUATIONS **************************************************
1957       FRST   = .TRUE.
1958       CALAIN = .TRUE.
1960       PSI = W(2)-W(3)
1961       DO 20 I=1,NSWEEP
1962          PAR1  = XK1*WATER/GAMA(7)*(GAMA(8)/GAMA(7))**2.0
1963          PAR2  = XK12*(WATER/GAMA(9))**2.0
1964          BB    = PSI + PAR1
1965          CC    =-PAR1*(PSI+KAPA)
1966          LAMDA = 0.5*(-BB+SQRT(BB*BB-4*CC))
1968 !C *** SAVE CONCENTRATIONS IN MOLAL ARRAY *******************************
1970          MOLAL(1) = PSI+LAMDA                    ! HI
1971          MOLAL(3) = KAPA                         ! NH4I
1972          MOLAL(5) = LAMDA                        ! SO4I
1973          MOLAL(6) = MAX (ZERO, PSI+KAPA-LAMDA)   ! HSO4I
1974          CNH4HS4  = MAX(W(3)-MOLAL(3), ZERO)     ! Solid NH4HSO4
1975          CH2SO4   = MAX(PSI, ZERO)               ! Free H2SO4
1976          CALL CALCMR2p1                             ! Water content
1978 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
1980          IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
1981             CALL CALCACT2p1     
1982          ELSE
1983             GOTO 30
1984          ENDIF
1985 20    CONTINUE
1987 !C *** CALCULATE ZERO FUNCTION *******************************************
1989 !CCC30    FUNCC1= (NH4I*HSO4I/PAR2) - ONE
1990 30    FUNCC12p1= (MOLAL(3)*MOLAL(6)/PAR2) - ONE
1991       RETURN
1993 !C *** END OF FUNCTION FUNCC1 ********************************************
1995       END
1997 !C=======================================================================
1999 !C *** ISORROPIA CODE
2000 !C *** SUBROUTINE CALCD3
2001 !C *** CASE D3
2003 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
2004 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0)
2005 !C     2. THERE IS OLNY A LIQUID PHASE
2007 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
2008 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
2009 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
2010 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
2012 !C=======================================================================
2014       SUBROUTINE CALCD32p1
2015       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
2017       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,    &
2018                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,    &
2019                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,  &
2020                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,      &
2021                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6,&
2022                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
2024 !C *** FIND DRY COMPOSITION **********************************************
2026       CALL CALCD1A2p1
2028 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
2030       CHI1 = CNH4NO3               ! Save from CALCD1 run
2031       CHI2 = CNH42S4
2032       CHI3 = GHNO3
2033       CHI4 = GNH3
2035       PSI1 = CNH4NO3               ! ASSIGN INITIAL PSI's
2036       PSI2 = CHI2
2037       PSI3 = ZERO   
2038       PSI4 = ZERO  
2040       MOLAL(5) = ZERO
2041       MOLAL(6) = ZERO
2042       MOLAL(3) = PSI1
2043       MOLAL(7) = PSI1
2044       CALL CALCMR2p1                  ! Initial water
2046       CALAOU = .TRUE.              ! Outer loop activity calculation flag
2047       PSI4LO = TINY                ! Low  limit
2048       PSI4HI = CHI4                ! High limit
2050 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
2052 60    X1 = PSI4LO
2053       Y1 = FUNCD32p1 (X1)
2054       IF (ABS(Y1).LE.EPS) RETURN
2055       YLO= Y1                 ! Save Y-value at HI position
2057 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
2059       DX = (PSI4HI-PSI4LO)/FLOAT(NDIV)
2060       DO 10 I=1,NDIV
2061          X2 = X1+DX
2062          Y2 = FUNCD32p1 (X2)
2063          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
2064          X1 = X2
2065          Y1 = Y2
2066 10    CONTINUE
2068 !C *** NO SUBDIVISION WITH SOLUTION FOUND 
2070       YHI= Y1                      ! Save Y-value at Hi position
2071       IF (ABS(Y2) .LT. EPS) THEN   ! X2 IS A SOLUTION 
2072          RETURN
2074 !C *** { YLO, YHI } < 0.0 THE SOLUTION IS ALWAYS UNDERSATURATED WITH NH3
2075 !C Physically I dont know when this might happen, but I have put this
2076 !C branch in for completeness. I assume there is no solution; all NO3 goes to the
2077 !C gas phase.
2079       ELSE IF (YLO.LT.ZERO .AND. YHI.LT.ZERO) THEN
2080          P4 = TINY ! PSI4LO ! CHI4
2081          YY = FUNCD32p1(P4)
2082          GOTO 50
2084 !C *** { YLO, YHI } > 0.0 THE SOLUTION IS ALWAYS SUPERSATURATED WITH NH3
2085 !C This happens when Sul.Rat. = 2.0, so some NH4+ from sulfate evaporates
2086 !C and goes to the gas phase ; so I redefine the LO and HI limits of PSI4
2087 !C and proceed again with root tracking.
2089       ELSE IF (YLO.GT.ZERO .AND. YHI.GT.ZERO) THEN
2090          PSI4HI = PSI4LO
2091          PSI4LO = PSI4LO - 0.1*(PSI1+PSI2) ! No solution; some NH3 evaporates
2092          IF (PSI4LO.LT.-(PSI1+PSI2)) THEN
2093             CALL PUSHERR2p1 (0001, 'CALCD3')  ! WARNING ERROR: NO SOLUTION
2094             RETURN
2095          ELSE
2096             MOLAL(5) = ZERO
2097             MOLAL(6) = ZERO
2098             MOLAL(3) = PSI1
2099             MOLAL(7) = PSI1
2100             CALL CALCMR2p1                  ! Initial water
2101             GOTO 60                        ! Redo root tracking
2102          ENDIF
2103       ENDIF
2105 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
2107 20    DO 30 I=1,MAXIT
2108          X3 = 0.5*(X1+X2)
2109          Y3 = FUNCD32p1 (X3)
2110          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
2111             Y2    = Y3
2112             X2    = X3
2113          ELSE
2114             Y1    = Y3
2115             X1    = X3
2116          ENDIF
2117          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*ABS(X1)) GOTO 40
2118 30    CONTINUE
2119       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCD3')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
2121 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
2123 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
2124       Y3 = FUNCD32p1 (X3)
2125 !C 
2126 !C *** CALCULATE HSO4 SPECIATION AND RETURN *******************************
2128 50    CONTINUE
2129       IF (MOLAL(1).GT.TINY) THEN
2130          CALL CALCHS42p1 (MOLAL(1), MOLAL(5), ZERO, DELTA)
2131          MOLAL(1) = MOLAL(1) - DELTA                     ! H+   EFFECT
2132          MOLAL(5) = MOLAL(5) - DELTA                     ! SO4  EFFECT
2133          MOLAL(6) = DELTA                                ! HSO4 EFFECT
2134       ENDIF
2135       RETURN
2137 !C *** END OF SUBROUTINE CALCD3 ******************************************
2139       END
2143 !C=======================================================================
2145 !C *** ISORROPIA CODE
2146 !C *** FUNCTION FUNCD3
2147 !C *** CASE D3 
2148 !C     FUNCTION THAT SOLVES THE SYSTEM OF EQUATIONS FOR CASE D3 ; 
2149 !C     AND RETURNS THE VALUE OF THE ZEROED FUNCTION IN FUNCD3.
2151 !C=======================================================================
2153       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCD32p1 (P4)
2154       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
2156       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,    &
2157                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,    &
2158                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,  &
2159                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,      &
2160                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6,&
2161                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
2163 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
2165       FRST   = .TRUE.
2166       CALAIN = .TRUE.
2167       PSI4   = P4
2169 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
2171       DO 10 I=1,NSWEEP
2172          A2   = XK7*(WATER/GAMA(4))**3.0
2173          A3   = XK4*R*TEMP*(WATER/GAMA(10))**2.0
2174          A4   = (XK2/XKW)*R*TEMP*(GAMA(10)/GAMA(5))**2.0
2175          A7   = XKW *RH*WATER*WATER
2177          PSI3 = A3*A4*CHI3*(CHI4-PSI4) - PSI1*(2.D0*PSI2+PSI1+PSI4)
2178          PSI3 = PSI3/(A3*A4*(CHI4-PSI4) + 2.D0*PSI2+PSI1+PSI4) 
2179          PSI3 = MIN(MAX(PSI3, ZERO), CHI3)
2181          BB   = PSI4 - PSI3
2182 !CCCOLD         AHI  = 0.5*(-BB + SQRT(BB*BB + 4.d0*A7)) ! This is correct also
2183 !CCC         AHI  =2.0*A7/(BB+SQRT(BB*BB + 4.d0*A7)) ! Avoid overflow when HI->0
2184          DENM = BB+SQRT(BB*BB + 4.d0*A7)
2185          IF (DENM.LE.TINY) THEN       ! Avoid overflow when HI->0
2186             ABB  = ABS(BB)
2187             DENM = (BB+ABB) + 2.0*A7/ABB ! Taylor expansion of SQRT
2188          ENDIF
2189          AHI = 2.0*A7/DENM
2191 !C *** SPECIATION & WATER CONTENT ***************************************
2193          MOLAL (1) = AHI                             ! HI
2194          MOLAL (3) = PSI1 + PSI4 + 2.D0*PSI2         ! NH4I
2195          MOLAL (5) = PSI2                            ! SO4I
2196          MOLAL (6) = ZERO                            ! HSO4I
2197          MOLAL (7) = PSI3 + PSI1                     ! NO3I
2198          CNH42S4   = CHI2 - PSI2                     ! Solid (NH4)2SO4
2199          CNH4NO3   = ZERO                            ! Solid NH4NO3
2200          GHNO3     = CHI3 - PSI3                     ! Gas HNO3
2201          GNH3      = CHI4 - PSI4                     ! Gas NH3
2202          CALL CALCMR2p1                                 ! Water content
2204 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
2206          IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
2207             CALL CALCACT2p1     
2208          ELSE
2209             GOTO 20
2210          ENDIF
2211 10    CONTINUE
2213 !C *** CALCULATE OBJECTIVE FUNCTION ************************************
2215 20    CONTINUE
2216 !CCC      FUNCD3= NH4I/HI/MAX(GNH3,TINY)/A4 - ONE 
2217       FUNCD32p1= MOLAL(3)/MOLAL(1)/MAX(GNH3,TINY)/A4 - ONE 
2218       RETURN
2220 !C *** END OF FUNCTION FUNCD3 ********************************************
2222       END
2223 !C=======================================================================
2225 !C *** ISORROPIA CODE
2226 !C *** SUBROUTINE CALCD2
2227 !C *** CASE D2
2229 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
2230 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0)
2231 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
2232 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : (NH4)2SO4
2234 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
2235 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
2236 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
2237 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
2239 !C=======================================================================
2241       SUBROUTINE CALCD22p1
2242       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
2244       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,     &
2245                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,     &
2246                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,   &
2247                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,       &
2248                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6, &
2249                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
2251 !C *** FIND DRY COMPOSITION **********************************************
2253       CALL CALCD1A2p1
2255 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
2257       CHI1 = CNH4NO3               ! Save from CALCD1 run
2258       CHI2 = CNH42S4
2259       CHI3 = GHNO3
2260       CHI4 = GNH3
2262       PSI1 = CNH4NO3               ! ASSIGN INITIAL PSI's
2263       PSI2 = CNH42S4
2264       PSI3 = ZERO   
2265       PSI4 = ZERO  
2267       MOLAL(5) = ZERO
2268       MOLAL(6) = ZERO
2269       MOLAL(3) = PSI1
2270       MOLAL(7) = PSI1
2271       CALL CALCMR2p1                  ! Initial water
2273       CALAOU = .TRUE.              ! Outer loop activity calculation flag
2274       PSI4LO = TINY                ! Low  limit
2275       PSI4HI = CHI4                ! High limit
2277 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
2279 60    X1 = PSI4LO
2280       Y1 = FUNCD22p1 (X1)
2281       IF (ABS(Y1).LE.EPS) RETURN
2282       YLO= Y1                 ! Save Y-value at HI position
2284 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
2286       DX   = (PSI4HI-PSI4LO)/FLOAT(NDIV)
2287       DO 10 I=1,NDIV
2288          X2 = X1+DX
2289          Y2 = FUNCD22p1 (X2)
2290          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) THEN
2292 !C This is done, in case if Y(PSI4LO)>0, but Y(PSI4LO+DX) < 0 (i.e.undersat)
2294              IF (Y1 .LE. Y2) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
2295          ENDIF
2296          X1 = X2
2297          Y1 = Y2
2298 10    CONTINUE
2300 !C *** NO SUBDIVISION WITH SOLUTION FOUND 
2302       YHI= Y1                      ! Save Y-value at Hi position
2303       IF (ABS(Y2) .LT. EPS) THEN   ! X2 IS A SOLUTION 
2304          RETURN
2306 !C *** { YLO, YHI } < 0.0 THE SOLUTION IS ALWAYS UNDERSATURATED WITH NH3
2307 !C Physically I dont know when this might happen, but I have put this
2308 !C branch in for completeness. I assume there is no solution; all NO3 goes to the
2309 !C gas phase.
2311       ELSE IF (YLO.LT.ZERO .AND. YHI.LT.ZERO) THEN
2312          P4 = TINY ! PSI4LO ! CHI4
2313          YY = FUNCD22p1(P4)
2314          GOTO 50
2316 !C *** { YLO, YHI } > 0.0 THE SOLUTION IS ALWAYS SUPERSATURATED WITH NH3
2317 !C This happens when Sul.Rat. = 2.0, so some NH4+ from sulfate evaporates
2318 !C and goes to the gas phase ; so I redefine the LO and HI limits of PSI4
2319 !C and proceed again with root tracking.
2321       ELSE IF (YLO.GT.ZERO .AND. YHI.GT.ZERO) THEN
2322          PSI4HI = PSI4LO
2323          PSI4LO = PSI4LO - 0.1*(PSI1+PSI2) ! No solution; some NH3 evaporates
2324          IF (PSI4LO.LT.-(PSI1+PSI2)) THEN
2325             CALL PUSHERR2p1 (0001, 'CALCD2')  ! WARNING ERROR: NO SOLUTION
2326             RETURN
2327          ELSE
2328             MOLAL(5) = ZERO
2329             MOLAL(6) = ZERO
2330             MOLAL(3) = PSI1
2331             MOLAL(7) = PSI1
2332             CALL CALCMR2p1                  ! Initial water
2333             GOTO 60                        ! Redo root tracking
2334          ENDIF
2335       ENDIF
2337 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
2339 20    DO 30 I=1,MAXIT
2340          X3 = 0.5*(X1+X2)
2341          Y3 = FUNCD22p1 (X3)
2342          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
2343             Y2    = Y3
2344             X2    = X3
2345          ELSE
2346             Y1    = Y3
2347             X1    = X3
2348          ENDIF
2349          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*ABS(X1)) GOTO 40
2350 30    CONTINUE
2351       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCD2')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
2353 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
2355 40    X3 = MIN(X1,X2)   ! 0.5*(X1+X2)  ! Get "low" side, it's acidic soln.
2356       Y3 = FUNCD22p1 (X3)
2357 !C 
2358 !C *** CALCULATE HSO4 SPECIATION AND RETURN *******************************
2360 50    CONTINUE
2361       IF (MOLAL(1).GT.TINY) THEN
2362          CALL CALCHS42p1 (MOLAL(1), MOLAL(5), ZERO, DELTA)
2363          MOLAL(1) = MOLAL(1) - DELTA                     ! H+   EFFECT
2364          MOLAL(5) = MOLAL(5) - DELTA                     ! SO4  EFFECT
2365          MOLAL(6) = DELTA                                ! HSO4 EFFECT
2366       ENDIF
2367       RETURN
2369 !C *** END OF SUBROUTINE CALCD2 ******************************************
2371       END
2375 !C=======================================================================
2377 !C *** ISORROPIA CODE
2378 !C *** FUNCTION FUNCD2
2379 !C *** CASE D2 
2380 !C     FUNCTION THAT SOLVES THE SYSTEM OF EQUATIONS FOR CASE D2 ; 
2381 !C     AND RETURNS THE VALUE OF THE ZEROED FUNCTION IN FUNCD2.
2383 !C=======================================================================
2385       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCD22p1 (P4)
2386       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
2388       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,     &
2389                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,     &
2390                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,   &
2391                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,       &
2392                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6, &
2393                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
2395 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
2397       CALL RSTGAM2p1       ! Reset activity coefficients to 0.1
2398       FRST   = .TRUE.
2399       CALAIN = .TRUE.
2400       PSI4   = P4
2401       PSI2   = CHI2
2403 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
2405       DO 10 I=1,NSWEEP
2406          A2  = XK7*(WATER/GAMA(4))**3.0
2407          A3  = XK4*R*TEMP*(WATER/GAMA(10))**2.0
2408          A4  = (XK2/XKW)*R*TEMP*(GAMA(10)/GAMA(5))**2.0
2409          A7  = XKW *RH*WATER*WATER
2411          IF (CHI2.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN
2412             PSI14 = PSI1+PSI4
2413             CALL POLY32p1 (PSI14,0.25*PSI14**2.,-A2/4.D0, PSI2, ISLV)  ! PSI2
2414             IF (ISLV.EQ.0) THEN
2415                 PSI2 = MIN (PSI2, CHI2)
2416             ELSE
2417                 PSI2 = TINY
2418             ENDIF
2419          ENDIF
2421          PSI3  = A3*A4*CHI3*(CHI4-PSI4) - PSI1*(2.D0*PSI2+PSI1+PSI4)
2422          PSI3  = PSI3/(A3*A4*(CHI4-PSI4) + 2.D0*PSI2+PSI1+PSI4) 
2423 !ccc         PSI3  = MIN(MAX(PSI3, ZERO), CHI3)
2425          BB   = PSI4-PSI3 ! (BB > 0, acidic solution, <0 alkaline)
2427 !C Do not change computation scheme for H+, all others did not work well.
2429          DENM = BB+SQRT(BB*BB + 4.d0*A7)
2430          IF (DENM.LE.TINY) THEN       ! Avoid overflow when HI->0
2431             ABB  = ABS(BB)
2432             DENM = (BB+ABB) + 2.d0*A7/ABB ! Taylor expansion of SQRT
2433          ENDIF
2434          AHI = 2.d0*A7/DENM
2436 !C *** SPECIATION & WATER CONTENT ***************************************
2438          MOLAL (1) = AHI                              ! HI
2439          MOLAL (3) = PSI1 + PSI4 + 2.D0*PSI2          ! NH4
2440          MOLAL (5) = PSI2                             ! SO4
2441          MOLAL (6) = ZERO                             ! HSO4
2442          MOLAL (7) = PSI3 + PSI1                      ! NO3
2443          CNH42S4   = CHI2 - PSI2                      ! Solid (NH4)2SO4
2444          CNH4NO3   = ZERO                             ! Solid NH4NO3
2445          GHNO3     = CHI3 - PSI3                      ! Gas HNO3
2446          GNH3      = CHI4 - PSI4                      ! Gas NH3
2447          CALL CALCMR2p1                                  ! Water content
2449 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
2451          IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
2452             CALL CALCACT2p1     
2453          ELSE
2454             GOTO 20
2455          ENDIF
2456 10    CONTINUE
2458 !C *** CALCULATE OBJECTIVE FUNCTION ************************************
2460 20    CONTINUE
2461 !CCC      FUNCD2= NH4I/HI/MAX(GNH3,TINY)/A4 - ONE 
2462       FUNCD22p1= MOLAL(3)/MOLAL(1)/MAX(GNH3,TINY)/A4 - ONE 
2463       RETURN
2465 !C *** END OF FUNCTION FUNCD2 ********************************************
2467       END
2468 !C=======================================================================
2470 !C *** ISORROPIA CODE
2471 !C *** SUBROUTINE CALCD1
2472 !C *** CASE D1 
2474 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
2475 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0)
2476 !C     2. SOLID AEROSOL ONLY
2477 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : (NH4)2SO4, NH4NO3
2479 !C     THERE ARE TWO REGIMES DEFINED BY RELATIVE HUMIDITY:
2480 !C     1. RH < MDRH ; ONLY SOLID PHASE POSSIBLE (SUBROUTINE CALCD1A)
2481 !C     2. RH >= MDRH ; LIQUID PHASE POSSIBLE (MDRH REGION)
2483 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
2484 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
2485 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
2486 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
2488 !C=======================================================================
2490       SUBROUTINE CALCD12p1
2491       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
2492       EXTERNAL CALCD1A2p1, CALCD22p1
2494 !C *** REGIME DEPENDS UPON THE AMBIENT RELATIVE HUMIDITY *****************
2496       IF (RH.LT.DRMASAN) THEN    
2497          SCASE = 'D1 ; SUBCASE 1'   ! SOLID PHASE ONLY POSSIBLE
2498          CALL CALCD1A2p1            
2499          SCASE = 'D1 ; SUBCASE 1'
2500       ELSE
2501          SCASE = 'D1 ; SUBCASE 2'   ! LIQUID & SOLID PHASE POSSIBLE
2502          CALL CALCMDRH2p1 (RH, DRMASAN, DRNH4NO3, CALCD1A2p1, CALCD22p1)
2503          SCASE = 'D1 ; SUBCASE 2'
2504       ENDIF
2505 !C 
2506       RETURN
2508 !C *** END OF SUBROUTINE CALCD1 ******************************************
2510       END
2513 !C=======================================================================
2515 !C *** ISORROPIA CODE
2516 !C *** SUBROUTINE CALCD1A
2517 !C *** CASE D1 ; SUBCASE 1
2519 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
2520 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0)
2521 !C     2. SOLID AEROSOL ONLY
2522 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : (NH4)2SO4, NH4NO3
2524 !C     THE SOLID (NH4)2SO4 IS CALCULATED FROM THE SULFATES, WHILE NH4NO3
2525 !C     IS CALCULATED FROM NH3-HNO3 EQUILIBRIUM. 'ZE' IS THE AMOUNT OF
2526 !C     NH4NO3 THAT VOLATIZES WHEN ALL POSSILBE NH4NO3 IS INITIALLY IN
2527 !C     THE SOLID PHASE.
2529 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
2530 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
2531 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
2532 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
2534 !C=======================================================================
2536       SUBROUTINE CALCD1A2p1
2537       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
2539 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
2541       PARM    = XK10/(R*TEMP)/(R*TEMP)
2543 !C *** CALCULATE NH4NO3 THAT VOLATIZES *********************************
2545       CNH42S4 = W(2)                                    
2546       X       = MAX(ZERO, MIN(W(3)-2.0*CNH42S4, W(4)))  ! MAX NH4NO3
2547       PS      = MAX(W(3) - X - 2.0*CNH42S4, ZERO)
2548       OM      = MAX(W(4) - X, ZERO)
2550       OMPS    = OM+PS
2551       DIAK    = SQRT(OMPS*OMPS + 4.0*PARM)              ! DIAKRINOUSA
2552       ZE      = MIN(X, 0.5*(-OMPS + DIAK))              ! THETIKI RIZA
2554 !C *** SPECIATION *******************************************************
2556       CNH4NO3 = X  - ZE    ! Solid NH4NO3
2557       GNH3    = PS + ZE    ! Gas NH3
2558       GHNO3   = OM + ZE    ! Gas HNO3
2560       RETURN
2562 !C *** END OF SUBROUTINE CALCD1A *****************************************
2564       END
2565 !C=======================================================================
2567 !C *** ISORROPIA CODE
2568 !C *** SUBROUTINE CALCG5
2569 !C *** CASE G5
2571 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
2572 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; SODIUM POOR (SODRAT < 2.0)
2573 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
2574 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : (NH4)2SO4, NH4CL, NA2SO4
2576 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
2577 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
2578 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
2579 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
2581 !C=======================================================================
2583       SUBROUTINE CALCG52p1
2584       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
2586       DOUBLE PRECISION LAMDA
2587       COMMON /CASEG2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, LAMDA,  &
2588                      PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6, PSI7,   &
2589                      A1,   A2,   A3,   A4,   A5,   A6,   A7
2591 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
2593       CALAOU = .TRUE.   
2594       CHI1   = 0.5*W(1)
2595       CHI2   = MAX (W(2)-CHI1, ZERO)
2596       CHI3   = ZERO
2597       CHI4   = MAX (W(3)-2.D0*CHI2, ZERO)
2598       CHI5   = W(4)
2599       CHI6   = W(5)
2600 !C 
2601       PSI1   = CHI1
2602       PSI2   = CHI2
2603       PSI6LO = TINY                  
2604       PSI6HI = CHI6-TINY    ! MIN(CHI6-TINY, CHI4)
2606       WATER  = CHI2/M0(4) + CHI1/M0(2)
2608 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
2610       X1 = PSI6LO
2611       Y1 = FUNCG5A2p1 (X1)
2612       IF (CHI6.LE.TINY) GOTO 50  
2613 !ccc      IF (ABS(Y1).LE.EPS .OR. CHI6.LE.TINY) GOTO 50  
2614 !ccc      IF (WATER .LE. TINY) RETURN                    ! No water
2616 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
2618       DX = (PSI6HI-PSI6LO)/FLOAT(NDIV)
2619       DO 10 I=1,NDIV
2620          X2 = X1+DX 
2621          Y2 = FUNCG5A2p1 (X2)
2622          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
2623          X1 = X2
2624          Y1 = Y2
2625 10    CONTINUE
2627 !C *** NO SUBDIVISION WITH SOLUTION; IF ABS(Y2)<EPS SOLUTION IS ASSUMED
2629       IF (ABS(Y2) .GT. EPS) Y2 = FUNCG5A2p1 (PSI6LO)
2630       GOTO 50
2632 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
2634 20    DO 30 I=1,MAXIT
2635          X3 = 0.5*(X1+X2)
2636          Y3 = FUNCG5A2p1 (X3)
2637          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
2638             Y2    = Y3
2639             X2    = X3
2640          ELSE
2641             Y1    = Y3
2642             X1    = X3
2643          ENDIF
2644          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
2645 30    CONTINUE
2646       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCG5')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
2648 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
2650 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
2651       Y3 = FUNCG5A2p1 (X3)
2652 !C 
2653 !C *** CALCULATE HSO4 SPECIATION AND RETURN *******************************
2655 50    CONTINUE
2656       IF (MOLAL(1).GT.TINY .AND. MOLAL(5).GT.TINY) THEN  ! If quadrat.called
2657          CALL CALCHS42p1 (MOLAL(1), MOLAL(5), ZERO, DELTA)
2658          MOLAL(1) = MOLAL(1) - DELTA                    ! H+   EFFECT
2659          MOLAL(5) = MOLAL(5) - DELTA                    ! SO4  EFFECT
2660          MOLAL(6) = DELTA                               ! HSO4 EFFECT
2661       ENDIF
2663       RETURN
2665 !C *** END OF SUBROUTINE CALCG5 *******************************************
2667       END
2672 !C=======================================================================
2674 !C *** ISORROPIA CODE
2675 !C *** SUBROUTINE FUNCG5A
2676 !C *** CASE G5
2678 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
2679 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; SODIUM POOR (SODRAT < 2.0)
2680 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
2681 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : (NH4)2SO4, NH4CL, NA2SO4
2683 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
2684 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
2685 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
2686 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
2688 !C=======================================================================
2690       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCG5A2p1 (X)
2691       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
2693       DOUBLE PRECISION LAMDA
2694       COMMON /CASEG2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, LAMDA,  &
2695                      PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6, PSI7,   &
2696                      A1,   A2,   A3,   A4,   A5,   A6,   A7
2698 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
2700       PSI6   = X
2701       FRST   = .TRUE.
2702       CALAIN = .TRUE. 
2704 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
2706       DO 10 I=1,NSWEEP
2708       A1  = XK5 *(WATER/GAMA(2))**3.0
2709       A2  = XK7 *(WATER/GAMA(4))**3.0
2710       A4  = (XK2/XKW)*R*TEMP*(GAMA(10)/GAMA(5))**2.0
2711       A5  = XK4 *R*TEMP*(WATER/GAMA(10))**2.0
2712       A6  = XK3 *R*TEMP*(WATER/GAMA(11))**2.0
2713       AKK = A4*A6
2715 !C  CALCULATE DISSOCIATION QUANTITIES
2717       IF (CHI5.GE.TINY) THEN
2718          PSI5 = PSI6*CHI5/(A6/A5*(CHI6-PSI6) + PSI6)
2719       ELSE
2720          PSI5 = TINY
2721       ENDIF
2723 !CCC      IF(CHI4.GT.TINY) THEN
2724       IF(W(2).GT.TINY) THEN       ! Accounts for NH3 evaporation
2725          BB   =-(CHI4 + PSI6 + PSI5 + 1.d0/A4)
2726          CC   = CHI4*(PSI5+PSI6) - 2.d0*PSI2/A4
2727          DD   = MAX(BB*BB-4.d0*CC,ZERO)           ! Patch proposed by Uma Shankar, 19/11/01
2728          PSI4 =0.5d0*(-BB - SQRT(DD))
2729       ELSE
2730          PSI4 = TINY
2731       ENDIF
2733 !C *** CALCULATE SPECIATION ********************************************
2735       MOLAL (2) = 2.0D0*PSI1                          ! NAI
2736       MOLAL (3) = 2.0*PSI2 + PSI4                     ! NH4I
2737       MOLAL (4) = PSI6                                ! CLI
2738       MOLAL (5) = PSI2 + PSI1                         ! SO4I
2739       MOLAL (6) = ZERO
2740       MOLAL (7) = PSI5                                ! NO3I
2742       SMIN      = 2.d0*MOLAL(5)+MOLAL(7)+MOLAL(4)-MOLAL(2)-MOLAL(3)
2743       CALL CALCPH2p1 (SMIN, HI, OHI)
2744       MOLAL (1) = HI
2745 !C 
2746       GNH3      = MAX(CHI4 - PSI4, TINY)              ! Gas NH3
2747       GHNO3     = MAX(CHI5 - PSI5, TINY)              ! Gas HNO3
2748       GHCL      = MAX(CHI6 - PSI6, TINY)              ! Gas HCl
2750       CNH42S4   = ZERO                                ! Solid (NH4)2SO4
2751       CNH4NO3   = ZERO                                ! Solid NH4NO3
2752       CNH4CL    = ZERO                                ! Solid NH4Cl
2754       CALL CALCMR2p1                                     ! Water content
2756 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
2758       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
2759          CALL CALCACT2p1     
2760       ELSE
2761          GOTO 20
2762       ENDIF
2763 10    CONTINUE
2765 !C *** CALCULATE FUNCTION VALUE FOR OUTER LOOP ***************************
2767 20    FUNCG5A2p1 = MOLAL(1)*MOLAL(4)/GHCL/A6 - ONE
2768 !CCC         FUNCG5A = MOLAL(3)*MOLAL(4)/GHCL/GNH3/A6/A4 - ONE
2770       RETURN
2772 !C *** END OF FUNCTION FUNCG5A *******************************************
2774       END
2776 !C=======================================================================
2778 !C *** ISORROPIA CODE
2779 !C *** SUBROUTINE CALCG4
2780 !C *** CASE G4
2782 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
2783 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; SODIUM POOR (SODRAT < 2.0)
2784 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
2785 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : (NH4)2SO4, NH4CL, NA2SO4
2787 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
2788 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
2789 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
2790 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
2792 !C=======================================================================
2794       SUBROUTINE CALCG42p1
2795       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
2797       DOUBLE PRECISION LAMDA
2798       COMMON /CASEG2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, LAMDA,  &
2799                      PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6, PSI7,   &
2800                      A1,   A2,   A3,   A4,   A5,   A6,   A7
2802 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
2804       CALAOU = .TRUE.   
2805       CHI1   = 0.5*W(1)
2806       CHI2   = MAX (W(2)-CHI1, ZERO)
2807       CHI3   = ZERO
2808       CHI4   = MAX (W(3)-2.D0*CHI2, ZERO)
2809       CHI5   = W(4)
2810       CHI6   = W(5)
2811 !C 
2812       PSI2   = CHI2
2813       PSI6LO = TINY                  
2814       PSI6HI = CHI6-TINY    ! MIN(CHI6-TINY, CHI4)
2816       WATER  = CHI2/M0(4) + CHI1/M0(2)
2818 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
2820       X1 = PSI6LO
2821       Y1 = FUNCG4A2p1 (X1)
2822       IF (CHI6.LE.TINY) GOTO 50  
2823 !CCC      IF (ABS(Y1).LE.EPS .OR. CHI6.LE.TINY .OR. WATER .LE. TINY) GOTO 50
2824 !CCC      IF (WATER .LE. TINY) RETURN                    ! No water
2826 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
2828       DX = (PSI6HI-PSI6LO)/FLOAT(NDIV)
2829       DO 10 I=1,NDIV
2830          X2  = X1+DX
2831          Y2  = FUNCG4A2p1 (X2)
2832          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
2833          X1  = X2
2834          Y1  = Y2
2835 10    CONTINUE
2837 !C *** NO SUBDIVISION WITH SOLUTION; IF ABS(Y2)<EPS SOLUTION IS ASSUMED
2839       IF (ABS(Y2) .GT. EPS) Y2 = FUNCG4A2p1 (PSI6LO)
2840       GOTO 50
2842 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
2844 20    DO 30 I=1,MAXIT
2845          X3 = 0.5*(X1+X2)
2846          Y3 = FUNCG4A2p1 (X3)
2847          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
2848             Y2    = Y3
2849             X2    = X3
2850          ELSE
2851             Y1    = Y3
2852             X1    = X3
2853          ENDIF
2854          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
2855 30    CONTINUE
2856       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCG4')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
2858 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
2860 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
2861       Y3 = FUNCG4A2p1 (X3)
2862 !C 
2863 !C *** CALCULATE HSO4 SPECIATION AND RETURN *******************************
2865 50    CONTINUE
2866       IF (MOLAL(1).GT.TINY .AND. MOLAL(5).GT.TINY) THEN
2867          CALL CALCHS42p1 (MOLAL(1), MOLAL(5), ZERO, DELTA)
2868          MOLAL(1) = MOLAL(1) - DELTA                     ! H+   EFFECT
2869          MOLAL(5) = MOLAL(5) - DELTA                     ! SO4  EFFECT
2870          MOLAL(6) = DELTA                                ! HSO4 EFFECT
2871       ENDIF
2873       RETURN
2875 !C *** END OF SUBROUTINE CALCG4 *******************************************
2877       END
2882 !C=======================================================================
2884 !C *** ISORROPIA CODE
2885 !C *** SUBROUTINE FUNCG4A
2886 !C *** CASE G4
2888 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
2889 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; SODIUM POOR (SODRAT < 2.0)
2890 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
2891 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : (NH4)2SO4, NH4CL, NA2SO4
2893 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
2894 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
2895 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
2896 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
2898 !C=======================================================================
2900       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCG4A2p1 (X)
2901       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
2903       DOUBLE PRECISION LAMDA, NAI, NH4I, NO3I
2904       COMMON /CASEG2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, LAMDA,  &
2905                      PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6, PSI7,   &
2906                      A1,   A2,   A3,   A4,   A5,   A6,   A7
2908 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
2910       PSI6   = X
2911       PSI1   = CHI1
2912       FRST   = .TRUE.
2913       CALAIN = .TRUE. 
2915 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
2917       DO 10 I=1,NSWEEP
2919       A1  = XK5 *(WATER/GAMA(2))**3.0
2920       A2  = XK7 *(WATER/GAMA(4))**3.0
2921       A4  = (XK2/XKW)*R*TEMP*(GAMA(10)/GAMA(5))**2.0
2922       A5  = XK4 *R*TEMP*(WATER/GAMA(10))**2.0
2923       A6  = XK3 *R*TEMP*(WATER/GAMA(11))**2.0
2925 !C  CALCULATE DISSOCIATION QUANTITIES
2927       IF (CHI5.GE.TINY) THEN
2928          PSI5 = PSI6*CHI5/(A6/A5*(CHI6-PSI6) + PSI6)
2929       ELSE
2930          PSI5 = TINY
2931       ENDIF
2933 !CCC      IF(CHI4.GT.TINY) THEN
2934       IF(W(2).GT.TINY) THEN       ! Accounts for NH3 evaporation
2935          BB   =-(CHI4 + PSI6 + PSI5 + 1.d0/A4)
2936          CC   = CHI4*(PSI5+PSI6) - 2.d0*PSI2/A4
2937          DD   = MAX(BB*BB-4.d0*CC,ZERO) ! Patch proposed by Uma shankar, 19/11/2001
2938          PSI4 =0.5d0*(-BB - SQRT(DD))
2939       ELSE
2940          PSI4 = TINY
2941       ENDIF
2943 !C  CALCULATE CONCENTRATIONS
2945       NH4I = 2.0*PSI2 + PSI4
2946       CLI  = PSI6
2947       SO4I = PSI2 + PSI1
2948       NO3I = PSI5
2949       NAI  = 2.0D0*PSI1  
2951       CALL CALCPH2p1(2.d0*SO4I+NO3I+CLI-NAI-NH4I, HI, OHI)
2953 !C *** Na2SO4 DISSOLUTION
2955       IF (CHI1.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN        ! PSI1
2956          CALL POLY32p1 (PSI2, ZERO, -A1/4.D0, PSI1, ISLV)
2957          IF (ISLV.EQ.0) THEN
2958              PSI1 = MIN (PSI1, CHI1)
2959          ELSE
2960              PSI1 = ZERO
2961          ENDIF
2962       ELSE
2963          PSI1 = ZERO
2964       ENDIF
2966 !C *** SAVE CONCENTRATIONS IN MOLAL ARRAY ******************************
2968       MOLAL (1) = HI
2969       MOLAL (2) = NAI
2970       MOLAL (3) = NH4I
2971       MOLAL (4) = CLI
2972       MOLAL (5) = SO4I
2973       MOLAL (6) = ZERO
2974       MOLAL (7) = NO3I
2975 !C 
2976 !C *** CALCULATE GAS / SOLID SPECIES (LIQUID IN MOLAL ALREADY) *********
2978       GNH3      = MAX(CHI4 - PSI4, TINY)
2979       GHNO3     = MAX(CHI5 - PSI5, TINY)
2980       GHCL      = MAX(CHI6 - PSI6, TINY)
2982       CNH42S4   = ZERO
2983       CNH4NO3   = ZERO
2984       CNH4CL    = ZERO
2985       CNA2SO4   = MAX(CHI1-PSI1,ZERO)
2987 !C *** CALCULATE MOLALR ARRAY, WATER AND ACTIVITIES **********************
2989       CALL CALCMR2p1
2991 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
2993       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
2994          CALL CALCACT2p1     
2995       ELSE
2996          GOTO 20
2997       ENDIF
2998 10    CONTINUE
3000 !C *** CALCULATE FUNCTION VALUE FOR OUTER LOOP ***************************
3002 20    FUNCG4A2p1 = MOLAL(1)*MOLAL(4)/GHCL/A6 - ONE
3003 !CCC         FUNCG4A = MOLAL(3)*MOLAL(4)/GHCL/GNH3/A6/A4 - ONE
3005       RETURN
3007 !C *** END OF FUNCTION FUNCG4A *******************************************
3009       END
3011 !C=======================================================================
3013 !C *** ISORROPIA CODE
3014 !C *** SUBROUTINE CALCG3
3015 !C *** CASE G3
3017 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
3018 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; SODIUM POOR (SODRAT < 2.0)
3019 !C     2. LIQUID & SOLID PHASE ARE BOTH POSSIBLE
3020 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : (NH4)2SO4, NH4CL, NA2SO4
3022 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
3023 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
3024 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
3025 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
3027 !C=======================================================================
3029       SUBROUTINE CALCG32p1
3030       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
3031       EXTERNAL CALCG1A2p1, CALCG42p1
3033 !C *** REGIME DEPENDS ON THE EXISTANCE OF WATER AND OF THE RH ************
3035       IF (W(4).GT.TINY .AND. W(5).GT.TINY) THEN ! NO3,CL EXIST, WATER POSSIBLE
3036          SCASE = 'G3 ; SUBCASE 1'  
3037          CALL CALCG3A2p1
3038          SCASE = 'G3 ; SUBCASE 1' 
3039       ELSE                                      ! NO3, CL NON EXISTANT
3040          SCASE = 'G1 ; SUBCASE 1'  
3041          CALL CALCG1A2p1
3042          SCASE = 'G1 ; SUBCASE 1'  
3043       ENDIF
3045       IF (WATER.LE.TINY) THEN
3046          IF (RH.LT.DRMG3) THEN        ! ONLY SOLIDS 
3047             WATER = TINY
3048             DO 10 I=1,NIONS
3049                MOLAL(I) = ZERO
3050 10          CONTINUE
3051             CALL CALCG1A2p1
3052             SCASE = 'G3 ; SUBCASE 2'  
3053             RETURN
3054          ELSE
3055             SCASE = 'G3 ; SUBCASE 3'  ! MDRH REGION (NA2SO4, NH42S4)  
3056             CALL CALCMDRH2p1 (RH, DRMG3, DRNH42S4, CALCG1A2p1, CALCG42p1)
3057             SCASE = 'G3 ; SUBCASE 3'  
3058          ENDIF
3059       ENDIF
3060 !C 
3061       RETURN
3063 !C *** END OF SUBROUTINE CALCG3 ******************************************
3065       END
3068 !C=======================================================================
3070 !C *** ISORROPIA CODE
3071 !C *** SUBROUTINE CALCG3A
3072 !C *** CASE G3 ; SUBCASE 1
3074 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
3075 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; SODIUM POOR (SODRAT < 2.0)
3076 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
3077 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : (NH4)2SO4, NH4CL, NA2SO4
3079 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
3080 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
3081 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
3082 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
3084 !C=======================================================================
3086       SUBROUTINE CALCG3A2p1
3087       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
3089       DOUBLE PRECISION LAMDA
3090       COMMON /CASEG2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, LAMDA, &
3091                      PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6, PSI7,  &
3092                      A1,   A2,   A3,   A4,   A5,   A6,   A7
3094 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
3096       CALAOU = .TRUE.   
3097       CHI1   = 0.5*W(1)
3098       CHI2   = MAX (W(2)-CHI1, ZERO)
3099       CHI3   = ZERO
3100       CHI4   = MAX (W(3)-2.D0*CHI2, ZERO)
3101       CHI5   = W(4)
3102       CHI6   = W(5)
3103 !C 
3104       PSI6LO = TINY                  
3105       PSI6HI = CHI6-TINY    ! MIN(CHI6-TINY, CHI4)
3107       WATER  = TINY
3109 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
3111       X1 = PSI6LO
3112       Y1 = FUNCG3A2p1 (X1)
3113       IF (CHI6.LE.TINY) GOTO 50  
3114 !CCC      IF (ABS(Y1).LE.EPS .OR. CHI6.LE.TINY .OR. WATER .LE. TINY) GOTO 50
3115 !CCC      IF (WATER .LE. TINY) RETURN                    ! No water
3117 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
3119       DX = (PSI6HI-PSI6LO)/FLOAT(NDIV)
3120       DO 10 I=1,NDIV
3121          X2  = X1+DX 
3122          Y2  = FUNCG3A2p1 (X2)
3124          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
3125          X1  = X2
3126          Y1  = Y2
3127 10    CONTINUE
3129 !C *** NO SUBDIVISION WITH SOLUTION; IF ABS(Y2)<EPS SOLUTION IS ASSUMED
3131       IF (ABS(Y2) .GT. EPS) Y2 = FUNCG3A2p1 (PSI6LO)
3132       GOTO 50
3134 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
3136 20    DO 30 I=1,MAXIT
3137          X3 = 0.5*(X1+X2)
3138          Y3 = FUNCG3A2p1 (X3)
3139          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
3140             Y2    = Y3
3141             X2    = X3
3142          ELSE
3143             Y1    = Y3
3144             X1    = X3
3145          ENDIF
3146          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
3147 30    CONTINUE
3148       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCG3A')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
3150 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
3152 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
3153       Y3 = FUNCG3A2p1 (X3)
3154 !C 
3155 !C *** FINAL CALCULATIONS *************************************************
3157 50    CONTINUE
3159 !C *** Na2SO4 DISSOLUTION
3161       IF (CHI1.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN        ! PSI1
3162          CALL POLY32p1 (PSI2, ZERO, -A1/4.D0, PSI1, ISLV)
3163          IF (ISLV.EQ.0) THEN
3164              PSI1 = MIN (PSI1, CHI1)
3165          ELSE
3166              PSI1 = ZERO
3167          ENDIF
3168       ELSE
3169          PSI1 = ZERO
3170       ENDIF
3171       MOLAL(2) = 2.0D0*PSI1               ! Na+  EFFECT
3172       MOLAL(5) = MOLAL(5) + PSI1          ! SO4  EFFECT
3173       CNA2SO4  = MAX(CHI1 - PSI1, ZERO)   ! NA2SO4(s) depletion
3175 !C *** HSO4 equilibrium
3176 !C 
3177       IF (MOLAL(1).GT.TINY .AND. MOLAL(5).GT.TINY) THEN
3178          CALL CALCHS42p1 (MOLAL(1), MOLAL(5), ZERO, DELTA)
3179          MOLAL(1) = MOLAL(1) - DELTA                     ! H+   EFFECT
3180          MOLAL(5) = MOLAL(5) - DELTA                     ! SO4  EFFECT
3181          MOLAL(6) = DELTA                                ! HSO4 EFFECT
3182       ENDIF
3184       RETURN
3186 !C *** END OF SUBROUTINE CALCG3A ******************************************
3188       END
3193 !C=======================================================================
3195 !C *** ISORROPIA CODE
3196 !C *** SUBROUTINE FUNCG3A
3197 !C *** CASE G3 ; SUBCASE 1
3199 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
3200 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; SODIUM POOR (SODRAT < 2.0)
3201 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
3202 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : (NH4)2SO4, NH4CL, NA2SO4
3204 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
3205 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
3206 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
3207 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
3209 !C=======================================================================
3211       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCG3A2p1 (X)
3212       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
3214       DOUBLE PRECISION LAMDA
3215       COMMON /CASEG2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, LAMDA, &
3216                      PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6, PSI7,  &
3217                      A1,   A2,   A3,   A4,   A5,   A6,   A7
3219 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
3221       PSI6   = X
3222       PSI2   = CHI2
3223       FRST   = .TRUE.
3224       CALAIN = .TRUE. 
3226 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
3228       DO 10 I=1,NSWEEP
3230       A1  = XK5 *(WATER/GAMA(2))**3.0
3231       A2  = XK7 *(WATER/GAMA(4))**3.0
3232       A4  = (XK2/XKW)*R*TEMP*(GAMA(10)/GAMA(5))**2.0
3233       A5  = XK4 *R*TEMP*(WATER/GAMA(10))**2.0
3234       A6  = XK3 *R*TEMP*(WATER/GAMA(11))**2.0
3236 !C  CALCULATE DISSOCIATION QUANTITIES
3238       IF (CHI5.GE.TINY) THEN
3239          PSI5 = PSI6*CHI5/(A6/A5*(CHI6-PSI6) + PSI6)
3240       ELSE
3241          PSI5 = TINY
3242       ENDIF
3244 !CCC      IF(CHI4.GT.TINY) THEN
3245       IF(W(2).GT.TINY) THEN       ! Accounts for NH3 evaporation
3246          BB   =-(CHI4 + PSI6 + PSI5 + 1.d0/A4)
3247          CC   = CHI4*(PSI5+PSI6) - 2.d0*PSI2/A4
3248          DD   = MAX(BB*BB-4.d0*CC,ZERO)  ! Patch proposed by Uma Shankar, 19/11/01
3249          PSI4 =0.5d0*(-BB - SQRT(DD))
3250       ELSE
3251          PSI4 = TINY
3252       ENDIF
3254       IF (CHI2.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN     
3255          CALL POLY32p1 (PSI4, PSI4*PSI4/4.D0, -A2/4.D0, PSI20, ISLV)
3256          IF (ISLV.EQ.0) PSI2 = MIN (PSI20, CHI2)
3257       ENDIF
3258 !C 
3259 !C *** CALCULATE GAS / SOLID SPECIES (LIQUID IN MOLAL ALREADY) *********
3261       MOLAL (2) = ZERO                                ! Na
3262       MOLAL (3) = 2.0*PSI2 + PSI4                     ! NH4I
3263       MOLAL (4) = PSI6                                ! CLI
3264       MOLAL (5) = PSI2                                ! SO4I
3265       MOLAL (6) = ZERO                                ! HSO4
3266       MOLAL (7) = PSI5                                ! NO3I
3268       SMIN      = 2.d0*MOLAL(5)+MOLAL(7)+MOLAL(4)-MOLAL(2)-MOLAL(3)
3269       CALL CALCPH2p1 (SMIN, HI, OHI)
3270       MOLAL (1) = HI
3272       GNH3      = MAX(CHI4 - PSI4, TINY)              ! Gas NH3
3273       GHNO3     = MAX(CHI5 - PSI5, TINY)              ! Gas HNO3
3274       GHCL      = MAX(CHI6 - PSI6, TINY)              ! Gas HCl
3276       CNH42S4   = CHI2 - PSI2                         ! Solid (NH4)2SO4
3277       CNH4NO3   = ZERO                                ! Solid NH4NO3
3278       CNH4CL    = ZERO                                ! Solid NH4Cl
3280       CALL CALCMR2p1                                     ! Water content
3282 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
3284       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
3285          CALL CALCACT2p1     
3286       ELSE
3287          GOTO 20
3288       ENDIF
3289 10    CONTINUE
3291 !C *** CALCULATE FUNCTION VALUE FOR OUTER LOOP ***************************
3293 20    FUNCG3A2p1 = MOLAL(1)*MOLAL(4)/GHCL/A6 - ONE
3294 !CCC         FUNCG3A = MOLAL(3)*MOLAL(4)/GHCL/GNH3/A6/A4 - ONE
3296       RETURN
3298 !C *** END OF FUNCTION FUNCG3A *******************************************
3300       END
3302 !C=======================================================================
3304 !C *** ISORROPIA CODE
3305 !C *** SUBROUTINE CALCG2
3306 !C *** CASE G2
3308 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
3309 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; SODIUM POOR (SODRAT < 2.0)
3310 !C     2. LIQUID & SOLID PHASE ARE BOTH POSSIBLE
3311 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : (NH4)2SO4, NH4CL, NA2SO4
3313 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
3314 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
3315 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
3316 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
3318 !C=======================================================================
3320       SUBROUTINE CALCG22p1
3321       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
3322       EXTERNAL CALCG1A2p1, CALCG3A2p1, CALCG42p1
3324 !C *** REGIME DEPENDS ON THE EXISTANCE OF NITRATES ***********************
3326       IF (W(4).GT.TINY) THEN        ! NO3 EXISTS, WATER POSSIBLE
3327          SCASE = 'G2 ; SUBCASE 1'  
3328          CALL CALCG2A2p1
3329          SCASE = 'G2 ; SUBCASE 1' 
3330       ELSE                          ! NO3 NON EXISTANT, WATER NOT POSSIBLE
3331          SCASE = 'G1 ; SUBCASE 1'  
3332          CALL CALCG1A2p1
3333          SCASE = 'G1 ; SUBCASE 1'  
3334       ENDIF
3336 !C *** REGIME DEPENDS ON THE EXISTANCE OF WATER AND OF THE RH ************
3338       IF (WATER.LE.TINY) THEN
3339          IF (RH.LT.DRMG2) THEN             ! ONLY SOLIDS 
3340             WATER = TINY
3341             DO 10 I=1,NIONS
3342                MOLAL(I) = ZERO
3343 10          CONTINUE
3344             CALL CALCG1A2p1
3345             SCASE = 'G2 ; SUBCASE 2'  
3346          ELSE
3347             IF (W(5).GT. TINY) THEN
3348                SCASE = 'G2 ; SUBCASE 3'    ! MDRH (NH4CL, NA2SO4, NH42S4)  
3349                CALL CALCMDRH2p1 (RH, DRMG2, DRNH4CL, CALCG1A2p1, CALCG3A2p1)
3350                SCASE = 'G2 ; SUBCASE 3'  
3351             ENDIF
3352             IF (WATER.LE.TINY .AND. RH.GE.DRMG3) THEN
3353                SCASE = 'G2 ; SUBCASE 4'    ! MDRH (NA2SO4, NH42S4)
3354                CALL CALCMDRH2p1 (RH, DRMG3, DRNH42S4, CALCG1A2p1, CALCG42p1)
3355                SCASE = 'G2 ; SUBCASE 4'  
3356             ELSE
3357                WATER = TINY
3358                DO 20 I=1,NIONS
3359                   MOLAL(I) = ZERO
3360 20             CONTINUE
3361                CALL CALCG1A2p1
3362                SCASE = 'G2 ; SUBCASE 2'  
3363             ENDIF
3364          ENDIF
3365       ENDIF
3366 !C 
3367       RETURN
3369 !C *** END OF SUBROUTINE CALCG2 ******************************************
3371       END
3374 !C=======================================================================
3376 !C *** ISORROPIA CODE
3377 !C *** SUBROUTINE CALCG2A
3378 !C *** CASE G2 ; SUBCASE 1
3380 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
3381 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; SODIUM POOR (SODRAT < 2.0)
3382 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
3383 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : (NH4)2SO4, NH4CL, NA2SO4
3385 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
3386 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
3387 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
3388 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
3390 !C=======================================================================
3392       SUBROUTINE CALCG2A2p1
3393       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
3395       DOUBLE PRECISION LAMDA
3396       COMMON /CASEG2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, LAMDA,  &
3397                      PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6, PSI7,   &
3398                      A1,   A2,   A3,   A4,   A5,   A6,   A7
3400 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
3402       CALAOU = .TRUE.   
3403       CHI1   = 0.5*W(1)
3404       CHI2   = MAX (W(2)-CHI1, ZERO)
3405       CHI3   = ZERO
3406       CHI4   = MAX (W(3)-2.D0*CHI2, ZERO)
3407       CHI5   = W(4)
3408       CHI6   = W(5)
3409 !C 
3410       PSI6LO = TINY                  
3411       PSI6HI = CHI6-TINY
3413       WATER  = TINY
3415 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
3417       X1 = PSI6LO
3418       Y1 = FUNCG2A2p1 (X1)
3419       IF (CHI6.LE.TINY) GOTO 50  
3420 !CCC      IF (ABS(Y1).LE.EPS .OR. CHI6.LE.TINY) GOTO 50  
3421 !CCC      IF (WATER .LE. TINY) GOTO 50               ! No water
3423 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
3425       DX = (PSI6HI-PSI6LO)/FLOAT(NDIV)
3426       DO 10 I=1,NDIV
3427          X2 = X1+DX 
3428          Y2 = FUNCG2A2p1 (X2)
3429          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
3430          X1 = X2
3431          Y1 = Y2
3432 10    CONTINUE
3434 !C *** NO SUBDIVISION WITH SOLUTION; IF ABS(Y2)<EPS SOLUTION IS ASSUMED
3436       IF (ABS(Y2) .GT. EPS) WATER = TINY
3437       GOTO 50
3439 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
3441 20    DO 30 I=1,MAXIT
3442          X3 = 0.5*(X1+X2)
3443          Y3 = FUNCG2A2p1 (X3)
3444          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
3445             Y2    = Y3
3446             X2    = X3
3447          ELSE
3448             Y1    = Y3
3449             X1    = X3
3450          ENDIF
3451          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
3452 30    CONTINUE
3453       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCG2A')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
3455 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
3457 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
3458       IF (X3.LE.TINY2) THEN   ! PRACTICALLY NO NITRATES, SO DRY SOLUTION
3459          WATER = TINY
3460       ELSE
3461          Y3 = FUNCG2A2p1 (X3)
3462       ENDIF
3463 !C 
3464 !C *** CALCULATE HSO4 SPECIATION AND RETURN *******************************
3466 50    CONTINUE
3468 !C *** Na2SO4 DISSOLUTION
3470       IF (CHI1.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN        ! PSI1
3471          CALL POLY32p1 (PSI2, ZERO, -A1/4.D0, PSI1, ISLV)
3472          IF (ISLV.EQ.0) THEN
3473              PSI1 = MIN (PSI1, CHI1)
3474          ELSE
3475              PSI1 = ZERO
3476          ENDIF
3477       ELSE
3478          PSI1 = ZERO
3479       ENDIF
3480       MOLAL(2) = 2.0D0*PSI1               ! Na+  EFFECT
3481       MOLAL(5) = MOLAL(5) + PSI1          ! SO4  EFFECT
3482       CNA2SO4  = MAX(CHI1 - PSI1, ZERO)   ! NA2SO4(s) depletion
3484 !C *** HSO4 equilibrium
3485 !C 
3486       IF (MOLAL(1).GT.TINY .AND. MOLAL(5).GT.TINY) THEN
3487          CALL CALCHS42p1 (MOLAL(1), MOLAL(5), ZERO, DELTA)
3488          MOLAL(1) = MOLAL(1) - DELTA     ! H+   AFFECT
3489          MOLAL(5) = MOLAL(5) - DELTA     ! SO4  AFFECT
3490          MOLAL(6) = DELTA                ! HSO4 AFFECT
3491       ENDIF
3493       RETURN
3495 !C *** END OF SUBROUTINE CALCG2A ******************************************
3497       END
3502 !C=======================================================================
3504 !C *** ISORROPIA CODE
3505 !C *** SUBROUTINE FUNCG2A
3506 !C *** CASE G2
3508 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
3509 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; SODIUM POOR (SODRAT < 2.0)
3510 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
3511 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : (NH4)2SO4, NH4CL, NA2SO4
3513 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
3514 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
3515 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
3516 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
3518 !C=======================================================================
3520       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCG2A2p1 (X)
3521       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
3523       DOUBLE PRECISION LAMDA
3524       COMMON /CASEG2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, LAMDA,   &
3525                      PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6, PSI7,    &
3526                      A1,   A2,   A3,   A4,   A5,   A6,   A7
3528 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
3530       PSI6   = X
3531       PSI2   = CHI2
3532       PSI3   = ZERO
3533       FRST   = .TRUE.
3534       CALAIN = .TRUE. 
3536 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
3538       DO 10 I=1,NSWEEP
3540       A1  = XK5 *(WATER/GAMA(2))**3.0
3541       A2  = XK7 *(WATER/GAMA(4))**3.0
3542       A4  = (XK2/XKW)*R*TEMP*(GAMA(10)/GAMA(5))**2.0
3543       A5  = XK4 *R*TEMP*(WATER/GAMA(10))**2.0
3544       A6  = XK3 *R*TEMP*(WATER/GAMA(11))**2.0
3546       DENO = MAX(CHI6-PSI6-PSI3, ZERO)
3547       PSI5 = CHI5/((A6/A5)*(DENO/PSI6) + ONE)
3549       PSI4 = MIN(PSI5+PSI6,CHI4)
3551       IF (CHI2.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN     
3552          CALL POLY32p1 (PSI4, PSI4*PSI4/4.D0, -A2/4.D0, PSI20, ISLV)
3553          IF (ISLV.EQ.0) PSI2 = MIN (PSI20, CHI2)
3554       ENDIF
3556 !C *** SAVE CONCENTRATIONS IN MOLAL ARRAY ******************************
3558       MOLAL (2) = ZERO                             ! NA
3559       MOLAL (3) = 2.0*PSI2 + PSI4                  ! NH4I
3560       MOLAL (4) = PSI6                             ! CLI
3561       MOLAL (5) = PSI2                             ! SO4I
3562       MOLAL (6) = ZERO                             ! HSO4
3563       MOLAL (7) = PSI5                             ! NO3I
3565 !CCC      MOLAL (1) = MAX(CHI5 - PSI5, TINY)*A5/PSI5   ! HI
3566       SMIN      = 2.d0*MOLAL(5)+MOLAL(7)+MOLAL(4)-MOLAL(2)-MOLAL(3)
3567       CALL CALCPH2p1 (SMIN, HI, OHI)
3568       MOLAL (1) = HI
3569 !C 
3570 !C *** CALCULATE GAS / SOLID SPECIES (LIQUID IN MOLAL ALREADY) *********
3572       GNH3      = MAX(CHI4 - PSI4, TINY)
3573       GHNO3     = MAX(CHI5 - PSI5, TINY)
3574       GHCL      = MAX(CHI6 - PSI6, TINY)
3576       CNH42S4   = MAX(CHI2 - PSI2, ZERO)
3577       CNH4NO3   = ZERO
3578 !C      
3579 !C *** NH4Cl(s) calculations
3581       A3   = XK6 /(R*TEMP*R*TEMP)
3582       IF (GNH3*GHCL.GT.A3) THEN
3583          DELT = MIN(GNH3, GHCL)
3584          BB = -(GNH3+GHCL)
3585          CC = GNH3*GHCL-A3
3586          DD = BB*BB - 4.D0*CC
3587          PSI31 = 0.5D0*(-BB + SQRT(DD))
3588          PSI32 = 0.5D0*(-BB - SQRT(DD))
3589          IF (DELT-PSI31.GT.ZERO .AND. PSI31.GT.ZERO) THEN
3590             PSI3 = PSI31
3591          ELSEIF (DELT-PSI32.GT.ZERO .AND. PSI32.GT.ZERO) THEN
3592             PSI3 = PSI32
3593          ELSE
3594             PSI3 = ZERO
3595          ENDIF
3596       ELSE
3597          PSI3 = ZERO
3598       ENDIF
3599 !C 
3600 !C *** CALCULATE GAS / SOLID SPECIES (LIQUID IN MOLAL ALREADY) *********
3602       GNH3    = MAX(GNH3 - PSI3, TINY)
3603       GHCL    = MAX(GHCL - PSI3, TINY)
3604       CNH4CL  = PSI3
3606 !C *** CALCULATE MOLALR ARRAY, WATER AND ACTIVITIES **********************
3608       CALL CALCMR2p1
3610 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
3612       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
3613          CALL CALCACT2p1     
3614       ELSE
3615          GOTO 20
3616       ENDIF
3617 10    CONTINUE
3619 !C *** CALCULATE FUNCTION VALUE FOR OUTER LOOP ***************************
3621 20    IF (CHI4.LE.TINY) THEN
3622          FUNCG2A2p1 = MOLAL(1)*MOLAL(4)/GHCL/A6 - ONE
3623       ELSE
3624          FUNCG2A2p1 = MOLAL(3)*MOLAL(4)/GHCL/GNH3/A6/A4 - ONE
3625       ENDIF
3627       RETURN
3629 !C *** END OF FUNCTION FUNCG2A *******************************************
3631       END
3633 !C=======================================================================
3635 !C *** ISORROPIA CODE
3636 !C *** SUBROUTINE CALCG1
3637 !C *** CASE G1
3639 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
3640 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; SODIUM POOR (SODRAT < 2.0)
3641 !C     2. SOLID AEROSOL ONLY
3642 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : (NH4)2SO4, NH4NO3, NH4CL, NA2SO4
3644 !C     THERE ARE TWO POSSIBLE REGIMES HERE, DEPENDING ON RELATIVE HUMIDITY:
3645 !C     1. WHEN RH >= MDRH ; LIQUID PHASE POSSIBLE (MDRH REGION)
3646 !C     2. WHEN RH < MDRH  ; ONLY SOLID PHASE POSSIBLE (SUBROUTINE CALCG1A)
3648 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
3649 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
3650 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
3651 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
3653 !C=======================================================================
3655       SUBROUTINE CALCG12p1
3656       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
3657       EXTERNAL CALCG1A2p1, CALCG2A2p1
3659 !C *** REGIME DEPENDS UPON THE AMBIENT RELATIVE HUMIDITY *****************
3661       IF (RH.LT.DRMG1) THEN    
3662          SCASE = 'G1 ; SUBCASE 1'  
3663          CALL CALCG1A2p1              ! SOLID PHASE ONLY POSSIBLE
3664          SCASE = 'G1 ; SUBCASE 1'
3665       ELSE
3666          SCASE = 'G1 ; SUBCASE 2'  ! LIQUID & SOLID PHASE POSSIBLE
3667          CALL CALCMDRH2p1 (RH, DRMG1, DRNH4NO3, CALCG1A2p1, CALCG2A2p1)
3668          SCASE = 'G1 ; SUBCASE 2'
3669       ENDIF
3670 !C 
3671       RETURN
3673 !C *** END OF SUBROUTINE CALCG1 ******************************************
3675       END
3678 !C=======================================================================
3680 !C *** ISORROPIA CODE
3681 !C *** SUBROUTINE CALCG1A
3682 !C *** CASE G1 ; SUBCASE 1
3684 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
3685 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0)
3686 !C     2. SOLID AEROSOL ONLY
3687 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : (NH4)2SO4, NH4NO3
3689 !C     SOLID (NH4)2SO4 IS CALCULATED FROM THE SULFATES, WHILE NH4NO3
3690 !C     IS CALCULATED FROM NH3-HNO3 EQUILIBRIUM. 'ZE' IS THE AMOUNT OF
3691 !C     NH4NO3 THAT VOLATIZES WHEN ALL POSSILBE NH4NO3 IS INITIALLY IN
3692 !C     THE SOLID PHASE.
3694 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
3695 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
3696 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
3697 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
3699 !C=======================================================================
3701       SUBROUTINE CALCG1A2p1
3702       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
3703       DOUBLE PRECISION LAMDA, LAMDA1, LAMDA2, KAPA, KAPA1, KAPA2
3705 !C *** CALCULATE NON VOLATILE SOLIDS ***********************************
3707       CNA2SO4 = MIN (0.5*W(1), W(2))
3708       FRNA    = MAX(W(1) - 2.D0*CNA2SO4, ZERO)
3709       SO4FR   = MAX(W(2) - CNA2SO4, ZERO)
3710 !C      CNH42S4 = W(2) - CNA2SO4
3711       CNH42S4 = MAX (SO4FR , ZERO)                  ! CNH42S4
3713 !C *** CALCULATE VOLATILE SPECIES **************************************
3715       ALF     = W(3) - 2.0*CNH42S4
3716       BET     = W(5)
3717       GAM     = W(4)
3719       RTSQ    = R*TEMP*R*TEMP
3720       A1      = XK6/RTSQ
3721       A2      = XK10/RTSQ
3723       THETA1  = GAM - BET*(A2/A1)
3724       THETA2  = A2/A1
3726 !C QUADRATIC EQUATION SOLUTION
3728       BB      = (THETA1-ALF-BET*(ONE+THETA2))/(ONE+THETA2)
3729       CC      = (ALF*BET-A1-BET*THETA1)/(ONE+THETA2)
3730       DD      = BB*BB - 4.0D0*CC
3731       IF (DD.LT.ZERO) GOTO 100   ! Solve each reaction seperately
3733 !C TWO ROOTS FOR KAPA, CHECK AND SEE IF ANY VALID
3735       SQDD    = SQRT(DD)
3736       KAPA1   = 0.5D0*(-BB+SQDD)
3737       KAPA2   = 0.5D0*(-BB-SQDD)
3738       LAMDA1  = THETA1 + THETA2*KAPA1
3739       LAMDA2  = THETA1 + THETA2*KAPA2
3741       IF (KAPA1.GE.ZERO .AND. LAMDA1.GE.ZERO) THEN
3742          IF (ALF-KAPA1-LAMDA1.GE.ZERO .AND. &
3743              BET-KAPA1.GE.ZERO .AND. GAM-LAMDA1.GE.ZERO) THEN
3744              KAPA = KAPA1
3745              LAMDA= LAMDA1
3746              GOTO 200
3747          ENDIF
3748       ENDIF
3750       IF (KAPA2.GE.ZERO .AND. LAMDA2.GE.ZERO) THEN
3751          IF (ALF-KAPA2-LAMDA2.GE.ZERO .AND. &
3752              BET-KAPA2.GE.ZERO .AND. GAM-LAMDA2.GE.ZERO) THEN
3753              KAPA = KAPA2
3754              LAMDA= LAMDA2
3755              GOTO 200
3756          ENDIF
3757       ENDIF
3759 !C SEPERATE SOLUTION OF NH4CL & NH4NO3 EQUILIBRIA 
3760 !C 
3761 100   KAPA  = ZERO
3762       LAMDA = ZERO
3763       DD1   = (ALF+BET)*(ALF+BET) - 4.0D0*(ALF*BET-A1)
3764       DD2   = (ALF+GAM)*(ALF+GAM) - 4.0D0*(ALF*GAM-A2)
3766 !C NH4CL EQUILIBRIUM
3768       IF (DD1.GE.ZERO) THEN
3769          SQDD1 = SQRT(DD1)
3770          KAPA1 = 0.5D0*(ALF+BET + SQDD1)
3771          KAPA2 = 0.5D0*(ALF+BET - SQDD1)
3773          IF (KAPA1.GE.ZERO .AND. KAPA1.LE.MIN(ALF,BET)) THEN
3774             KAPA = KAPA1 
3775          ELSE IF (KAPA2.GE.ZERO .AND. KAPA2.LE.MIN(ALF,BET)) THEN
3776             KAPA = KAPA2
3777          ELSE
3778             KAPA = ZERO
3779          ENDIF
3780       ENDIF
3782 !C NH4NO3 EQUILIBRIUM
3784       IF (DD2.GE.ZERO) THEN
3785          SQDD2 = SQRT(DD2)
3786          LAMDA1= 0.5D0*(ALF+GAM + SQDD2)
3787          LAMDA2= 0.5D0*(ALF+GAM - SQDD2)
3789          IF (LAMDA1.GE.ZERO .AND. LAMDA1.LE.MIN(ALF,GAM)) THEN
3790             LAMDA = LAMDA1 
3791          ELSE IF (LAMDA2.GE.ZERO .AND. LAMDA2.LE.MIN(ALF,GAM)) THEN
3792             LAMDA = LAMDA2
3793          ELSE
3794             LAMDA = ZERO
3795          ENDIF
3796       ENDIF
3798 !C IF BOTH KAPA, LAMDA ARE > 0, THEN APPLY EXISTANCE CRITERION
3800       IF (KAPA.GT.ZERO .AND. LAMDA.GT.ZERO) THEN
3801          IF (BET .LT. LAMDA/THETA1) THEN
3802             KAPA = ZERO
3803          ELSE
3804             LAMDA= ZERO
3805          ENDIF
3806       ENDIF
3808 !C *** CALCULATE COMPOSITION OF VOLATILE SPECIES ***********************
3810 200   CONTINUE
3811       CNH4NO3 = LAMDA
3812       CNH4CL  = KAPA
3814       GNH3    = MAX(ALF - KAPA - LAMDA, ZERO)
3815       GHNO3   = MAX(GAM - LAMDA, ZERO)
3816       GHCL    = MAX(BET - KAPA, ZERO)
3818       RETURN
3820 !C *** END OF SUBROUTINE CALCG1A *****************************************
3822       END
3823 !C=======================================================================
3825 !C *** ISORROPIA CODE
3826 !C *** SUBROUTINE CALCH6
3827 !C *** CASE H6
3829 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
3830 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; SODIUM RICH (SODRAT >= 2.0)
3831 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
3832 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : (NH4)2SO4, NH4CL, NA2SO4
3834 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
3835 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
3836 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
3837 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
3839 !C=======================================================================
3841       SUBROUTINE CALCH62p1
3842       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
3844       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,     &
3845                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,     &
3846                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,   &
3847                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,       &
3848                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6, &
3849                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
3851 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
3853       CALAOU = .TRUE.   
3854       CHI1   = W(2)                                ! CNA2SO4
3855       CHI2   = ZERO                                ! CNH42S4
3856       CHI3   = ZERO                                ! CNH4CL
3857       FRNA   = MAX (W(1)-2.D0*CHI1, ZERO)       
3858       CHI8   = MIN (FRNA, W(4))                    ! CNANO3
3859       CHI4   = W(3)                                ! NH3(g)
3860       CHI5   = MAX (W(4)-CHI8, ZERO)               ! HNO3(g)
3861       CHI7   = MIN (MAX(FRNA-CHI8, ZERO), W(5))    ! CNACL
3862       CHI6   = MAX (W(5)-CHI7, ZERO)               ! HCL(g)
3864       PSI6LO = TINY                  
3865       PSI6HI = CHI6-TINY    ! MIN(CHI6-TINY, CHI4)
3867 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
3869       X1 = PSI6LO
3870       Y1 = FUNCH6A2p1 (X1)
3871       IF (ABS(Y1).LE.EPS .OR. CHI6.LE.TINY) GOTO 50  
3873 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
3875       DX = (PSI6HI-PSI6LO)/FLOAT(NDIV)
3876       DO 10 I=1,NDIV
3877          X2 = X1+DX 
3878          Y2 = FUNCH6A2p1 (X2)
3879          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
3880          X1 = X2
3881          Y1 = Y2
3882 10    CONTINUE
3884 !C *** NO SUBDIVISION WITH SOLUTION; IF ABS(Y2)<EPS SOLUTION IS ASSUMED
3886       IF (ABS(Y2) .GT. EPS) Y2 = FUNCH6A2p1 (PSI6LO)
3887       GOTO 50
3889 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
3891 20    DO 30 I=1,MAXIT
3892          X3 = 0.5*(X1+X2)
3893          Y3 = FUNCH6A2p1 (X3)
3894          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
3895             Y2    = Y3
3896             X2    = X3
3897          ELSE
3898             Y1    = Y3
3899             X1    = X3
3900          ENDIF
3901          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
3902 30    CONTINUE
3903       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCH6')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
3905 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
3907 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
3908       Y3 = FUNCH6A2p1 (X3)
3909 !C 
3910 !C *** CALCULATE HSO4 SPECIATION AND RETURN *******************************
3912 50    CONTINUE
3913       IF (MOLAL(1).GT.TINY .AND. MOLAL(5).GT.TINY) THEN
3914          CALL CALCHS42p1 (MOLAL(1), MOLAL(5), ZERO, DELTA)
3915          MOLAL(1) = MOLAL(1) - DELTA                     ! H+   EFFECT
3916          MOLAL(5) = MOLAL(5) - DELTA                     ! SO4  EFFECT
3917          MOLAL(6) = DELTA                                ! HSO4 EFFECT
3918       ENDIF
3920       RETURN
3922 !C *** END OF SUBROUTINE CALCH6 ******************************************
3924       END
3929 !C=======================================================================
3931 !C *** ISORROPIA CODE
3932 !C *** SUBROUTINE FUNCH6A
3933 !C *** CASE H6
3935 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
3936 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; SODIUM RICH (SODRAT >= 2.0)
3937 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
3938 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : (NH4)2SO4, NH4CL, NA2SO4
3940 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
3941 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
3942 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
3943 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
3945 !C=======================================================================
3947       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCH6A2p1 (X)
3948       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
3950       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,     &
3951                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,     &
3952                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,   &
3953                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,       &
3954                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6, &
3955                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
3957 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
3959       PSI6   = X
3960       PSI1   = CHI1
3961       PSI2   = ZERO
3962       PSI3   = ZERO
3963       PSI7   = CHI7
3964       PSI8   = CHI8 
3965       FRST   = .TRUE.
3966       CALAIN = .TRUE. 
3968 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
3970       DO 10 I=1,NSWEEP
3972       A1  = XK5 *(WATER/GAMA(2))**3.0
3973       A4  = (XK2/XKW)*R*TEMP*(GAMA(10)/GAMA(5))**2.0
3974       A5  = XK4 *R*TEMP*(WATER/GAMA(10))**2.0
3975       A6  = XK3 *R*TEMP*(WATER/GAMA(11))**2.0
3976       A7  = XK8 *(WATER/GAMA(1))**2.0
3977       A8  = XK9 *(WATER/GAMA(3))**2.0
3978       A9  = XK1*WATER/GAMA(7)*(GAMA(8)/GAMA(7))**2.
3980 !C  CALCULATE DISSOCIATION QUANTITIES
3982       PSI5 = CHI5*(PSI6+PSI7) - A6/A5*PSI8*(CHI6-PSI6-PSI3)
3983       PSI5 = PSI5/(A6/A5*(CHI6-PSI6-PSI3) + PSI6 + PSI7)
3984       PSI5 = MAX(PSI5, TINY)
3986       IF (W(3).GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN  ! First try 3rd order soln
3987          BB   =-(CHI4 + PSI6 + PSI5 + 1.d0/A4)
3988          CC   = CHI4*(PSI5+PSI6)
3989          DD   = BB*BB-4.d0*CC
3990          PSI4 =0.5d0*(-BB - SQRT(DD))
3991          PSI4 = MIN(PSI4,CHI4)
3992       ELSE
3993          PSI4 = TINY
3994       ENDIF
3996 !C *** CALCULATE SPECIATION ********************************************
3998       MOLAL (2) = PSI8 + PSI7 + 2.D0*PSI1               ! NAI
3999       MOLAL (3) = PSI4                                  ! NH4I
4000       MOLAL (4) = PSI6 + PSI7                           ! CLI
4001       MOLAL (5) = PSI2 + PSI1                           ! SO4I
4002       MOLAL (6) = ZERO                                  ! HSO4I
4003       MOLAL (7) = PSI5 + PSI8                           ! NO3I
4005       SMIN      = 2.d0*MOLAL(5)+MOLAL(7)+MOLAL(4)-MOLAL(2)-MOLAL(3)
4006       CALL CALCPH2p1 (SMIN, HI, OHI)
4007       MOLAL (1) = HI
4008 !C 
4009       GNH3      = MAX(CHI4 - PSI4, TINY)
4010       GHNO3     = MAX(CHI5 - PSI5, TINY)
4011       GHCL      = MAX(CHI6 - PSI6, TINY)
4013       CNH42S4   = ZERO
4014       CNH4NO3   = ZERO
4015       CNACL     = MAX(CHI7 - PSI7, ZERO)
4016       CNANO3    = MAX(CHI8 - PSI8, ZERO)
4017       CNA2SO4   = MAX(CHI1 - PSI1, ZERO) 
4019       CALL CALCMR2p1                                    ! Water content
4021 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
4023       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
4024          CALL CALCACT2p1     
4025       ELSE
4026          GOTO 20
4027       ENDIF
4028 10    CONTINUE
4030 !C *** CALCULATE FUNCTION VALUE FOR OUTER LOOP ***************************
4032 20    FUNCH6A2p1 = MOLAL(3)*MOLAL(4)/GHCL/GNH3/A6/A4 - ONE
4034       RETURN
4036 !C *** END OF FUNCTION FUNCH6A *******************************************
4038       END
4040 !C=======================================================================
4042 !C *** ISORROPIA CODE
4043 !C *** SUBROUTINE CALCH5
4044 !C *** CASE H5
4046 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
4047 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; SODIUM RICH (SODRAT >= 2.0)
4048 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
4049 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : (NH4)2SO4, NH4CL, NA2SO4
4051 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
4052 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
4053 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
4054 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
4056 !C=======================================================================
4058       SUBROUTINE CALCH52p1
4059       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
4061       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,     &
4062                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,     &
4063                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,   &
4064                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,       &
4065                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6, &
4066                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
4068 !C *** REGIME DEPENDS ON THE EXISTANCE OF NITRATES ***********************
4070       IF (W(4).LE.TINY .AND. W(5).LE.TINY) THEN  
4071          SCASE = 'H5'  
4072          CALL CALCH1A2p1
4073          SCASE = 'H5'  
4074          RETURN
4075       ENDIF
4077 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
4079       CALAOU = .TRUE.   
4080       CHI1   = W(2)                                ! CNA2SO4
4081       CHI2   = ZERO                                ! CNH42S4
4082       CHI3   = ZERO                                ! CNH4CL
4083       FRNA   = MAX (W(1)-2.D0*CHI1, ZERO)       
4084       CHI8   = MIN (FRNA, W(4))                    ! CNANO3
4085       CHI4   = W(3)                                ! NH3(g)
4086       CHI5   = MAX (W(4)-CHI8, ZERO)               ! HNO3(g)
4087       CHI7   = MIN (MAX(FRNA-CHI8, ZERO), W(5))    ! CNACL
4088       CHI6   = MAX (W(5)-CHI7, ZERO)               ! HCL(g)
4090       PSI6LO = TINY                  
4091       PSI6HI = CHI6-TINY    ! MIN(CHI6-TINY, CHI4)
4093 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
4095       X1 = PSI6LO
4096       Y1 = FUNCH5A2p1 (X1)
4097       IF (ABS(Y1).LE.EPS .OR. CHI6.LE.TINY) GOTO 50  
4099 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
4101       DX = (PSI6HI-PSI6LO)/FLOAT(NDIV)
4102       DO 10 I=1,NDIV
4103          X2 = X1+DX 
4104          Y2 = FUNCH5A2p1 (X2)
4105          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
4106          X1 = X2
4107          Y1 = Y2
4108 10    CONTINUE
4110 !C *** NO SUBDIVISION WITH SOLUTION; IF ABS(Y2)<EPS SOLUTION IS ASSUMED
4112       IF (ABS(Y2) .GT. EPS) Y2 = FUNCH5A2p1 (PSI6LO)
4113       GOTO 50
4115 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
4117 20    DO 30 I=1,MAXIT
4118          X3 = 0.5*(X1+X2)
4119          Y3 = FUNCH5A2p1 (X3)
4120          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
4121             Y2    = Y3
4122             X2    = X3
4123          ELSE
4124             Y1    = Y3
4125             X1    = X3
4126          ENDIF
4127          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
4128 30    CONTINUE
4129       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCH5')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
4131 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
4133 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
4134       Y3 = FUNCH5A2p1 (X3)
4135 !C 
4136 !C *** CALCULATE HSO4 SPECIATION AND RETURN *******************************
4138 50    CONTINUE
4139       IF (MOLAL(1).GT.TINY .AND. MOLAL(5).GT.TINY) THEN
4140          CALL CALCHS42p1 (MOLAL(1), MOLAL(5), ZERO, DELTA)
4141          MOLAL(1) = MOLAL(1) - DELTA                     ! H+   EFECT
4142          MOLAL(5) = MOLAL(5) - DELTA                     ! SO4  EFFECT
4143          MOLAL(6) = DELTA                                ! HSO4 EFFECT
4144       ENDIF
4146       RETURN
4148 !C *** END OF SUBROUTINE CALCH5 ******************************************
4150       END
4155 !C=======================================================================
4157 !C *** ISORROPIA CODE
4158 !C *** SUBROUTINE FUNCH5A
4159 !C *** CASE H5
4161 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
4162 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; SODIUM RICH (SODRAT >= 2.0)
4163 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
4164 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : NONE
4166 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
4167 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
4168 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
4169 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
4171 !C=======================================================================
4173       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCH5A2p1 (X)
4174       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
4176       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,     &
4177                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,     &
4178                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,   &
4179                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,       &
4180                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6, &
4181                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
4183 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
4185       PSI6   = X
4186       PSI1   = CHI1
4187       PSI2   = ZERO
4188       PSI3   = ZERO
4189       PSI7   = CHI7
4190       PSI8   = CHI8 
4191       FRST   = .TRUE.
4192       CALAIN = .TRUE. 
4194 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
4196       DO 10 I=1,NSWEEP
4198       A1  = XK5 *(WATER/GAMA(2))**3.0
4199       A4  = (XK2/XKW)*R*TEMP*(GAMA(10)/GAMA(5))**2.0
4200       A5  = XK4 *R*TEMP*(WATER/GAMA(10))**2.0
4201       A6  = XK3 *R*TEMP*(WATER/GAMA(11))**2.0
4202       A7  = XK8 *(WATER/GAMA(1))**2.0
4203       A8  = XK9 *(WATER/GAMA(3))**2.0
4204       A9  = XK1*WATER/GAMA(7)*(GAMA(8)/GAMA(7))**2.
4206 !C  CALCULATE DISSOCIATION QUANTITIES
4208       PSI5 = CHI5*(PSI6+PSI7) - A6/A5*PSI8*(CHI6-PSI6-PSI3)
4209       PSI5 = PSI5/(A6/A5*(CHI6-PSI6-PSI3) + PSI6 + PSI7)
4210       PSI5 = MAX(PSI5, TINY)
4212       IF (W(3).GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN  ! First try 3rd order soln
4213          BB   =-(CHI4 + PSI6 + PSI5 + 1.d0/A4)
4214          CC   = CHI4*(PSI5+PSI6)
4215          DD   = BB*BB-4.d0*CC
4216          PSI4 =0.5d0*(-BB - SQRT(DD))
4217          PSI4 = MIN(PSI4,CHI4)
4218       ELSE
4219          PSI4 = TINY
4220       ENDIF
4222       IF (CHI1.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN     ! NA2SO4 DISSOLUTION
4223          AA = PSI7+PSI8
4224          BB = AA*AA
4225          CC =-A1/4.D0
4226          CALL POLY32p1 (AA, BB, CC, PSI1, ISLV)
4227          IF (ISLV.EQ.0) THEN
4228              PSI1 = MIN (PSI1, CHI1)
4229          ELSE
4230              PSI1 = ZERO
4231          ENDIF
4232       ENDIF
4234 !C *** CALCULATE SPECIATION ********************************************
4236       MOLAL (2) = PSI8 + PSI7 + 2.D0*PSI1                ! NAI
4237       MOLAL (3) = PSI4                                   ! NH4I
4238       MOLAL (4) = PSI6 + PSI7                            ! CLI
4239       MOLAL (5) = PSI2 + PSI1                            ! SO4I
4240       MOLAL (6) = ZERO
4241       MOLAL (7) = PSI5 + PSI8                            ! NO3I
4243       SMIN      = 2.d0*MOLAL(5)+MOLAL(7)+MOLAL(4)-MOLAL(2)-MOLAL(3)
4244       CALL CALCPH2p1 (SMIN, HI, OHI)
4245       MOLAL (1) = HI
4246 !C 
4247       GNH3      = MAX(CHI4 - PSI4, TINY)
4248       GHNO3     = MAX(CHI5 - PSI5, TINY)
4249       GHCL      = MAX(CHI6 - PSI6, TINY)
4251       CNH42S4   = ZERO
4252       CNH4NO3   = ZERO
4253       CNACL     = MAX(CHI7 - PSI7, ZERO)
4254       CNANO3    = MAX(CHI8 - PSI8, ZERO)
4255       CNA2SO4   = MAX(CHI1 - PSI1, ZERO) 
4257       CALL CALCMR2p1                               ! Water content
4259 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
4261       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
4262          CALL CALCACT2p1     
4263       ELSE
4264          GOTO 20
4265       ENDIF
4266 10    CONTINUE
4268 !C *** CALCULATE FUNCTION VALUE FOR OUTER LOOP ***************************
4270 20    FUNCH5A2p1 = MOLAL(3)*MOLAL(4)/GHCL/GNH3/A6/A4 - ONE
4272       RETURN
4274 !C *** END OF FUNCTION FUNCH5A *******************************************
4276       END
4278 !C=======================================================================
4280 !C *** ISORROPIA CODE
4281 !C *** SUBROUTINE CALCH4
4282 !C *** CASE H4
4284 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
4285 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; SODIUM RICH (SODRAT >= 2.0)
4286 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
4287 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : NA2SO4
4289 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
4290 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
4291 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
4292 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
4294 !C=======================================================================
4296       SUBROUTINE CALCH42p1
4297       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
4299       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,     &
4300                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,     &
4301                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,   &
4302                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,       &
4303                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6, &
4304                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
4306 !C *** REGIME DEPENDS ON THE EXISTANCE OF NITRATES ***********************
4308       IF (W(4).LE.TINY .AND. W(5).LE.TINY) THEN  
4309          SCASE = 'H4'  
4310          CALL CALCH1A2p1
4311          SCASE = 'H4'  
4312          RETURN
4313       ENDIF
4315 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
4317       CALAOU = .TRUE.   
4318       CHI1   = W(2)                                ! CNA2SO4
4319       CHI2   = ZERO                                ! CNH42S4
4320       CHI3   = ZERO                                ! CNH4CL
4321       FRNA   = MAX (W(1)-2.D0*CHI1, ZERO)       
4322       CHI8   = MIN (FRNA, W(4))                    ! CNANO3
4323       CHI4   = W(3)                                ! NH3(g)
4324       CHI5   = MAX (W(4)-CHI8, ZERO)               ! HNO3(g)
4325       CHI7   = MIN (MAX(FRNA-CHI8, ZERO), W(5))    ! CNACL
4326       CHI6   = MAX (W(5)-CHI7, ZERO)               ! HCL(g)
4328       PSI6LO = TINY                  
4329       PSI6HI = CHI6-TINY    ! MIN(CHI6-TINY, CHI4)
4331 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
4333       X1 = PSI6LO
4334       Y1 = FUNCH4A2p1 (X1)
4335       IF (ABS(Y1).LE.EPS .OR. CHI6.LE.TINY) GOTO 50  
4337 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
4339       DX = (PSI6HI-PSI6LO)/FLOAT(NDIV)
4340       DO 10 I=1,NDIV
4341          X2 = X1+DX 
4342          Y2 = FUNCH4A2p1 (X2)
4343          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
4344          X1 = X2
4345          Y1 = Y2
4346 10    CONTINUE
4348 !C *** NO SUBDIVISION WITH SOLUTION; IF ABS(Y2)<EPS SOLUTION IS ASSUMED
4350       IF (ABS(Y2) .GT. EPS) Y2 = FUNCH4A2p1 (PSI6LO)
4351       GOTO 50
4353 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
4355 20    DO 30 I=1,MAXIT
4356          X3 = 0.5*(X1+X2)
4357          Y3 = FUNCH4A2p1 (X3)
4358          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
4359             Y2    = Y3
4360             X2    = X3
4361          ELSE
4362             Y1    = Y3
4363             X1    = X3
4364          ENDIF
4365          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
4366 30    CONTINUE
4367       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCH4')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
4369 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
4371 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
4372       Y3 = FUNCH4A2p1 (X3)
4373 !C 
4374 !C *** CALCULATE HSO4 SPECIATION AND RETURN *******************************
4376 50    CONTINUE
4377       IF (MOLAL(1).GT.TINY .AND. MOLAL(5).GT.TINY) THEN
4378          CALL CALCHS42p1 (MOLAL(1), MOLAL(5), ZERO, DELTA)
4379          MOLAL(1) = MOLAL(1) - DELTA                      ! H+   EFFECT
4380          MOLAL(5) = MOLAL(5) - DELTA                      ! SO4  EFFECT
4381          MOLAL(6) = DELTA                                 ! HSO4 EFFECT
4382       ENDIF
4384       RETURN
4386 !C *** END OF SUBROUTINE CALCH4 ******************************************
4388       END
4393 !C=======================================================================
4395 !C *** ISORROPIA CODE
4396 !C *** SUBROUTINE FUNCH4A
4397 !C *** CASE H4
4399 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
4400 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; SODIUM RICH (SODRAT >= 2.0)
4401 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
4402 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : (NH4)2SO4, NH4CL, NA2SO4
4404 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
4405 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
4406 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
4407 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
4409 !C=======================================================================
4411       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCH4A2p1 (X)
4412       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
4414       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,     &
4415                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,     &
4416                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,   &
4417                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,       &
4418                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6, &
4419                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
4421 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
4423       PSI6   = X
4424       PSI1   = CHI1
4425       PSI2   = ZERO
4426       PSI3   = ZERO
4427       PSI7   = CHI7
4428       PSI8   = CHI8 
4429       FRST   = .TRUE.
4430       CALAIN = .TRUE. 
4432 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
4434       DO 10 I=1,NSWEEP
4436       A1  = XK5 *(WATER/GAMA(2))**3.0
4437       A4  = (XK2/XKW)*R*TEMP*(GAMA(10)/GAMA(5))**2.0
4438       A5  = XK4 *R*TEMP*(WATER/GAMA(10))**2.0
4439       A6  = XK3 *R*TEMP*(WATER/GAMA(11))**2.0
4440       A7  = XK8 *(WATER/GAMA(1))**2.0
4441       A8  = XK9 *(WATER/GAMA(3))**2.0
4442       A9  = XK1*WATER/GAMA(7)*(GAMA(8)/GAMA(7))**2.
4444 !C  CALCULATE DISSOCIATION QUANTITIES
4446       PSI5 = CHI5*(PSI6+PSI7) - A6/A5*PSI8*(CHI6-PSI6-PSI3)
4447       PSI5 = PSI5/(A6/A5*(CHI6-PSI6-PSI3) + PSI6 + PSI7)
4448       PSI5 = MAX(PSI5, TINY)
4450       IF (W(3).GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN  ! First try 3rd order soln
4451          BB   =-(CHI4 + PSI6 + PSI5 + 1.d0/A4)
4452          CC   = CHI4*(PSI5+PSI6)
4453          DD   = BB*BB-4.d0*CC
4454          PSI4 =0.5d0*(-BB - SQRT(DD))
4455          PSI4 = MIN(PSI4,CHI4)
4456       ELSE
4457          PSI4 = TINY
4458       ENDIF
4460       IF (CHI1.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN     ! NA2SO4 DISSOLUTION
4461          AA = PSI7+PSI8
4462          BB = AA*AA
4463          CC =-A1/4.D0
4464          CALL POLY32p1 (AA, BB, CC, PSI1, ISLV)
4465          IF (ISLV.EQ.0) THEN
4466              PSI1 = MIN (PSI1, CHI1)
4467          ELSE
4468              PSI1 = ZERO
4469          ENDIF
4470       ENDIF
4472 !C *** CALCULATE SPECIATION ********************************************
4474       MOLAL (2) = PSI8 + PSI7 + 2.D0*PSI1                ! NAI
4475       MOLAL (3) = PSI4                                   ! NH4I
4476       MOLAL (4) = PSI6 + PSI7                            ! CLI
4477       MOLAL (5) = PSI2 + PSI1                            ! SO4I
4478       MOLAL (6) = ZERO
4479       MOLAL (7) = PSI5 + PSI8                            ! NO3I
4481       SMIN      = 2.d0*MOLAL(5)+MOLAL(7)+MOLAL(4)-MOLAL(2)-MOLAL(3)
4482       CALL CALCPH2p1 (SMIN, HI, OHI)
4483       MOLAL (1) = HI
4484 !C 
4485 !C *** CALCULATE GAS / SOLID SPECIES (LIQUID IN MOLAL ALREADY) *********
4487       GNH3      = MAX(CHI4 - PSI4, TINY)
4488       GHNO3     = MAX(CHI5 - PSI5, TINY)
4489       GHCL      = MAX(CHI6 - PSI6, TINY)
4491       CNH42S4   = ZERO
4492       CNH4NO3   = ZERO
4493       CNACL     = MAX(CHI7 - PSI7, ZERO)
4494       CNANO3    = MAX(CHI8 - PSI8, ZERO)
4495       CNA2SO4   = MAX(CHI1 - PSI1, ZERO) 
4496 !C      
4497 !C *** NH4Cl(s) calculations
4499       A3   = XK6 /(R*TEMP*R*TEMP)
4500       DELT = MIN(GNH3, GHCL)
4501       BB = -(GNH3+GHCL)
4502       CC = GNH3*GHCL-A3
4503       DD = BB*BB - 4.D0*CC
4504       PSI31 = 0.5D0*(-BB + SQRT(DD))
4505       PSI32 = 0.5D0*(-BB - SQRT(DD))
4506       IF (DELT-PSI31.GT.ZERO .AND. PSI31.GT.ZERO) THEN
4507          PSI3 = PSI31
4508       ELSEIF (DELT-PSI32.GT.ZERO .AND. PSI32.GT.ZERO) THEN
4509          PSI3 = PSI32
4510       ELSE
4511          PSI3 = ZERO
4512       ENDIF
4513 !C 
4514 !C *** CALCULATE GAS / SOLID SPECIES (LIQUID IN MOLAL ALREADY) *********
4516       GNH3    = MAX(GNH3 - PSI3, TINY)
4517       GHCL    = MAX(GHCL - PSI3, TINY)
4518       CNH4CL  = PSI3
4519 !C 
4520       CALL CALCMR2p1                           ! Water content
4522 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
4524       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
4525          CALL CALCACT2p1     
4526       ELSE
4527          GOTO 20
4528       ENDIF
4529 10    CONTINUE
4531 !C *** CALCULATE FUNCTION VALUE FOR OUTER LOOP ***************************
4533 20    FUNCH4A2p1 = MOLAL(3)*MOLAL(4)/GHCL/GNH3/A6/A4 - ONE
4535       RETURN
4537 !C *** END OF FUNCTION FUNCH4A *******************************************
4539       END
4541 !C=======================================================================
4543 !C *** ISORROPIA CODE
4544 !C *** SUBROUTINE CALCH3
4545 !C *** CASE H3
4547 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
4548 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; SODIUM RICH (SODRAT >= 2.0)
4549 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
4550 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : NH4CL, NA2SO4
4552 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
4553 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
4554 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
4555 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
4557 !C=======================================================================
4559       SUBROUTINE CALCH32p1
4560       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
4562       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,     &
4563                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,     &
4564                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,   &
4565                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,       &
4566                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6, &
4567                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
4569 !C *** REGIME DEPENDS ON THE EXISTANCE OF NITRATES ***********************
4571       IF (W(4).LE.TINY) THEN        ! NO3 NOT EXIST, WATER NOT POSSIBLE
4572          SCASE = 'H3'  
4573          CALL CALCH1A2p1
4574          SCASE = 'H3'  
4575          RETURN
4576       ENDIF
4578 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
4580       CALAOU = .TRUE.   
4581       CHI1   = W(2)                                ! CNA2SO4
4582       CHI2   = ZERO                                ! CNH42S4
4583       CHI3   = ZERO                                ! CNH4CL
4584       FRNA   = MAX (W(1)-2.D0*CHI1, ZERO)       
4585       CHI8   = MIN (FRNA, W(4))                    ! CNANO3
4586       CHI4   = W(3)                                ! NH3(g)
4587       CHI5   = MAX (W(4)-CHI8, ZERO)               ! HNO3(g)
4588       CHI7   = MIN (MAX(FRNA-CHI8, ZERO), W(5))    ! CNACL
4589       CHI6   = MAX (W(5)-CHI7, ZERO)               ! HCL(g)
4591       PSI6LO = TINY                  
4592       PSI6HI = CHI6-TINY    ! MIN(CHI6-TINY, CHI4)
4594 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
4596       X1 = PSI6LO
4597       Y1 = FUNCH3A2p1 (X1)
4598       IF (ABS(Y1).LE.EPS .OR. CHI6.LE.TINY) GOTO 50  
4600 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
4602       DX = (PSI6HI-PSI6LO)/FLOAT(NDIV)
4603       DO 10 I=1,NDIV
4604          X2 = X1+DX 
4605          Y2 = FUNCH3A2p1 (X2)
4606          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
4607          X1 = X2
4608          Y1 = Y2
4609 10    CONTINUE
4611 !C *** NO SUBDIVISION WITH SOLUTION; IF ABS(Y2)<EPS SOLUTION IS ASSUMED
4613       IF (ABS(Y2) .GT. EPS) Y2 = FUNCH3A2p1 (PSI6LO)
4614       GOTO 50
4616 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
4618 20    DO 30 I=1,MAXIT
4619          X3 = 0.5*(X1+X2)
4620          Y3 = FUNCH3A2p1 (X3)
4621          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
4622             Y2    = Y3
4623             X2    = X3
4624          ELSE
4625             Y1    = Y3
4626             X1    = X3
4627          ENDIF
4628          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
4629 30    CONTINUE
4630       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCH3')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
4632 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
4634 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
4635       Y3 = FUNCH3A2p1 (X3)
4636 !C 
4637 !C *** CALCULATE HSO4 SPECIATION AND RETURN *******************************
4639 50    CONTINUE
4640       IF (MOLAL(1).GT.TINY .AND. MOLAL(5).GT.TINY) THEN
4641          CALL CALCHS42p1 (MOLAL(1), MOLAL(5), ZERO, DELTA)
4642          MOLAL(1) = MOLAL(1) - DELTA                     ! H+   EFFECT
4643          MOLAL(5) = MOLAL(5) - DELTA                     ! SO4  EFFECT
4644          MOLAL(6) = DELTA                                ! HSO4 EFFECT
4645       ENDIF
4647       RETURN
4649 !C *** END OF SUBROUTINE CALCH3 ******************************************
4651       END
4656 !C=======================================================================
4658 !C *** ISORROPIA CODE
4659 !C *** SUBROUTINE FUNCH3A
4660 !C *** CASE H3
4662 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
4663 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; SODIUM RICH (SODRAT >= 2.0)
4664 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
4665 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : (NH4)2SO4, NH4CL, NA2SO4
4667 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
4668 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
4669 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
4670 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
4672 !C=======================================================================
4674       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCH3A2p1 (X)
4675       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
4677       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,     &
4678                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,     &
4679                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,   &
4680                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,       &
4681                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6, &
4682                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
4684 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
4686       PSI6   = X
4687       PSI1   = CHI1
4688       PSI2   = ZERO
4689       PSI3   = ZERO
4690       PSI7   = CHI7
4691       PSI8   = CHI8 
4692       FRST   = .TRUE.
4693       CALAIN = .TRUE. 
4695 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
4697       DO 10 I=1,NSWEEP
4699       A1  = XK5 *(WATER/GAMA(2))**3.0
4700       A4  = (XK2/XKW)*R*TEMP*(GAMA(10)/GAMA(5))**2.0
4701       A5  = XK4 *R*TEMP*(WATER/GAMA(10))**2.0
4702       A6  = XK3 *R*TEMP*(WATER/GAMA(11))**2.0
4703       A7  = XK8 *(WATER/GAMA(1))**2.0
4704       A8  = XK9 *(WATER/GAMA(3))**2.0
4705       A9  = XK1*WATER/GAMA(7)*(GAMA(8)/GAMA(7))**2.
4707 !C  CALCULATE DISSOCIATION QUANTITIES
4709       PSI5 = CHI5*(PSI6+PSI7) - A6/A5*PSI8*(CHI6-PSI6-PSI3)
4710       PSI5 = PSI5/(A6/A5*(CHI6-PSI6-PSI3) + PSI6 + PSI7)
4711       PSI5 = MAX(PSI5, TINY)
4713       IF (W(3).GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN  ! First try 3rd order soln
4714          BB   =-(CHI4 + PSI6 + PSI5 + 1.d0/A4)
4715          CC   = CHI4*(PSI5+PSI6)
4716          DD   = BB*BB-4.d0*CC
4717          PSI4 =0.5d0*(-BB - SQRT(DD))
4718          PSI4 = MIN(PSI4,CHI4)
4719       ELSE
4720          PSI4 = TINY
4721       ENDIF
4723       IF (CHI7.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN     ! NACL DISSOLUTION
4724          DIAK = (PSI8-PSI6)**2.D0 + 4.D0*A7
4725          PSI7 = 0.5D0*( -(PSI8+PSI6) + SQRT(DIAK) )
4726          PSI7 = MAX(MIN(PSI7, CHI7), ZERO)
4727       ENDIF
4729       IF (CHI1.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN     ! NA2SO4 DISSOLUTION
4730          AA = PSI7+PSI8
4731          BB = AA*AA
4732          CC =-A1/4.D0
4733          CALL POLY32p1 (AA, BB, CC, PSI1, ISLV)
4734          IF (ISLV.EQ.0) THEN
4735              PSI1 = MIN (PSI1, CHI1)
4736          ELSE
4737              PSI1 = ZERO
4738          ENDIF
4739       ENDIF
4741 !C *** CALCULATE SPECIATION ********************************************
4743       MOLAL (2) = PSI8 + PSI7 + 2.D0*PSI1             ! NAI
4744       MOLAL (3) = PSI4                                ! NH4I
4745       MOLAL (4) = PSI6 + PSI7                         ! CLI
4746       MOLAL (5) = PSI2 + PSI1                         ! SO4I
4747       MOLAL (6) = ZERO
4748       MOLAL (7) = PSI5 + PSI8                         ! NO3I
4750       SMIN      = 2.d0*MOLAL(5)+MOLAL(7)+MOLAL(4)-MOLAL(2)-MOLAL(3)
4751       CALL CALCPH2p1 (SMIN, HI, OHI)
4752       MOLAL (1) = HI
4753 !C 
4754 !C *** CALCULATE GAS / SOLID SPECIES (LIQUID IN MOLAL ALREADY) *********
4756       GNH3      = MAX(CHI4 - PSI4, TINY)
4757       GHNO3     = MAX(CHI5 - PSI5, TINY)
4758       GHCL      = MAX(CHI6 - PSI6, TINY)
4760       CNH42S4   = ZERO
4761       CNH4NO3   = ZERO
4762       CNACL     = MAX(CHI7 - PSI7, ZERO)
4763       CNANO3    = MAX(CHI8 - PSI8, ZERO)
4764       CNA2SO4   = MAX(CHI1 - PSI1, ZERO) 
4765 !C      
4766 !C *** NH4Cl(s) calculations
4768       A3   = XK6 /(R*TEMP*R*TEMP)
4769       DELT = MIN(GNH3, GHCL)
4770       BB = -(GNH3+GHCL)
4771       CC = GNH3*GHCL-A3
4772       DD = BB*BB - 4.D0*CC
4773       PSI31 = 0.5D0*(-BB + SQRT(DD))
4774       PSI32 = 0.5D0*(-BB - SQRT(DD))
4775       IF (DELT-PSI31.GT.ZERO .AND. PSI31.GT.ZERO) THEN
4776          PSI3 = PSI31
4777       ELSEIF (DELT-PSI32.GT.ZERO .AND. PSI32.GT.ZERO) THEN
4778          PSI3 = PSI32
4779       ELSE
4780          PSI3 = ZERO
4781       ENDIF
4782 !C 
4783 !C *** CALCULATE GAS / SOLID SPECIES (LIQUID IN MOLAL ALREADY) *********
4785       GNH3    = MAX(GNH3 - PSI3, TINY)
4786       GHCL    = MAX(GHCL - PSI3, TINY)
4787       CNH4CL  = PSI3
4789       CALL CALCMR2p1                                 ! Water content
4791 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
4793       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
4794          CALL CALCACT2p1     
4795       ELSE
4796          GOTO 20
4797       ENDIF
4798 10    CONTINUE
4800 !C *** CALCULATE FUNCTION VALUE FOR OUTER LOOP ***************************
4802 20    FUNCH3A2p1 = MOLAL(3)*MOLAL(4)/GHCL/GNH3/A6/A4 - ONE
4804       RETURN
4806 !C *** END OF FUNCTION FUNCH3A *******************************************
4808       END
4810 !C=======================================================================
4812 !C *** ISORROPIA CODE
4813 !C *** SUBROUTINE CALCH2
4814 !C *** CASE H2
4816 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
4817 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; SODIUM RICH (SODRAT >= 2.0)
4818 !C     2. SOLID & LIQUID AEROSOL POSSIBLE
4819 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : NH4Cl, NA2SO4, NANO3, NACL
4821 !C     THERE ARE THREE REGIMES IN THIS CASE:
4822 !C     1. NH4NO3(s) POSSIBLE. LIQUID & SOLID AEROSOL (SUBROUTINE CALCH2A)
4823 !C     2. NH4NO3(s) NOT POSSIBLE, AND RH < MDRH. SOLID AEROSOL ONLY 
4824 !C     3. NH4NO3(s) NOT POSSIBLE, AND RH >= MDRH. (MDRH REGION)
4826 !C     REGIMES 2. AND 3. ARE CONSIDERED TO BE THE SAME AS CASES H1A, H2B
4827 !C     RESPECTIVELY (BECAUSE MDRH POINTS COINCIDE).
4829 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
4830 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
4831 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
4832 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
4834 !C=======================================================================
4836       SUBROUTINE CALCH22p1
4837       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
4838       EXTERNAL CALCH1A2p1, CALCH32p1
4840 !C *** REGIME DEPENDS ON THE EXISTANCE OF NITRATES ***********************
4842       IF (W(4).GT.TINY) THEN        ! NO3 EXISTS, WATER POSSIBLE
4843          SCASE = 'H2 ; SUBCASE 1'  
4844          CALL CALCH2A2p1                                   
4845          SCASE = 'H2 ; SUBCASE 1'  
4846       ELSE                          ! NO3 NON EXISTANT, WATER NOT POSSIBLE
4847          SCASE = 'H2 ; SUBCASE 1'  
4848          CALL CALCH1A2p1
4849          SCASE = 'H2 ; SUBCASE 1'  
4850       ENDIF
4852       IF (WATER.LE.TINY .AND. RH.LT.DRMH2) THEN      ! DRY AEROSOL
4853          SCASE = 'H2 ; SUBCASE 2'  
4855       ELSEIF (WATER.LE.TINY .AND. RH.GE.DRMH2) THEN  ! MDRH OF H2
4856          SCASE = 'H2 ; SUBCASE 3'
4857          CALL CALCMDRH2p1 (RH, DRMH2, DRNANO3, CALCH1A2p1, CALCH32p1)
4858          SCASE = 'H2 ; SUBCASE 3'
4859       ENDIF
4860 !C 
4861       RETURN
4863 !C *** END OF SUBROUTINE CALCH2 ******************************************
4865       END
4870 !C=======================================================================
4872 !C *** ISORROPIA CODE
4873 !C *** SUBROUTINE CALCH2A
4874 !C *** CASE H2 ; SUBCASE 1
4876 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
4877 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; SODIUM RICH (SODRAT >= 2.0)
4878 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
4879 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : NH4CL, NA2SO4
4881 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
4882 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
4883 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
4884 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
4886 !C=======================================================================
4888       SUBROUTINE CALCH2A2p1
4889       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
4891       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,     &
4892                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,     &
4893                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,   &
4894                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,       &
4895                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6, &
4896                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
4898 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
4900       CALAOU = .TRUE.   
4901       CHI1   = W(2)                                ! CNA2SO4
4902       CHI2   = ZERO                                ! CNH42S4
4903       CHI3   = ZERO                                ! CNH4CL
4904       FRNA   = MAX (W(1)-2.D0*CHI1, ZERO)       
4905       CHI8   = MIN (FRNA, W(4))                    ! CNANO3
4906       CHI4   = W(3)                                ! NH3(g)
4907       CHI5   = MAX (W(4)-CHI8, ZERO)               ! HNO3(g)
4908       CHI7   = MIN (MAX(FRNA-CHI8, ZERO), W(5))    ! CNACL
4909       CHI6   = MAX (W(5)-CHI7, ZERO)               ! HCL(g)
4911       PSI6LO = TINY                  
4912       PSI6HI = CHI6-TINY    ! MIN(CHI6-TINY, CHI4)
4914 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
4916       X1 = PSI6LO
4917       Y1 = FUNCH2A2p1 (X1)
4918       IF (ABS(Y1).LE.EPS .OR. CHI6.LE.TINY) GOTO 50  
4920 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
4922       DX = (PSI6HI-PSI6LO)/FLOAT(NDIV)
4923       DO 10 I=1,NDIV
4924          X2 = X1+DX 
4925          Y2 = FUNCH2A2p1 (X2)
4926          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
4927          X1 = X2
4928          Y1 = Y2
4929 10    CONTINUE
4931 !C *** NO SUBDIVISION WITH SOLUTION; IF ABS(Y2)<EPS SOLUTION IS ASSUMED
4933       IF (Y2 .GT. EPS) Y2 = FUNCH2A2p1 (PSI6LO)
4934       GOTO 50
4936 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
4938 20    DO 30 I=1,MAXIT
4939          X3 = 0.5*(X1+X2)
4940          Y3 = FUNCH2A2p1 (X3)
4941          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
4942             Y2    = Y3
4943             X2    = X3
4944          ELSE
4945             Y1    = Y3
4946             X1    = X3
4947          ENDIF
4948          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
4949 30    CONTINUE
4950       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCH2A')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
4952 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
4954 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
4955       Y3 = FUNCH2A2p1 (X3)
4956 !C 
4957 !C *** CALCULATE HSO4 SPECIATION AND RETURN *******************************
4959 50    CONTINUE
4960       IF (MOLAL(1).GT.TINY .AND. MOLAL(5).GT.TINY) THEN
4961          CALL CALCHS42p1 (MOLAL(1), MOLAL(5), ZERO, DELTA)
4962          MOLAL(1) = MOLAL(1) - DELTA                    ! H+   EFFECT
4963          MOLAL(5) = MOLAL(5) - DELTA                    ! SO4  EFFECT
4964          MOLAL(6) = DELTA                               ! HSO4 EFFECT
4965       ENDIF
4967       RETURN
4969 !C *** END OF SUBROUTINE CALCH2A ******************************************
4971       END
4976 !C=======================================================================
4978 !C *** ISORROPIA CODE
4979 !C *** SUBROUTINE FUNCH2A
4980 !C *** CASE H2 ; SUBCASE 1
4982 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
4983 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; SODIUM RICH (SODRAT >= 2.0)
4984 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
4985 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : (NH4)2SO4, NH4CL, NA2SO4
4987 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
4988 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
4989 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
4990 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
4992 !C=======================================================================
4994       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCH2A2p1 (X)
4995       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
4997       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,     &
4998                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,     &
4999                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,   &
5000                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,       &
5001                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6, &
5002                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
5004 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
5006       PSI6   = X
5007       PSI1   = CHI1
5008       PSI2   = ZERO
5009       PSI3   = ZERO
5010       PSI7   = CHI7
5011       PSI8   = CHI8 
5012       FRST   = .TRUE.
5013       CALAIN = .TRUE. 
5015 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
5017       DO 10 I=1,NSWEEP
5019       A1  = XK5 *(WATER/GAMA(2))**3.0
5020       A4  = (XK2/XKW)*R*TEMP*(GAMA(10)/GAMA(5))**2.0
5021       A5  = XK4 *R*TEMP*(WATER/GAMA(10))**2.0
5022       A6  = XK3 *R*TEMP*(WATER/GAMA(11))**2.0
5023       A7  = XK8 *(WATER/GAMA(1))**2.0
5024       A8  = XK9 *(WATER/GAMA(3))**2.0
5025       A64 = (XK3*XK2/XKW)*(GAMA(10)/GAMA(5)/GAMA(11))**2.0
5026       A64 = A64*(R*TEMP*WATER)**2.0
5027       A9  = XK1*WATER/GAMA(7)*(GAMA(8)/GAMA(7))**2.
5029 !C  CALCULATE DISSOCIATION QUANTITIES
5031       PSI5 = CHI5*(PSI6+PSI7) - A6/A5*PSI8*(CHI6-PSI6-PSI3)
5032       PSI5 = PSI5/(A6/A5*(CHI6-PSI6-PSI3) + PSI6 + PSI7)
5033       PSI5 = MAX(PSI5, TINY)
5035       IF (W(3).GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN  ! First try 3rd order soln
5036          BB   =-(CHI4 + PSI6 + PSI5 + 1.d0/A4)
5037          CC   = CHI4*(PSI5+PSI6)
5038          DD   = BB*BB-4.d0*CC
5039          PSI4 =0.5d0*(-BB - SQRT(DD))
5040          PSI4 = MIN(PSI4,CHI4)
5041       ELSE
5042          PSI4 = TINY
5043       ENDIF
5045       IF (CHI7.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN     ! NACL DISSOLUTION
5046          DIAK = (PSI8-PSI6)**2.D0 + 4.D0*A7
5047          PSI7 = 0.5D0*( -(PSI8+PSI6) + SQRT(DIAK) )
5048          PSI7 = MAX(MIN(PSI7, CHI7), ZERO)
5049       ENDIF
5051       IF (CHI8.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN     ! NANO3 DISSOLUTION
5052          DIAK = (PSI7-PSI5)**2.D0 + 4.D0*A8
5053          PSI8 = 0.5D0*( -(PSI7+PSI5) + SQRT(DIAK) )
5054          PSI8 = MAX(MIN(PSI8, CHI8), ZERO)
5055       ENDIF
5057       IF (CHI1.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN     ! NA2SO4 DISSOLUTION
5058          AA = PSI7+PSI8
5059          BB = AA*AA
5060          CC =-A1/4.D0
5061          CALL POLY32p1 (AA, BB, CC, PSI1, ISLV)
5062          IF (ISLV.EQ.0) THEN
5063              PSI1 = MIN (PSI1, CHI1)
5064          ELSE
5065              PSI1 = ZERO
5066          ENDIF
5067       ENDIF
5069 !C *** CALCULATE SPECIATION ********************************************
5071       MOLAL (2) = PSI8 + PSI7 + 2.D0*PSI1                 ! NAI
5072       MOLAL (3) = PSI4                                    ! NH4I
5073       MOLAL (4) = PSI6 + PSI7                             ! CLI
5074       MOLAL (5) = PSI2 + PSI1                             ! SO4I
5075       MOLAL (6) = ZERO                                    ! HSO4I
5076       MOLAL (7) = PSI5 + PSI8                             ! NO3I
5078       SMIN      = 2.d0*MOLAL(5)+MOLAL(7)+MOLAL(4)-MOLAL(2)-MOLAL(3)
5079       CALL CALCPH2p1 (SMIN, HI, OHI)
5080       MOLAL (1) = HI
5081 !C 
5082       GNH3      = MAX(CHI4 - PSI4, TINY)
5083       GHNO3     = MAX(CHI5 - PSI5, TINY)
5084       GHCL      = MAX(CHI6 - PSI6, TINY)
5086       CNH42S4   = ZERO
5087       CNH4NO3   = ZERO
5088       CNACL     = MAX(CHI7 - PSI7, ZERO)
5089       CNANO3    = MAX(CHI8 - PSI8, ZERO)
5090       CNA2SO4   = MAX(CHI1 - PSI1, ZERO) 
5091 !C      
5092 !C *** NH4Cl(s) calculations
5094       A3   = XK6 /(R*TEMP*R*TEMP)
5095       DELT = MIN(GNH3, GHCL)
5096       BB = -(GNH3+GHCL)
5097       CC = GNH3*GHCL-A3
5098       DD = BB*BB - 4.D0*CC
5099       PSI31 = 0.5D0*(-BB + SQRT(DD))
5100       PSI32 = 0.5D0*(-BB - SQRT(DD))
5101       IF (DELT-PSI31.GT.ZERO .AND. PSI31.GT.ZERO) THEN
5102          PSI3 = PSI31
5103       ELSEIF (DELT-PSI32.GT.ZERO .AND. PSI32.GT.ZERO) THEN
5104          PSI3 = PSI32
5105       ELSE
5106          PSI3 = ZERO
5107       ENDIF
5108 !C 
5109 !C *** CALCULATE GAS / SOLID SPECIES (LIQUID IN MOLAL ALREADY) *********
5111       GNH3    = MAX(GNH3 - PSI3, TINY)
5112       GHCL    = MAX(GHCL - PSI3, TINY)
5113       CNH4CL  = PSI3
5115       CALL CALCMR2p1                        ! Water content
5117 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
5119       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
5120          CALL CALCACT2p1     
5121       ELSE
5122          GOTO 20
5123       ENDIF
5124 10    CONTINUE
5126 !C *** CALCULATE FUNCTION VALUE FOR OUTER LOOP ***************************
5128 20    FUNCH2A2p1 = MOLAL(3)*MOLAL(4)/GHCL/GNH3/A64 - ONE
5130       RETURN
5132 !C *** END OF FUNCTION FUNCH2A *******************************************
5134       END
5137 !C=======================================================================
5139 !C *** ISORROPIA CODE
5140 !C *** SUBROUTINE CALCH1
5141 !C *** CASE H1
5143 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
5144 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; SODIUM RICH (SODRAT >= 2.0)
5145 !C     2. SOLID AEROSOL ONLY
5146 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : NH4NO3, NH4CL, NA2SO4
5148 !C     THERE ARE TWO POSSIBLE REGIMES HERE, DEPENDING ON RELATIVE HUMIDITY:
5149 !C     1. WHEN RH >= MDRH ; LIQUID PHASE POSSIBLE (MDRH REGION)
5150 !C     2. WHEN RH < MDRH  ; ONLY SOLID PHASE POSSIBLE (SUBROUTINE CALCH1A)
5152 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
5153 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
5154 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
5155 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
5157 !C=======================================================================
5159       SUBROUTINE CALCH12p1
5160       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
5161       EXTERNAL CALCH1A2p1, CALCH2A2p1
5163 !C *** REGIME DEPENDS UPON THE AMBIENT RELATIVE HUMIDITY *****************
5165       IF (RH.LT.DRMH1) THEN    
5166          SCASE = 'H1 ; SUBCASE 1'  
5167          CALL CALCH1A2p1              ! SOLID PHASE ONLY POSSIBLE
5168          SCASE = 'H1 ; SUBCASE 1'
5169       ELSE
5170          SCASE = 'H1 ; SUBCASE 2'  ! LIQUID & SOLID PHASE POSSIBLE
5171          CALL CALCMDRH2p1 (RH, DRMH1, DRNH4NO3, CALCH1A2p1, CALCH2A2p1)
5172          SCASE = 'H1 ; SUBCASE 2'
5173       ENDIF
5174 !C 
5175       RETURN
5177 !C *** END OF SUBROUTINE CALCH1 ******************************************
5179       END
5182 !C=======================================================================
5184 !C *** ISORROPIA CODE
5185 !C *** SUBROUTINE CALCH1A
5186 !C *** CASE H1 ; SUBCASE 1
5188 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
5189 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; SODIUM RICH (SODRAT >= 2.0)
5190 !C     2. SOLID AEROSOL ONLY
5191 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : NH4NO3, NH4CL, NANO3, NA2SO4
5193 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
5194 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
5195 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
5196 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
5198 !C=======================================================================
5200       SUBROUTINE CALCH1A2p1
5201       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
5202       DOUBLE PRECISION LAMDA, LAMDA1, LAMDA2, KAPA, KAPA1, KAPA2, NAFR, &
5203                        NO3FR
5205 !C *** CALCULATE NON VOLATILE SOLIDS ***********************************
5207       CNA2SO4 = W(2)
5208       CNH42S4 = ZERO
5209       NAFR    = MAX (W(1)-2*CNA2SO4, ZERO)
5210       CNANO3  = MIN (NAFR, W(4))
5211       NO3FR   = MAX (W(4)-CNANO3, ZERO)
5212       CNACL   = MIN (MAX(NAFR-CNANO3, ZERO), W(5))
5213       CLFR    = MAX (W(5)-CNACL, ZERO)
5215 !C *** CALCULATE VOLATILE SPECIES **************************************
5217       ALF     = W(3)                     ! FREE NH3
5218       BET     = CLFR                     ! FREE CL
5219       GAM     = NO3FR                    ! FREE NO3
5221       RTSQ    = R*TEMP*R*TEMP
5222       A1      = XK6/RTSQ
5223       A2      = XK10/RTSQ
5225       THETA1  = GAM - BET*(A2/A1)
5226       THETA2  = A2/A1
5228 !C QUADRATIC EQUATION SOLUTION
5230       BB      = (THETA1-ALF-BET*(ONE+THETA2))/(ONE+THETA2)
5231       CC      = (ALF*BET-A1-BET*THETA1)/(ONE+THETA2)
5232       DD      = BB*BB - 4.0D0*CC
5233       IF (DD.LT.ZERO) GOTO 100   ! Solve each reaction seperately
5235 !C TWO ROOTS FOR KAPA, CHECK AND SEE IF ANY VALID
5237       SQDD    = SQRT(DD)
5238       KAPA1   = 0.5D0*(-BB+SQDD)
5239       KAPA2   = 0.5D0*(-BB-SQDD)
5240       LAMDA1  = THETA1 + THETA2*KAPA1
5241       LAMDA2  = THETA1 + THETA2*KAPA2
5243       IF (KAPA1.GE.ZERO .AND. LAMDA1.GE.ZERO) THEN
5244          IF (ALF-KAPA1-LAMDA1.GE.ZERO .AND. &
5245              BET-KAPA1.GE.ZERO .AND. GAM-LAMDA1.GE.ZERO) THEN
5246              KAPA = KAPA1
5247              LAMDA= LAMDA1
5248              GOTO 200
5249          ENDIF
5250       ENDIF
5252       IF (KAPA2.GE.ZERO .AND. LAMDA2.GE.ZERO) THEN
5253          IF (ALF-KAPA2-LAMDA2.GE.ZERO .AND.  &
5254              BET-KAPA2.GE.ZERO .AND. GAM-LAMDA2.GE.ZERO) THEN
5255              KAPA = KAPA2
5256              LAMDA= LAMDA2
5257              GOTO 200
5258          ENDIF
5259       ENDIF
5261 !C SEPERATE SOLUTION OF NH4CL & NH4NO3 EQUILIBRIA 
5262 !C 
5263 100   KAPA  = ZERO
5264       LAMDA = ZERO
5265       DD1   = (ALF+BET)*(ALF+BET) - 4.0D0*(ALF*BET-A1)
5266       DD2   = (ALF+GAM)*(ALF+GAM) - 4.0D0*(ALF*GAM-A2)
5268 !C NH4CL EQUILIBRIUM
5270       IF (DD1.GE.ZERO) THEN
5271          SQDD1 = SQRT(DD1)
5272          KAPA1 = 0.5D0*(ALF+BET + SQDD1)
5273          KAPA2 = 0.5D0*(ALF+BET - SQDD1)
5275          IF (KAPA1.GE.ZERO .AND. KAPA1.LE.MIN(ALF,BET)) THEN
5276             KAPA = KAPA1 
5277          ELSE IF (KAPA2.GE.ZERO .AND. KAPA2.LE.MIN(ALF,BET)) THEN
5278             KAPA = KAPA2
5279          ELSE
5280             KAPA = ZERO
5281          ENDIF
5282       ENDIF
5284 !C NH4NO3 EQUILIBRIUM
5286       IF (DD2.GE.ZERO) THEN
5287          SQDD2 = SQRT(DD2)
5288          LAMDA1= 0.5D0*(ALF+GAM + SQDD2)
5289          LAMDA2= 0.5D0*(ALF+GAM - SQDD2)
5291          IF (LAMDA1.GE.ZERO .AND. LAMDA1.LE.MIN(ALF,GAM)) THEN
5292             LAMDA = LAMDA1 
5293          ELSE IF (LAMDA2.GE.ZERO .AND. LAMDA2.LE.MIN(ALF,GAM)) THEN
5294             LAMDA = LAMDA2
5295          ELSE
5296             LAMDA = ZERO
5297          ENDIF
5298       ENDIF
5300 !C IF BOTH KAPA, LAMDA ARE > 0, THEN APPLY EXISTANCE CRITERION
5302       IF (KAPA.GT.ZERO .AND. LAMDA.GT.ZERO) THEN
5303          IF (BET .LT. LAMDA/THETA1) THEN
5304             KAPA = ZERO
5305          ELSE
5306             LAMDA= ZERO
5307          ENDIF
5308       ENDIF
5310 !C *** CALCULATE COMPOSITION OF VOLATILE SPECIES ***********************
5312 200   CONTINUE
5313       CNH4NO3 = LAMDA
5314       CNH4CL  = KAPA
5316       GNH3    = ALF - KAPA - LAMDA
5317       GHNO3   = GAM - LAMDA
5318       GHCL    = BET - KAPA
5320       RETURN
5322 !C *** END OF SUBROUTINE CALCH1A *****************************************
5324       END
5325 !C=======================================================================
5327 !C *** ISORROPIA CODE
5328 !C *** SUBROUTINE CALCI6
5329 !C *** CASE I6
5331 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
5332 !C     1. SULFATE RICH, NO FREE ACID (1.0 <= SULRAT < 2.0)
5333 !C     2. SOLID & LIQUID AEROSOL POSSIBLE
5334 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : (NH4)2SO4, NA2SO4
5336 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
5337 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
5338 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
5339 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
5341 !C=======================================================================
5343       SUBROUTINE CALCI62p1
5344       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
5346       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,     &
5347                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,     &
5348                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,   &
5349                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,       &
5350                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6, &
5351                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
5353 !C *** FIND DRY COMPOSITION **********************************************
5355       CALL CALCI1A2p1
5357 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
5359       CHI1 = CNH4HS4               ! Save from CALCI1 run
5360       CHI2 = CLC    
5361       CHI3 = CNAHSO4
5362       CHI4 = CNA2SO4
5363       CHI5 = CNH42S4
5365       PSI1 = CNH4HS4               ! ASSIGN INITIAL PSI's
5366       PSI2 = CLC   
5367       PSI3 = CNAHSO4
5368       PSI4 = CNA2SO4
5369       PSI5 = CNH42S4
5371       CALAOU = .TRUE.              ! Outer loop activity calculation flag
5372       FRST   = .TRUE.
5373       CALAIN = .TRUE.
5375 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
5377       DO 10 I=1,NSWEEP
5379       A6 = XK1 *WATER/GAMA(7)*(GAMA(8)/GAMA(7))**2.
5381 !C  CALCULATE DISSOCIATION QUANTITIES
5383       BB   = PSI2 + PSI4 + PSI5 + A6                    ! PSI6
5384       CC   =-A6*(PSI2 + PSI3 + PSI1)
5385       DD   = BB*BB - 4.D0*CC
5386       PSI6 = 0.5D0*(-BB + SQRT(DD))
5388 !C *** CALCULATE SPECIATION ********************************************
5390       MOLAL (1) = PSI6                                    ! HI
5391       MOLAL (2) = 2.D0*PSI4 + PSI3                        ! NAI
5392       MOLAL (3) = 3.D0*PSI2 + 2.D0*PSI5 + PSI1            ! NH4I
5393       MOLAL (5) = PSI2 + PSI4 + PSI5 + PSI6               ! SO4I
5394       MOLAL (6) = PSI2 + PSI3 + PSI1 - PSI6               ! HSO4I
5395       CLC       = ZERO
5396       CNAHSO4   = ZERO
5397       CNA2SO4   = CHI4 - PSI4
5398       CNH42S4   = ZERO
5399       CNH4HS4   = ZERO
5400       CALL CALCMR2p1                                         ! Water content
5402 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
5404       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
5405          CALL CALCACT2p1     
5406       ELSE
5407          GOTO 20
5408       ENDIF
5409 10    CONTINUE
5410 !C 
5411 20    RETURN
5413 !C *** END OF SUBROUTINE CALCI6 *****************************************
5415       END
5417 !C=======================================================================
5419 !C *** ISORROPIA CODE
5420 !C *** SUBROUTINE CALCI5
5421 !C *** CASE I5
5423 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
5424 !C     1. SULFATE RICH, NO FREE ACID (1.0 <= SULRAT < 2.0)
5425 !C     2. SOLID & LIQUID AEROSOL POSSIBLE
5426 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : (NH4)2SO4, NA2SO4
5428 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
5429 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
5430 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
5431 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
5433 !C=======================================================================
5435       SUBROUTINE CALCI52p1
5436       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
5438       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,     &
5439                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,     &
5440                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,   &
5441                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,       &
5442                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6, &
5443                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
5445 !C *** FIND DRY COMPOSITION **********************************************
5447       CALL CALCI1A2p1
5449 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
5451       CHI1 = CNH4HS4               ! Save from CALCI1 run
5452       CHI2 = CLC    
5453       CHI3 = CNAHSO4
5454       CHI4 = CNA2SO4
5455       CHI5 = CNH42S4
5457       PSI1 = CNH4HS4               ! ASSIGN INITIAL PSI's
5458       PSI2 = CLC   
5459       PSI3 = CNAHSO4
5460       PSI4 = ZERO
5461       PSI5 = CNH42S4
5463       CALAOU =.TRUE.               ! Outer loop activity calculation flag
5464       PSI4LO = ZERO                ! Low  limit
5465       PSI4HI = CHI4                ! High limit
5466 !C    
5467 !C *** IF NA2SO4(S) =0, CALL FUNCI5B FOR Y4=0 ***************************
5469       IF (CHI4.LE.TINY) THEN
5470          Y1 = FUNCI5A2p1 (ZERO)
5471          GOTO 50
5472       ENDIF
5474 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
5476       X1 = PSI4HI
5477       Y1 = FUNCI5A2p1 (X1)
5478       YHI= Y1                      ! Save Y-value at HI position
5480 !C *** YHI < 0.0 THE SOLUTION IS ALWAYS UNDERSATURATED WITH NA2SO4 **
5482       IF (ABS(Y1).LE.EPS .OR. YHI.LT.ZERO) GOTO 50
5484 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
5486       DX = (PSI4HI-PSI4LO)/FLOAT(NDIV)
5487       DO 10 I=1,NDIV
5488          X2 = X1-DX
5489          Y2 = FUNCI5A2p1 (X2)
5490          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
5491          X1 = X2
5492          Y1 = Y2
5493 10    CONTINUE
5495 !C *** { YLO, YHI } > 0.0 THE SOLUTION IS ALWAYS SUPERSATURATED WITH NH4CL  
5497       YLO= Y1                      ! Save Y-value at Hi position
5498       IF (YLO.GT.ZERO .AND. YHI.GT.ZERO) THEN
5499          Y3 = FUNCI5A2p1 (ZERO)
5500          GOTO 50
5501       ELSE IF (ABS(Y2) .LT. EPS) THEN   ! X2 IS A SOLUTION 
5502          GOTO 50
5503       ELSE
5504          CALL PUSHERR2p1 (0001, 'CALCI5')    ! WARNING ERROR: NO SOLUTION
5505          GOTO 50
5506       ENDIF
5508 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
5510 20    DO 30 I=1,MAXIT
5511          X3 = 0.5*(X1+X2)
5512          Y3 = FUNCI5A2p1 (X3)
5513          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
5514             Y2    = Y3
5515             X2    = X3
5516          ELSE
5517             Y1    = Y3
5518             X1    = X3
5519          ENDIF
5520          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
5521 30    CONTINUE
5522       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCI5')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
5524 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
5526 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
5527       Y3 = FUNCI5A2p1 (X3)
5528 !C 
5529 50    RETURN
5531 !C *** END OF SUBROUTINE CALCI5 *****************************************
5533       END
5538 !C=======================================================================
5540 !C *** ISORROPIA CODE
5541 !C *** SUBROUTINE FUNCI5A
5542 !C *** CASE I5
5544 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
5545 !C     1. SULFATE RICH, NO FREE ACID (1.0 <= SULRAT < 2.0)
5546 !C     2. SOLID & LIQUID AEROSOL POSSIBLE
5547 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : NA2SO4
5549 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
5550 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
5551 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
5552 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
5554 !C=======================================================================
5556       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCI5A2p1 (P4)
5557       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
5559       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,     &
5560                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,     &
5561                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,   &
5562                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,       &
5563                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6, &
5564                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
5566 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
5568       PSI4   = P4     ! PSI3 already assigned in FUNCI5A
5569       FRST   = .TRUE.
5570       CALAIN = .TRUE.
5572 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
5574       DO 10 I=1,NSWEEP
5576       A4 = XK5 *(WATER/GAMA(2))**3.0
5577       A5 = XK7 *(WATER/GAMA(4))**3.0
5578       A6 = XK1 *WATER/GAMA(7)*(GAMA(8)/GAMA(7))**2.
5580 !C  CALCULATE DISSOCIATION QUANTITIES
5582       BB   = PSI2 + PSI4 + PSI5 + A6                    ! PSI6
5583       CC   =-A6*(PSI2 + PSI3 + PSI1)
5584       DD   = BB*BB - 4.D0*CC
5585       PSI6 = 0.5D0*(-BB + SQRT(DD))
5587 !C *** CALCULATE SPECIATION ********************************************
5589       MOLAL (1) = PSI6                            ! HI
5590       MOLAL (2) = 2.D0*PSI4 + PSI3                ! NAI
5591       MOLAL (3) = 3.D0*PSI2 + 2.D0*PSI5 + PSI1    ! NH4I
5592       MOLAL (5) = PSI2 + PSI4 + PSI5 + PSI6       ! SO4I
5593       MOLAL (6) = PSI2 + PSI3 + PSI1 - PSI6       ! HSO4I
5594       CLC       = ZERO
5595       CNAHSO4   = ZERO
5596       CNA2SO4   = CHI4 - PSI4
5597       CNH42S4   = ZERO
5598       CNH4HS4   = ZERO
5599       CALL CALCMR2p1                                 ! Water content
5601 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
5603       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
5604          CALL CALCACT2p1     
5605       ELSE
5606          GOTO 20
5607       ENDIF
5608 10    CONTINUE
5610 !C *** CALCULATE OBJECTIVE FUNCTION ************************************
5612 20    A4     = XK5 *(WATER/GAMA(2))**3.0    
5613       FUNCI5A2p1= MOLAL(5)*MOLAL(2)*MOLAL(2)/A4 - ONE
5614       RETURN
5616 !C *** END OF FUNCTION FUNCI5A ********************************************
5618       END
5619 !C=======================================================================
5621 !C *** ISORROPIA CODE
5622 !C *** SUBROUTINE CALCI4
5623 !C *** CASE I4
5625 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
5626 !C     1. SULFATE RICH, NO FREE ACID (1.0 <= SULRAT < 2.0)
5627 !C     2. SOLID & LIQUID AEROSOL POSSIBLE
5628 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : (NH4)2SO4, NA2SO4
5630 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
5631 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
5632 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
5633 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
5635 !C=======================================================================
5637       SUBROUTINE CALCI42p1
5638       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
5640       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,     &
5641                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,     &
5642                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,   &
5643                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,       &
5644                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6, &
5645                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
5647 !C *** FIND DRY COMPOSITION **********************************************
5649       CALL CALCI1A2p1
5651 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
5653       CHI1 = CNH4HS4               ! Save from CALCI1 run
5654       CHI2 = CLC    
5655       CHI3 = CNAHSO4
5656       CHI4 = CNA2SO4
5657       CHI5 = CNH42S4
5659       PSI1 = CNH4HS4               ! ASSIGN INITIAL PSI's
5660       PSI2 = CLC   
5661       PSI3 = CNAHSO4
5662       PSI4 = ZERO  
5663       PSI5 = ZERO
5665       CALAOU = .TRUE.              ! Outer loop activity calculation flag
5666       PSI4LO = ZERO                ! Low  limit
5667       PSI4HI = CHI4                ! High limit
5668 !C    
5669 !C *** IF NA2SO4(S) =0, CALL FUNCI4B FOR Y4=0 ***************************
5671       IF (CHI4.LE.TINY) THEN
5672          Y1 = FUNCI4A2p1 (ZERO)
5673          GOTO 50
5674       ENDIF
5676 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
5678       X1 = PSI4HI
5679       Y1 = FUNCI4A2p1 (X1)
5680       YHI= Y1                      ! Save Y-value at HI position
5682 !C *** YHI < 0.0 THE SOLUTION IS ALWAYS UNDERSATURATED WITH NA2SO4 **
5684       IF (ABS(Y1).LE.EPS .OR. YHI.LT.ZERO) GOTO 50
5686 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
5688       DX = (PSI4HI-PSI4LO)/FLOAT(NDIV)
5689       DO 10 I=1,NDIV
5690          X2 = X1-DX
5691          Y2 = FUNCI4A2p1 (X2)
5692          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
5693          X1 = X2
5694          Y1 = Y2
5695 10    CONTINUE
5697 !C *** { YLO, YHI } > 0.0 THE SOLUTION IS ALWAYS SUPERSATURATED WITH NH4CL  
5699       YLO= Y1                      ! Save Y-value at Hi position
5700       IF (YLO.GT.ZERO .AND. YHI.GT.ZERO) THEN
5701          Y3 = FUNCI4A2p1 (ZERO)
5702          GOTO 50
5703       ELSE IF (ABS(Y2) .LT. EPS) THEN   ! X2 IS A SOLUTION 
5704          GOTO 50
5705       ELSE
5706          CALL PUSHERR2p1 (0001, 'CALCI4')    ! WARNING ERROR: NO SOLUTION
5707          GOTO 50
5708       ENDIF
5710 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
5712 20    DO 30 I=1,MAXIT
5713          X3 = 0.5*(X1+X2)
5714          Y3 = FUNCI4A2p1 (X3)
5715          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
5716             Y2    = Y3
5717             X2    = X3
5718          ELSE
5719             Y1    = Y3
5720             X1    = X3
5721          ENDIF
5722          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
5723 30    CONTINUE
5724       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCI4')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
5726 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
5728 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
5729       Y3 = FUNCI4A2p1 (X3)
5731 50    RETURN
5733 !C *** END OF SUBROUTINE CALCI4 *****************************************
5735       END
5740 !C=======================================================================
5742 !C *** ISORROPIA CODE
5743 !C *** SUBROUTINE FUNCI4A
5744 !C *** CASE I4
5746 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
5747 !C     1. SULFATE RICH, NO FREE ACID (1.0 <= SULRAT < 2.0)
5748 !C     2. SOLID & LIQUID AEROSOL POSSIBLE
5749 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : (NH4)2SO4, NA2SO4
5751 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
5752 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
5753 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
5754 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
5756 !C=======================================================================
5758       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCI4A2p1 (P4)
5759       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
5761       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,     &
5762                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,     &
5763                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,   &
5764                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,       &
5765                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6, &
5766                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
5768 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
5770       PSI4   = P4     ! PSI3 already assigned in FUNCI4A
5771       FRST   = .TRUE.
5772       CALAIN = .TRUE.
5774 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
5776       DO 10 I=1,NSWEEP
5778       A4 = XK5 *(WATER/GAMA(2))**3.0
5779       A5 = XK7 *(WATER/GAMA(4))**3.0
5780       A6 = XK1 *WATER/GAMA(7)*(GAMA(8)/GAMA(7))**2.
5781       A7 = SQRT(A4/A5)
5783 !C  CALCULATE DISSOCIATION QUANTITIES
5785       BB   = PSI2 + PSI4 + PSI5 + A6                    ! PSI6
5786       CC   =-A6*(PSI2 + PSI3 + PSI1)
5787       DD   = BB*BB - 4.D0*CC
5788       PSI6 = 0.5D0*(-BB + SQRT(DD))
5790       PSI5 = (PSI3 + 2.D0*PSI4 - A7*(3.D0*PSI2 + PSI1))/2.D0/A7 
5791       PSI5 = MAX (MIN (PSI5, CHI5), ZERO)
5793 !C *** CALCULATE SPECIATION ********************************************
5795       MOLAL (1) = PSI6                            ! HI
5796       MOLAL (2) = 2.D0*PSI4 + PSI3                ! NAI
5797       MOLAL (3) = 3.D0*PSI2 + 2.D0*PSI5 + PSI1    ! NH4I
5798       MOLAL (5) = PSI2 + PSI4 + PSI5 + PSI6       ! SO4I
5799       MOLAL (6) = PSI2 + PSI3 + PSI1 - PSI6       ! HSO4I
5800       CLC       = ZERO
5801       CNAHSO4   = ZERO
5802       CNA2SO4   = CHI4 - PSI4
5803       CNH42S4   = CHI5 - PSI5
5804       CNH4HS4   = ZERO
5805       CALL CALCMR2p1                                 ! Water content
5807 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
5809       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
5810          CALL CALCACT2p1     
5811       ELSE
5812          GOTO 20
5813       ENDIF
5814 10    CONTINUE
5816 !C *** CALCULATE OBJECTIVE FUNCTION ************************************
5818 20    A4     = XK5 *(WATER/GAMA(2))**3.0    
5819       FUNCI4A2p1= MOLAL(5)*MOLAL(2)*MOLAL(2)/A4 - ONE
5820       RETURN
5822 !C *** END OF FUNCTION FUNCI4A ********************************************
5824       END
5825 !C=======================================================================
5827 !C *** ISORROPIA CODE
5828 !C *** SUBROUTINE CALCI3
5829 !C *** CASE I3
5831 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
5832 !C     1. SULFATE RICH, NO FREE ACID (1.0 <= SULRAT < 2.0)
5833 !C     2. SOLID & LIQUID AEROSOL POSSIBLE
5834 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : (NH4)2SO4, NA2SO4, NAHSO4, LC
5836 !C     THERE ARE THREE REGIMES IN THIS CASE:
5837 !C     1.(NA,NH4)HSO4(s) POSSIBLE. LIQUID & SOLID AEROSOL (SUBROUTINE CALCI3A)
5838 !C     2.(NA,NH4)HSO4(s) NOT POSSIBLE, AND RH < MDRH. SOLID AEROSOL ONLY 
5839 !C     3.(NA,NH4)HSO4(s) NOT POSSIBLE, AND RH >= MDRH. SOLID & LIQUID AEROSOL 
5841 !C     REGIMES 2. AND 3. ARE CONSIDERED TO BE THE SAME AS CASES I1A, I2B
5842 !C     RESPECTIVELY
5844 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
5845 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
5846 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
5847 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
5849 !C=======================================================================
5851       SUBROUTINE CALCI32p1
5852       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
5853       EXTERNAL CALCI1A2p1, CALCI42p1
5855 !C *** FIND DRY COMPOSITION **********************************************
5857       CALL CALCI1A2p1
5859 !C *** REGIME DEPENDS UPON THE POSSIBLE SOLIDS & RH **********************
5861       IF (CNH4HS4.GT.TINY .OR. CNAHSO4.GT.TINY) THEN
5862          SCASE = 'I3 ; SUBCASE 1'  
5863          CALL CALCI3A2p1                     ! FULL SOLUTION
5864          SCASE = 'I3 ; SUBCASE 1'  
5865       ENDIF
5867       IF (WATER.LE.TINY) THEN
5868          IF (RH.LT.DRMI3) THEN         ! SOLID SOLUTION
5869             WATER = TINY
5870             DO 10 I=1,NIONS
5871                MOLAL(I) = ZERO
5872 10          CONTINUE
5873             CALL CALCI1A2p1
5874             SCASE = 'I3 ; SUBCASE 2'  
5876          ELSEIF (RH.GE.DRMI3) THEN     ! MDRH OF I3
5877             SCASE = 'I3 ; SUBCASE 3'
5878             CALL CALCMDRH2p1 (RH, DRMI3, DRLC, CALCI1A2p1, CALCI42p1)
5879             SCASE = 'I3 ; SUBCASE 3'
5880          ENDIF
5881       ENDIF
5882 !C 
5883       RETURN
5885 !C *** END OF SUBROUTINE CALCI3 ******************************************
5887       END
5891 !C=======================================================================
5893 !C *** ISORROPIA CODE
5894 !C *** SUBROUTINE CALCI3A
5895 !C *** CASE I3 ; SUBCASE 1
5897 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
5898 !C     1. SULFATE RICH, NO FREE ACID (1.0 <= SULRAT < 2.0)
5899 !C     2. SOLID & LIQUID AEROSOL POSSIBLE
5900 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : (NH4)2SO4, NA2SO4, LC
5902 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
5903 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
5904 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
5905 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
5907 !C=======================================================================
5909       SUBROUTINE CALCI3A2p1
5910       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
5912       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,     &
5913                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,     &
5914                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,   &
5915                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,       &
5916                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6, &
5917                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
5919 !C *** FIND DRY COMPOSITION **********************************************
5921       CALL CALCI1A2p1         ! Needed when called from CALCMDRH
5923 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
5925       CHI1 = CNH4HS4               ! Save from CALCI1 run
5926       CHI2 = CLC    
5927       CHI3 = CNAHSO4
5928       CHI4 = CNA2SO4
5929       CHI5 = CNH42S4
5931       PSI1 = CNH4HS4               ! ASSIGN INITIAL PSI's
5932       PSI2 = ZERO   
5933       PSI3 = CNAHSO4
5934       PSI4 = ZERO  
5935       PSI5 = ZERO
5937       CALAOU = .TRUE.              ! Outer loop activity calculation flag
5938       PSI2LO = ZERO                ! Low  limit
5939       PSI2HI = CHI2                ! High limit
5941 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
5943       X1 = PSI2HI
5944       Y1 = FUNCI3A2p1 (X1)
5945       YHI= Y1                      ! Save Y-value at HI position
5947 !C *** YHI < 0.0 THE SOLUTION IS ALWAYS UNDERSATURATED WITH LC *********
5949       IF (YHI.LT.EPS) GOTO 50
5951 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
5953       DX = (PSI2HI-PSI2LO)/FLOAT(NDIV)
5954       DO 10 I=1,NDIV
5955          X2 = MAX(X1-DX, PSI2LO)
5956          Y2 = FUNCI3A2p1 (X2)
5957          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
5958          X1 = X2
5959          Y1 = Y2
5960 10    CONTINUE
5962 !C *** { YLO, YHI } > 0.0 THE SOLUTION IS ALWAYS SUPERSATURATED WITH LC  
5964       IF (Y2.GT.EPS) Y2 = FUNCI3A2p1 (ZERO)
5965       GOTO 50
5967 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
5969 20    DO 30 I=1,MAXIT
5970          X3 = 0.5*(X1+X2)
5971          Y3 = FUNCI3A2p1 (X3)
5972          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
5973             Y2    = Y3
5974             X2    = X3
5975          ELSE
5976             Y1    = Y3
5977             X1    = X3
5978          ENDIF
5979          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
5980 30    CONTINUE
5981       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCI3A')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
5983 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
5985 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
5986       Y3 = FUNCI3A2p1 (X3)
5987 !C 
5988 50    RETURN
5990 !C *** END OF SUBROUTINE CALCI3A *****************************************
5992       END
5994 !C=======================================================================
5996 !C *** ISORROPIA CODE
5997 !C *** SUBROUTINE FUNCI3A
5998 !C *** CASE I3 ; SUBCASE 1
6000 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
6001 !C     1. SULFATE RICH, NO FREE ACID (1.0 <= SULRAT < 2.0)
6002 !C     2. SOLID & LIQUID AEROSOL POSSIBLE
6003 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : (NH4)2SO4, NA2SO4, LC
6005 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
6006 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
6007 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
6008 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
6010 !C=======================================================================
6012       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCI3A2p1 (P2)
6013       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
6015       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,     &
6016                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,     &
6017                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,   &
6018                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,       &
6019                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6, &
6020                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
6022 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
6024       PSI2   = P2                  ! Save PSI2 in COMMON BLOCK
6025       PSI4LO = ZERO                ! Low  limit for PSI4
6026       PSI4HI = CHI4                ! High limit for PSI4
6027 !C    
6028 !C *** IF NH3 =0, CALL FUNCI3B FOR Y4=0 ********************************
6030       IF (CHI4.LE.TINY) THEN
6031          FUNCI3A2p1 = FUNCI3B2p1 (ZERO)
6032          GOTO 50
6033       ENDIF
6035 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
6037       X1 = PSI4HI
6038       Y1 = FUNCI3B2p1 (X1)
6039       IF (ABS(Y1).LE.EPS) GOTO 50
6040       YHI= Y1                      ! Save Y-value at HI position
6042 !C *** YHI < 0.0 THE SOLUTION IS ALWAYS UNDERSATURATED WITH NA2SO4 *****
6044       IF (YHI.LT.ZERO) GOTO 50
6046 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
6048       DX = (PSI4HI-PSI4LO)/FLOAT(NDIV)
6049       DO 10 I=1,NDIV
6050          X2 = MAX(X1-DX, PSI4LO)
6051          Y2 = FUNCI3B2p1 (X2)
6052          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
6053          X1 = X2
6054          Y1 = Y2
6055 10    CONTINUE
6057 !C *** { YLO, YHI } > 0.0 THE SOLUTION IS ALWAYS SUPERSATURATED WITH NA2SO4
6059       IF (Y2.GT.EPS) Y2 = FUNCI3B2p1 (PSI4LO)
6060       GOTO 50
6062 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
6064 20    DO 30 I=1,MAXIT
6065          X3 = 0.5*(X1+X2)
6066          Y3 = FUNCI3B2p1 (X3)
6067          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
6068             Y2    = Y3
6069             X2    = X3
6070          ELSE
6071             Y1    = Y3
6072             X1    = X3
6073          ENDIF
6074          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
6075 30    CONTINUE
6076       CALL PUSHERR2p1 (0004, 'FUNCI3A2p1')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
6078 !C *** INNER LOOP CONVERGED **********************************************
6080 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
6081       Y3 = FUNCI3B2p1 (X3)
6083 !C *** CALCULATE FUNCTION VALUE FOR OUTER LOOP ***************************
6085 50    A2      = XK13*(WATER/GAMA(13))**5.0
6086       FUNCI3A2p1 = MOLAL(5)*MOLAL(6)*MOLAL(3)**3.D0/A2 - ONE
6087       RETURN
6089 !C *** END OF FUNCTION FUNCI3A *******************************************
6091       END
6095 !C=======================================================================
6097 !C *** ISORROPIA CODE
6098 !C *** FUNCTION FUNCI3B
6099 !C *** CASE I3 ; SUBCASE 2
6101 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
6102 !C     1. SULFATE RICH, NO FREE ACID (1.0 <= SULRAT < 2.0)
6103 !C     2. SOLID & LIQUID AEROSOL POSSIBLE
6104 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : (NH4)2SO4, NA2SO4, LC
6106 !C     SOLUTION IS SAVED IN COMMON BLOCK /CASE/
6108 !C=======================================================================
6110       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCI3B2p1 (P4)
6111       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
6113       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,     &
6114                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,     &
6115                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,   &
6116                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,       &
6117                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6, &
6118                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
6120 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
6122       PSI4   = P4   
6124 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
6126       FRST   = .TRUE.
6127       CALAIN = .TRUE.
6129 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
6131       DO 10 I=1,NSWEEP
6133       A4 = XK5*(WATER/GAMA(2))**3.0
6134       A5 = XK7*(WATER/GAMA(4))**3.0
6135       A6 = XK1*WATER/GAMA(7)*(GAMA(8)/GAMA(7))**2.
6136       A7 = SQRT(A4/A5)
6138 !C  CALCULATE DISSOCIATION QUANTITIES
6140       BB   = PSI2 + PSI4 + PSI5 + A6                    ! PSI6
6141       CC   =-A6*(PSI2 + PSI3 + PSI1)
6142       DD   = BB*BB - 4.D0*CC
6143       PSI6 = 0.5D0*(-BB + SQRT(DD))
6145       PSI5 = (PSI3 + 2.D0*PSI4 - A7*(3.D0*PSI2 + PSI1))/2.D0/A7 
6146       PSI5 = MAX (MIN (PSI5, CHI5), ZERO)
6148 !C *** CALCULATE SPECIATION ********************************************
6150       MOLAL(1) = PSI6                                  ! HI
6151       MOLAL(2) = 2.D0*PSI4 + PSI3                      ! NAI
6152       MOLAL(3) = 3.D0*PSI2 + 2.D0*PSI5 + PSI1          ! NH4I
6153       MOLAL(5) = PSI2 + PSI4 + PSI5 + PSI6             ! SO4I
6154       MOLAL(6) = MAX(PSI2 + PSI3 + PSI1 - PSI6, TINY)  ! HSO4I
6155       CLC      = MAX(CHI2 - PSI2, ZERO)
6156       CNAHSO4  = ZERO
6157       CNA2SO4  = MAX(CHI4 - PSI4, ZERO)
6158       CNH42S4  = MAX(CHI5 - PSI5, ZERO)
6159       CNH4HS4  = ZERO
6160       CALL CALCMR2p1                                       ! Water content
6162 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
6164       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
6165          CALL CALCACT2p1     
6166       ELSE
6167          GOTO 20
6168       ENDIF
6169 10    CONTINUE
6171 !C *** CALCULATE OBJECTIVE FUNCTION ************************************
6173 20    A4     = XK5 *(WATER/GAMA(2))**3.0    
6174       FUNCI3B2p1= MOLAL(5)*MOLAL(2)*MOLAL(2)/A4 - ONE
6175       RETURN
6177 !C *** END OF FUNCTION FUNCI3B ********************************************
6179       END
6180 !C=======================================================================
6182 !C *** ISORROPIA CODE
6183 !C *** SUBROUTINE CALCI2
6184 !C *** CASE I2
6186 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
6187 !C     1. SULFATE RICH, NO FREE ACID (1.0 <= SULRAT < 2.0)
6188 !C     2. SOLID & LIQUID AEROSOL POSSIBLE
6189 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : (NH4)2SO4, NA2SO4, NAHSO4, LC
6191 !C     THERE ARE THREE REGIMES IN THIS CASE:
6192 !C     1. NH4HSO4(s) POSSIBLE. LIQUID & SOLID AEROSOL (SUBROUTINE CALCI2A)
6193 !C     2. NH4HSO4(s) NOT POSSIBLE, AND RH < MDRH. SOLID AEROSOL ONLY 
6194 !C     3. NH4HSO4(s) NOT POSSIBLE, AND RH >= MDRH. SOLID & LIQUID AEROSOL 
6196 !C     REGIMES 2. AND 3. ARE CONSIDERED TO BE THE SAME AS CASES I1A, I2B
6197 !C     RESPECTIVELY
6199 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
6200 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
6201 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
6202 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
6204 !C=======================================================================
6206       SUBROUTINE CALCI22p1
6207       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
6208       EXTERNAL CALCI1A2p1, CALCI3A2p1
6210 !C *** FIND DRY COMPOSITION **********************************************
6212       CALL CALCI1A2p1
6214 !C *** REGIME DEPENDS UPON THE POSSIBLE SOLIDS & RH **********************
6216       IF (CNH4HS4.GT.TINY) THEN
6217          SCASE = 'I2 ; SUBCASE 1'  
6218          CALL CALCI2A2p1                       
6219          SCASE = 'I2 ; SUBCASE 1'  
6220       ENDIF
6222       IF (WATER.LE.TINY) THEN
6223          IF (RH.LT.DRMI2) THEN         ! SOLID SOLUTION ONLY
6224             WATER = TINY
6225             DO 10 I=1,NIONS
6226                MOLAL(I) = ZERO
6227 10          CONTINUE
6228             CALL CALCI1A2p1
6229             SCASE = 'I2 ; SUBCASE 2'  
6231          ELSEIF (RH.GE.DRMI2) THEN     ! MDRH OF I2
6232             SCASE = 'I2 ; SUBCASE 3'
6233             CALL CALCMDRH2p1 (RH, DRMI2, DRNAHSO4, CALCI1A2p1, CALCI3A2p1)
6234             SCASE = 'I2 ; SUBCASE 3'
6235          ENDIF
6236       ENDIF
6237 !C 
6238       RETURN
6240 !C *** END OF SUBROUTINE CALCI2 ******************************************
6242       END
6245 !C=======================================================================
6247 !C *** ISORROPIA CODE
6248 !C *** SUBROUTINE CALCI2A
6249 !C *** CASE I2 ; SUBCASE A
6251 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
6252 !C     1. SULFATE RICH, NO FREE ACID (1.0 <= SULRAT < 2.0)
6253 !C     2. SOLID & LIQUID AEROSOL POSSIBLE
6254 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : (NH4)2SO4, NA2SO4, NAHSO4, LC
6256 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
6257 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
6258 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
6259 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
6261 !C=======================================================================
6263       SUBROUTINE CALCI2A2p1
6264       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
6266       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,     &
6267                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,     &
6268                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,   &
6269                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,       &
6270                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6, &
6271                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
6273 !C *** FIND DRY COMPOSITION **********************************************
6275       CALL CALCI1A2p1    ! Needed when called from CALCMDRH
6277 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
6279       CHI1 = CNH4HS4               ! Save from CALCI1 run
6280       CHI2 = CLC    
6281       CHI3 = CNAHSO4
6282       CHI4 = CNA2SO4
6283       CHI5 = CNH42S4
6285       PSI1 = CNH4HS4               ! ASSIGN INITIAL PSI's
6286       PSI2 = ZERO   
6287       PSI3 = ZERO   
6288       PSI4 = ZERO  
6289       PSI5 = ZERO
6291       CALAOU = .TRUE.              ! Outer loop activity calculation flag
6292       PSI2LO = ZERO                ! Low  limit
6293       PSI2HI = CHI2                ! High limit
6295 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
6297       X1 = PSI2HI
6298       Y1 = FUNCI2A2p1 (X1)
6299       YHI= Y1                      ! Save Y-value at HI position
6301 !C *** YHI < 0.0 THE SOLUTION IS ALWAYS UNDERSATURATED WITH LC *********
6303       IF (YHI.LT.EPS) GOTO 50
6305 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
6307       DX = (PSI2HI-PSI2LO)/FLOAT(NDIV)
6308       DO 10 I=1,NDIV
6309          X2 = MAX(X1-DX, PSI2LO)
6310          Y2 = FUNCI2A2p1 (X2)
6311          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
6312          X1 = X2
6313          Y1 = Y2
6314 10    CONTINUE
6316 !C *** { YLO, YHI } > 0.0 THE SOLUTION IS ALWAYS SUPERSATURATED WITH LC  
6318       IF (Y2.GT.EPS) Y2 = FUNCI2A2p1 (ZERO)
6319       GOTO 50
6321 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
6323 20    DO 30 I=1,MAXIT
6324          X3 = 0.5*(X1+X2)
6325          Y3 = FUNCI2A2p1 (X3)
6326          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
6327             Y2    = Y3
6328             X2    = X3
6329          ELSE
6330             Y1    = Y3
6331             X1    = X3
6332          ENDIF
6333          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
6334 30    CONTINUE
6335       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCI2A')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
6337 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
6339 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
6340       Y3 = FUNCI2A2p1 (X3)
6342 50    RETURN
6344 !C *** END OF SUBROUTINE CALCI2A *****************************************
6346       END
6351 !C=======================================================================
6353 !C *** ISORROPIA CODE
6354 !C *** SUBROUTINE FUNCI2A
6355 !C *** CASE I2 ; SUBCASE 1
6357 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
6358 !C     1. SULFATE RICH, NO FREE ACID (1.0 <= SULRAT < 2.0)
6359 !C     2. SOLID & LIQUID AEROSOL POSSIBLE
6360 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : (NH4)2SO4, NA2SO4, NAHSO4, LC
6362 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
6363 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
6364 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
6365 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
6367 !C=======================================================================
6369       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCI2A2p1 (P2)
6370       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
6372       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,    &
6373                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,    &
6374                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,  &
6375                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,      &
6376                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6,&
6377                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
6379 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
6381       FRST   = .TRUE.
6382       CALAIN = .TRUE.
6383       PSI2   = P2                  ! Save PSI2 in COMMON BLOCK
6384       PSI3   = CHI3
6385       PSI4   = CHI4
6386       PSI5   = CHI5
6387       PSI6   = ZERO
6389 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
6391       DO 10 I=1,NSWEEP
6393       A3 = XK11*(WATER/GAMA(12))**2.0
6394       A4 = XK5 *(WATER/GAMA(2))**3.0
6395       A5 = XK7 *(WATER/GAMA(4))**3.0
6396       A6 = XK1 *WATER/GAMA(7)*(GAMA(8)/GAMA(7))**2.
6397       A7 = SQRT(A4/A5)
6399 !C  CALCULATE DISSOCIATION QUANTITIES
6401       IF (CHI5.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN     
6402          PSI5 = (PSI3 + 2.D0*PSI4 - A7*(3.D0*PSI2 + PSI1))/2.D0/A7 
6403          PSI5 = MAX(MIN (PSI5, CHI5), TINY)
6404       ENDIF
6406       IF (CHI4.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN     
6407          AA   = PSI2+PSI5+PSI6+PSI3
6408          BB   = PSI3*AA
6409          CC   = 0.25D0*(PSI3*PSI3*(PSI2+PSI5+PSI6)-A4)
6410          CALL POLY32p1 (AA, BB, CC, PSI4, ISLV)
6411          IF (ISLV.EQ.0) THEN
6412             PSI4 = MIN (PSI4, CHI4)
6413          ELSE
6414             PSI4 = ZERO
6415          ENDIF
6416       ENDIF
6418       IF (CHI3.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN     
6419          AA   = 2.D0*PSI4 + PSI2 + PSI1 - PSI6
6420          BB   = 2.D0*PSI4*(PSI2 + PSI1 - PSI6) - A3
6421          CC   = ZERO
6422          CALL POLY32p1 (AA, BB, CC, PSI3, ISLV)
6423          IF (ISLV.EQ.0) THEN
6424             PSI3 = MIN (PSI3, CHI3)
6425          ELSE
6426             PSI3 = ZERO
6427          ENDIF
6428       ENDIF
6430       BB   = PSI2 + PSI4 + PSI5 + A6                    ! PSI6
6431       CC   =-A6*(PSI2 + PSI3 + PSI1)
6432       DD   = BB*BB - 4.D0*CC
6433       PSI6 = 0.5D0*(-BB + SQRT(DD))
6435 !C *** CALCULATE SPECIATION ********************************************
6437       MOLAL (1) = PSI6                           ! HI
6438       MOLAL (2) = 2.D0*PSI4 + PSI3               ! NAI
6439       MOLAL (3) = 3.D0*PSI2 + 2.D0*PSI5 + PSI1   ! NH4I
6440       MOLAL (5) = PSI2 + PSI4 + PSI5 + PSI6      ! SO4I
6441       MOLAL (6) = PSI2 + PSI3 + PSI1 - PSI6      ! HSO4I
6442       CLC       = CHI2 - PSI2
6443       CNAHSO4   = CHI3 - PSI3
6444       CNA2SO4   = CHI4 - PSI4
6445       CNH42S4   = CHI5 - PSI5
6446       CNH4HS4   = ZERO
6447       CALL CALCMR2p1                                ! Water content
6449 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
6451       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
6452          CALL CALCACT2p1     
6453       ELSE
6454          GOTO 20
6455       ENDIF
6456 10    CONTINUE
6458 !C *** CALCULATE FUNCTION VALUE FOR OUTER LOOP ***************************
6460 20    A2      = XK13*(WATER/GAMA(13))**5.0
6461       FUNCI2A2p1 = MOLAL(5)*MOLAL(6)*MOLAL(3)**3.D0/A2 - ONE
6462       RETURN
6464 !C *** END OF FUNCTION FUNCI2A *******************************************
6466       END
6468 !C=======================================================================
6470 !C *** ISORROPIA CODE
6471 !C *** SUBROUTINE CALCI1
6472 !C *** CASE I1
6474 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
6475 !C     1. SULFATE RICH, NO FREE ACID (1.0 <= SULRAT < 2.0)
6476 !C     2. SOLID AEROSOL ONLY
6477 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : NH4NO3, NH4CL, NA2SO4
6479 !C     THERE ARE TWO POSSIBLE REGIMES HERE, DEPENDING ON RELATIVE HUMIDITY:
6480 !C     1. WHEN RH >= MDRH ; LIQUID PHASE POSSIBLE (MDRH REGION)
6481 !C     2. WHEN RH < MDRH  ; ONLY SOLID PHASE POSSIBLE (SUBROUTINE CALCI1A)
6483 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
6484 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
6485 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
6486 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
6488 !C=======================================================================
6490       SUBROUTINE CALCI12p1
6491       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
6492       EXTERNAL CALCI1A2p1, CALCI2A2p1
6494 !C *** REGIME DEPENDS UPON THE AMBIENT RELATIVE HUMIDITY *****************
6496       IF (RH.LT.DRMI1) THEN    
6497          SCASE = 'I1 ; SUBCASE 1'  
6498          CALL CALCI1A2p1              ! SOLID PHASE ONLY POSSIBLE
6499          SCASE = 'I1 ; SUBCASE 1'
6500       ELSE
6501          SCASE = 'I1 ; SUBCASE 2'  ! LIQUID & SOLID PHASE POSSIBLE
6502          CALL CALCMDRH2p1 (RH, DRMI1, DRNH4HS4, CALCI1A2p1, CALCI2A2p1)
6503          SCASE = 'I1 ; SUBCASE 2'
6504       ENDIF
6505 !C 
6506 !C *** AMMONIA IN GAS PHASE **********************************************
6508 !C      CALL CALCNH3
6509 !C 
6510       RETURN
6512 !C *** END OF SUBROUTINE CALCI1 ******************************************
6514       END
6517 !C=======================================================================
6519 !C *** ISORROPIA CODE
6520 !C *** SUBROUTINE CALCI1A
6521 !C *** CASE I1 ; SUBCASE 1
6523 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
6524 !C     1. SULFATE RICH, NO FREE ACID (1.0 <= SULRAT < 2.0)
6525 !C     2. SOLID AEROSOL ONLY
6526 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : NH4HSO4, NAHSO4, (NH4)2SO4, NA2SO4, LC
6528 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
6529 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
6530 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
6531 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
6533 !C=======================================================================
6535       SUBROUTINE CALCI1A2p1
6536       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
6538 !C *** CALCULATE NON VOLATILE SOLIDS ***********************************
6540       CNA2SO4 = 0.5D0*W(1)
6541       CNH4HS4 = ZERO
6542       CNAHSO4 = ZERO
6543       CNH42S4 = ZERO
6544       FRSO4   = MAX(W(2)-CNA2SO4, ZERO)
6546       CLC     = MIN(W(3)/3.D0, FRSO4/2.D0)
6547       FRSO4   = MAX(FRSO4-2.D0*CLC, ZERO)
6548       FRNH4   = MAX(W(3)-3.D0*CLC,  ZERO)
6550       IF (FRSO4.LE.TINY) THEN
6551          CLC     = MAX(CLC - FRNH4, ZERO)
6552          CNH42S4 = 2.D0*FRNH4
6554       ELSEIF (FRNH4.LE.TINY) THEN
6555          CNH4HS4 = 3.D0*MIN(FRSO4, CLC)
6556          CLC     = MAX(CLC-FRSO4, ZERO)
6557          IF (CNA2SO4.GT.TINY) THEN
6558             FRSO4   = MAX(FRSO4-CNH4HS4/3.D0, ZERO)
6559             CNAHSO4 = 2.D0*FRSO4
6560             CNA2SO4 = MAX(CNA2SO4-FRSO4, ZERO)
6561          ENDIF
6562       ENDIF
6564 !C *** CALCULATE GAS SPECIES *********************************************
6566       GHNO3 = W(4)
6567       GHCL  = W(5)
6568       GNH3  = ZERO
6570       RETURN
6572 !C *** END OF SUBROUTINE CALCI1A *****************************************
6574       END
6575 !C=======================================================================
6577 !C *** ISORROPIA CODE
6578 !C *** SUBROUTINE CALCJ3
6579 !C *** CASE J3
6581 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
6582 !C     1. SULFATE RICH, FREE ACID (SULRAT < 1.0)
6583 !C     2. THERE IS ONLY A LIQUID PHASE
6585 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
6586 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
6587 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
6588 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
6590 !C=======================================================================
6592       SUBROUTINE CALCJ32p1
6593       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
6595       DOUBLE PRECISION LAMDA, KAPA
6597 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
6599       CALAOU = .TRUE.              ! Outer loop activity calculation flag
6600       FRST   = .TRUE.
6601       CALAIN = .TRUE.
6603       LAMDA  = MAX(W(2) - W(3) - W(1), TINY)  ! FREE H2SO4
6604       CHI1   = W(1)                           ! NA TOTAL as NaHSO4
6605       CHI2   = W(3)                           ! NH4 TOTAL as NH4HSO4
6606       PSI1   = CHI1
6607       PSI2   = CHI2                           ! ALL NH4HSO4 DELIQUESCED
6609 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
6611       DO 10 I=1,NSWEEP
6613       A3 = XK1  *WATER/GAMA(7)*(GAMA(8)/GAMA(7))**2.0
6615 !C  CALCULATE DISSOCIATION QUANTITIES
6617       BB   = A3+LAMDA                        ! KAPA
6618       CC   =-A3*(LAMDA + PSI1 + PSI2)
6619       DD   = BB*BB-4.D0*CC
6620       KAPA = 0.5D0*(-BB+SQRT(DD))
6622 !C *** CALCULATE SPECIATION ********************************************
6624       MOLAL (1) = LAMDA + KAPA                 ! HI
6625       MOLAL (2) = PSI1                         ! NAI
6626       MOLAL (3) = PSI2                         ! NH4I
6627       MOLAL (4) = ZERO                         ! CLI
6628       MOLAL (5) = KAPA                         ! SO4I
6629       MOLAL (6) = LAMDA + PSI1 + PSI2 - KAPA   ! HSO4I
6630       MOLAL (7) = ZERO                         ! NO3I
6632       CNAHSO4   = ZERO
6633       CNH4HS4   = ZERO
6635       CALL CALCMR2p1                              ! Water content
6637 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
6639       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
6640          CALL CALCACT2p1     
6641       ELSE
6642          GOTO 50
6643       ENDIF
6644 10    CONTINUE
6645 !C 
6646 50    RETURN
6648 !C *** END OF SUBROUTINE CALCJ3 ******************************************
6650       END
6651 !C=======================================================================
6653 !C *** ISORROPIA CODE
6654 !C *** SUBROUTINE CALCJ2
6655 !C *** CASE J2
6657 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
6658 !C     1. SULFATE RICH, FREE ACID (SULRAT < 1.0)
6659 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
6660 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : NAHSO4
6662 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
6663 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
6664 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
6665 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
6667 !C=======================================================================
6669       SUBROUTINE CALCJ22p1
6670       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
6672       DOUBLE PRECISION LAMDA, KAPA
6673       COMMON /CASEJ2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, LAMDA, KAPA, PSI1, PSI2, PSI3, &
6674                      A1,   A2,   A3
6676 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
6678       CALAOU = .TRUE.              ! Outer loop activity calculation flag
6679       CHI1   = W(1)                ! NA TOTAL
6680       CHI2   = W(3)                ! NH4 TOTAL
6681       PSI1LO = TINY                ! Low  limit
6682       PSI1HI = CHI1                ! High limit
6684 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
6686       X1 = PSI1HI
6687       Y1 = FUNCJ22p1 (X1)
6688       YHI= Y1                      ! Save Y-value at HI position
6690 !C *** YHI < 0.0 THE SOLUTION IS ALWAYS UNDERSATURATED WITH NH42SO4 ****
6692       IF (ABS(Y1).LE.EPS .OR. YHI.LT.ZERO) GOTO 50
6694 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
6696       DX = (PSI1HI-PSI1LO)/FLOAT(NDIV)
6697       DO 10 I=1,NDIV
6698          X2 = X1-DX
6699          Y2 = FUNCJ22p1 (X2)
6700          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
6701          X1 = X2
6702          Y1 = Y2
6703 10    CONTINUE
6705 !C *** { YLO, YHI } > 0.0 THE SOLUTION IS ALWAYS SUPERSATURATED WITH NH42SO4
6707       YLO= Y1                      ! Save Y-value at Hi position
6708       IF (YLO.GT.ZERO .AND. YHI.GT.ZERO) THEN
6709          Y3 = FUNCJ22p1 (ZERO)
6710          GOTO 50
6711       ELSE IF (ABS(Y2) .LT. EPS) THEN   ! X2 IS A SOLUTION 
6712          GOTO 50
6713       ELSE
6714          CALL PUSHERR2p1 (0001, 'CALCJ2')    ! WARNING ERROR: NO SOLUTION
6715          GOTO 50
6716       ENDIF
6718 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
6720 20    DO 30 I=1,MAXIT
6721          X3 = 0.5*(X1+X2)
6722          Y3 = FUNCJ22p1 (X3)
6723          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
6724             Y2    = Y3
6725             X2    = X3
6726          ELSE
6727             Y1    = Y3
6728             X1    = X3
6729          ENDIF
6730          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
6731 30    CONTINUE
6732       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCJ2')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
6734 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
6736 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
6737       Y3 = FUNCJ22p1 (X3)
6738 !C 
6739 50    RETURN
6741 !C *** END OF SUBROUTINE CALCJ2 ******************************************
6743       END
6748 !C=======================================================================
6750 !C *** ISORROPIA CODE
6751 !C *** SUBROUTINE FUNCJ2
6752 !C *** CASE J2
6754 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
6755 !C     1. SULFATE RICH, FREE ACID (SULRAT < 1.0)
6756 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
6757 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : (NH4)2SO4, NH4CL, NA2SO4
6759 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
6760 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
6761 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
6762 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
6764 !C=======================================================================
6766       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCJ22p1 (P1)
6767       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
6769       DOUBLE PRECISION LAMDA, KAPA
6770       COMMON /CASEJ2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, LAMDA, KAPA, PSI1, PSI2, PSI3, &
6771                      A1,   A2,   A3
6773 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
6775       FRST   = .TRUE.
6776       CALAIN = .TRUE.
6778       LAMDA  = MAX(W(2) - W(3) - W(1), TINY)  ! FREE H2SO4
6779       PSI1   = P1
6780       PSI2   = CHI2                           ! ALL NH4HSO4 DELIQUESCED
6782 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
6784       DO 10 I=1,NSWEEP
6786       A1 = XK11 *(WATER/GAMA(12))**2.0
6787       A3 = XK1  *WATER/GAMA(7)*(GAMA(8)/GAMA(7))**2.0
6789 !C  CALCULATE DISSOCIATION QUANTITIES
6791       BB   = A3+LAMDA                        ! KAPA
6792       CC   =-A3*(LAMDA + PSI1 + PSI2)
6793       DD   = BB*BB-4.D0*CC
6794       KAPA = 0.5D0*(-BB+SQRT(DD))
6796 !C *** CALCULATE SPECIATION ********************************************
6798       MOLAL (1) = LAMDA + KAPA                  ! HI
6799       MOLAL (2) = PSI1                          ! NAI
6800       MOLAL (3) = PSI2                          ! NH4I
6801       MOLAL (4) = ZERO                          ! CLI
6802       MOLAL (5) = KAPA                          ! SO4I
6803       MOLAL (6) = LAMDA + PSI1 + PSI2 - KAPA    ! HSO4I
6804       MOLAL (7) = ZERO                          ! NO3I
6806       CNAHSO4   = MAX(CHI1-PSI1,ZERO)
6807       CNH4HS4   = ZERO
6809       CALL CALCMR2p1                               ! Water content
6811 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
6813       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
6814          CALL CALCACT2p1     
6815       ELSE
6816          GOTO 20
6817       ENDIF
6818 10    CONTINUE
6820 !C *** CALCULATE OBJECTIVE FUNCTION ************************************
6822 20    FUNCJ22p1 = MOLAL(2)*MOLAL(6)/A1 - ONE
6824 !C *** END OF FUNCTION FUNCJ2 *******************************************
6826       END
6828 !C=======================================================================
6830 !C *** ISORROPIA CODE
6831 !C *** SUBROUTINE CALCJ1
6832 !C *** CASE J1
6834 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
6835 !C     1. SULFATE RICH, FREE ACID (SULRAT < 1.0)
6836 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
6837 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : NH4HSO4, NAHSO4
6839 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
6840 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
6841 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
6842 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
6844 !C=======================================================================
6846       SUBROUTINE CALCJ12p1
6847       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
6849       DOUBLE PRECISION LAMDA, KAPA
6850       COMMON /CASEJ2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, LAMDA, KAPA, PSI1, PSI2, PSI3, &
6851                      A1,   A2,   A3
6853 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
6855       CALAOU =.TRUE.               ! Outer loop activity calculation flag
6856       CHI1   = W(1)                ! Total NA initially as NaHSO4
6857       CHI2   = W(3)                ! Total NH4 initially as NH4HSO4
6859       PSI1LO = TINY                ! Low  limit
6860       PSI1HI = CHI1                ! High limit
6862 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
6864       X1 = PSI1HI
6865       Y1 = FUNCJ12p1 (X1)
6866       YHI= Y1                      ! Save Y-value at HI position
6868 !C *** YHI < 0.0 THE SOLUTION IS ALWAYS UNDERSATURATED WITH NH42SO4 ****
6870       IF (ABS(Y1).LE.EPS .OR. YHI.LT.ZERO) GOTO 50
6872 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
6874       DX = (PSI1HI-PSI1LO)/FLOAT(NDIV)
6875       DO 10 I=1,NDIV
6876          X2 = X1-DX
6877          Y2 = FUNCJ12p1 (X2)
6878          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
6879          X1 = X2
6880          Y1 = Y2
6881 10    CONTINUE
6883 !C *** { YLO, YHI } > 0.0 THE SOLUTION IS ALWAYS SUPERSATURATED WITH NH42SO4
6885       YLO= Y1                      ! Save Y-value at Hi position
6886       IF (YLO.GT.ZERO .AND. YHI.GT.ZERO) THEN
6887          Y3 = FUNCJ12p1 (ZERO)
6888          GOTO 50
6889       ELSE IF (ABS(Y2) .LT. EPS) THEN   ! X2 IS A SOLUTION 
6890          GOTO 50
6891       ELSE
6892          CALL PUSHERR2p1 (0001, 'CALCJ1')    ! WARNING ERROR: NO SOLUTION
6893          GOTO 50
6894       ENDIF
6896 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
6898 20    DO 30 I=1,MAXIT
6899          X3 = 0.5*(X1+X2)
6900          Y3 = FUNCJ12p1 (X3)
6901          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
6902             Y2    = Y3
6903             X2    = X3
6904          ELSE
6905             Y1    = Y3
6906             X1    = X3
6907          ENDIF
6908          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
6909 30    CONTINUE
6910       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCJ1')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
6912 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
6914 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
6915       Y3 = FUNCJ12p1 (X3)
6916 !C 
6917 50    RETURN
6919 !C *** END OF SUBROUTINE CALCJ1 ******************************************
6921       END
6926 !C=======================================================================
6928 !C *** ISORROPIA CODE
6929 !C *** SUBROUTINE FUNCJ1
6930 !C *** CASE J1
6932 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
6933 !C     1. SULFATE RICH, FREE ACID (SULRAT < 1.0)
6934 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
6935 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : (NH4)2SO4, NH4CL, NA2SO4
6937 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
6938 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
6939 !C *** WRITTEN BY ATHANASIOS NENES
6940 !C *** UPDATED BY CHRISTOS FOUNTOUKIS
6942 !C=======================================================================
6944       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCJ12p1 (P1)
6945       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
6946       DOUBLE PRECISION LAMDA, KAPA
6947       COMMON /CASEJ2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, LAMDA, KAPA, PSI1, PSI2, PSI3, &
6948                      A1,   A2,   A3
6950 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
6952       FRST   = .TRUE.
6953       CALAIN = .TRUE.
6955       LAMDA  = MAX(W(2) - W(3) - W(1), TINY)  ! FREE H2SO4
6956       PSI1   = P1
6958 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
6960       DO 10 I=1,NSWEEP
6962       A1 = XK11 *(WATER/GAMA(12))**2.0
6963       A2 = XK12 *(WATER/GAMA(09))**2.0
6964       A3 = XK1  *WATER/GAMA(7)*(GAMA(8)/GAMA(7))**2.0
6966       PSI2 = 0.5*(-(LAMDA+PSI1) + SQRT((LAMDA+PSI1)**2.D0+4.D0*A2))  ! PSI2
6967       PSI2 = MIN (PSI2, CHI2)
6969       BB   = A3+LAMDA                        ! KAPA
6970       CC   =-A3*(LAMDA + PSI2 + PSI1)
6971       DD   = BB*BB-4.D0*CC
6972       KAPA = 0.5D0*(-BB+SQRT(DD))    
6974 !C *** SAVE CONCENTRATIONS IN MOLAL ARRAY ******************************
6976       MOLAL (1) = LAMDA + KAPA                  ! HI
6977       MOLAL (2) = PSI1                          ! NAI
6978       MOLAL (3) = PSI2                          ! NH4I
6979       MOLAL (4) = ZERO
6980       MOLAL (5) = KAPA                          ! SO4I
6981       MOLAL (6) = LAMDA + PSI1 + PSI2 - KAPA    ! HSO4I
6982       MOLAL (7) = ZERO
6984       CNAHSO4   = MAX(CHI1-PSI1,ZERO)
6985       CNH4HS4   = MAX(CHI2-PSI2,ZERO)
6987       CALL CALCMR2p1                               ! Water content
6989 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
6991       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
6992          CALL CALCACT2p1     
6993       ELSE
6994          GOTO 20
6995       ENDIF
6996 10    CONTINUE
6998 !C *** CALCULATE OBJECTIVE FUNCTION ************************************
7000 20    FUNCJ12p1 = MOLAL(2)*MOLAL(6)/A1 - ONE
7002 !C *** END OF FUNCTION FUNCJ1 *******************************************
7004       END
7006 !C=======================================================================
7008 !C *** ISORROPIA CODE II
7009 !C *** SUBROUTINE CALCO7
7010 !C *** CASE O7
7012 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
7013 !C     1. (Rsulfate > 2.0 ; R(Cr+Na) < 2.0)
7014 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
7015 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CaSO4
7016 !C     4. Completely dissolved: NH4NO3, NH4CL, (NH4)2SO4, MgSO4, NA2SO4, K2SO4
7017 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
7018 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
7019 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
7021 !C=======================================================================
7023       SUBROUTINE CALCO72p1
7024       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
7026       DOUBLE PRECISION LAMDA
7027       COMMON /CASEO2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8, &
7028                      CHI9, LAMDA, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5,      &
7029                      PSI6, PSI7, PSI8, PSI9,  A1,  A2,  A3,  A4,     &
7030                      A5, A6, A7, A8, A9
7032 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
7034       CALAOU = .TRUE.
7035       CHI9   = MIN (W(6), W(2))                     ! CCASO4
7036       SO4FR  = MAX (W(2)-CHI9, ZERO)
7037       CAFR   = MAX (W(6)-CHI9, ZERO)
7038       CHI7   = MIN (0.5D0*W(7), SO4FR)              ! CK2SO4
7039       FRK    = MAX (W(7) - 2.D0*CHI7, ZERO)
7040       SO4FR  = MAX (SO4FR - CHI7, ZERO)
7041       CHI1   = MIN (0.5D0*W(1), SO4FR)              ! NA2SO4
7042       NAFR   = MAX (W(1) - 2.D0*CHI1, ZERO)
7043       SO4FR  = MAX (SO4FR - CHI1, ZERO)
7044       CHI8   = MIN (W(8), SO4FR)                    ! CMGSO4
7045       FRMG    = MAX(W(8) - CHI8, ZERO)
7046       SO4FR   = MAX(SO4FR - CHI8, ZERO)
7047       CHI3   = ZERO
7048       CHI5   = W(4)
7049       CHI6   = W(5)
7050       CHI2   = MAX (SO4FR, ZERO)
7051       CHI4   = MAX (W(3)-2.D0*CHI2, ZERO)
7053       PSI1   = CHI1
7054       PSI2   = CHI2
7055       PSI3   = ZERO
7056       PSI4   = ZERO
7057       PSI5   = ZERO
7058       PSI6   = ZERO
7059       PSI7   = CHI7
7060       PSI8   = CHI8
7061       PSI6LO = TINY
7062       PSI6HI = CHI6-TINY    ! MIN(CHI6-TINY, CHI4)
7064       WATER  = CHI2/M0(4) + CHI1/M0(2) + CHI7/M0(17) + CHI8/M0(21)
7065       WATER  = MAX (WATER , TINY)
7067 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
7069       X1 = PSI6LO
7070       Y1 = FUNCO72p1 (X1)
7071       IF (CHI6.LE.TINY) GOTO 50
7072 !ccc      IF (ABS(Y1).LE.EPS .OR. CHI6.LE.TINY) GOTO 50
7073 !ccc      IF (WATER .LE. TINY) RETURN                    ! No water
7075 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
7077       DX = (PSI6HI-PSI6LO)/FLOAT(NDIV)
7078       DO 10 I=1,NDIV
7079          X2 = X1+DX
7080          Y2 = FUNCO72p1 (X2)
7081          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
7082          X1 = X2
7083          Y1 = Y2
7084 10    CONTINUE
7086 !C *** NO SUBDIVISION WITH SOLUTION; IF ABS(Y2)<EPS SOLUTION IS ASSUMED
7088       IF (ABS(Y2) .GT. EPS) Y2 = FUNCO72p1 (PSI6LO)
7089       GOTO 50
7091 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
7093 20    DO 30 I=1,MAXIT
7094          X3 = 0.5*(X1+X2)
7095          Y3 = FUNCO72p1 (X3)
7096          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
7097             Y2    = Y3
7098             X2    = X3
7099          ELSE
7100             Y1    = Y3
7101             X1    = X3
7102          ENDIF
7103          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
7104 30    CONTINUE
7105       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCO7')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
7107 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
7109 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
7110       Y3 = FUNCO72p1 (X3)
7112 !C *** CALCULATE HSO4 SPECIATION AND RETURN *******************************
7114 50    CONTINUE
7115       IF (MOLAL(1).GT.TINY .AND. MOLAL(5).GT.TINY) THEN  ! If quadrat.called
7116          CALL CALCHS42p1 (MOLAL(1), MOLAL(5), ZERO, DELTA)
7117          MOLAL(1) = MOLAL(1) - DELTA                    ! H+   EFFECT
7118          MOLAL(5) = MOLAL(5) - DELTA                    ! SO4  EFFECT
7119          MOLAL(6) = DELTA                               ! HSO4 EFFECT
7120       ENDIF
7122       RETURN
7124 !C *** END OF SUBROUTINE CALCO7 *******************************************
7126       END
7128 !C=======================================================================
7130 !C *** ISORROPIA CODE II
7131 !C *** SUBROUTINE FUNCO7
7132 !C *** CASE O7
7134 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
7135 !C     1. (Rsulfate > 2.0 ; R(Cr+Na) < 2.0)
7136 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
7137 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CaSO4
7138 !C     4. Completely dissolved: NH4NO3, NH4CL, (NH4)2SO4, MgSO4, NA2SO4, K2SO4
7139 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
7140 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
7141 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
7143 !C=======================================================================
7145       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCO72p1 (X)
7146       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
7148       DOUBLE PRECISION LAMDA
7149       COMMON /CASEO2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8, &
7150                      CHI9, LAMDA, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5,      &
7151                      PSI6, PSI7, PSI8, PSI9,  A1,  A2,  A3,  A4,     &
7152                      A5, A6, A7, A8, A9
7154 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
7156       PSI6   = X
7157       FRST   = .TRUE.
7158       CALAIN = .TRUE.
7160 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
7162       DO 10 I=1,NSWEEP
7164       A4  = (XK2/XKW)*R*TEMP*(GAMA(10)/GAMA(5))**2.0
7165       A5  = XK4 *R*TEMP*(WATER/GAMA(10))**2.0
7166       A6  = XK3 *R*TEMP*(WATER/GAMA(11))**2.0
7169       IF (CHI5.GE.TINY) THEN
7170          PSI5 = PSI6*CHI5/(A6/A5*(CHI6-PSI6) + PSI6)
7171          PSI5 = MIN (PSI5,CHI5)
7172       ELSE
7173          PSI5 = TINY
7174       ENDIF
7176 !CCC      IF(CHI4.GT.TINY) THEN
7177       IF(W(2).GT.TINY) THEN       ! Accounts for NH3 evaporation
7178          BB   =-(CHI4 + PSI6 + PSI5 + 1.d0/A4)
7179          CC   = CHI4*(PSI5+PSI6) - 2.d0*PSI2/A4
7180          DD   = MAX(BB*BB-4.d0*CC,ZERO)           ! Patch proposed by Uma Shankar, 19/11/01
7181          PSI4 =0.5d0*(-BB - SQRT(DD))
7182          PSI4 = MAX (MIN (PSI4,CHI4), ZERO)
7183       ELSE
7184          PSI4 = TINY
7185       ENDIF
7187 !C *** SAVE CONCENTRATIONS IN MOLAL ARRAY ******************************
7189       MOLAL (2) = 2.0D0*PSI1                       ! Na+
7190       MOLAL (3) = 2.0D0*PSI2 + PSI4                ! NH4I
7191       MOLAL (4) = PSI6                             ! CLI
7192       MOLAL (5) = PSI1+PSI2+PSI7+PSI8              ! SO4I
7193       MOLAL (6) = ZERO                             ! HSO4
7194       MOLAL (7) = PSI5                             ! NO3I
7195       MOLAL (8) = ZERO                             ! CaI
7196       MOLAL (9) = 2.0D0*PSI7                       ! KI
7197       MOLAL (10)= PSI8                             ! Mg
7199 !C *** CALCULATE HSO4 SPECIATION AND RETURN *******************************
7201 !CCC      MOLAL (1) = MAX(CHI5 - PSI5, TINY)*A5/PSI5   ! HI
7202        SMIN      = 2.d0*MOLAL(5)+MOLAL(7)+MOLAL(4)-MOLAL(2)-MOLAL(3) &
7203                    -MOLAL(9)-2.D0*MOLAL(10)
7204       CALL CALCPH2p1 (SMIN, HI, OHI)
7205       MOLAL (1) = HI
7207 !C *** CALCULATE GAS / SOLID SPECIES (LIQUID IN MOLAL ALREADY) *********
7209       GNH3      = MAX(CHI4 - PSI4, TINY)
7210       GHNO3     = MAX(CHI5 - PSI5, TINY)
7211       GHCL      = MAX(CHI6 - PSI6, TINY)
7213       CNA2SO4  = ZERO
7214       CNH42S4  = ZERO
7215       CNH4NO3  = ZERO
7216       CNH4Cl   = ZERO
7217       CK2SO4   = ZERO
7218       CMGSO4   = ZERO
7219       CCASO4   = CHI9
7221 !C *** CALCULATE MOLALR ARRAY, WATER AND ACTIVITIES **********************
7223       CALL CALCMR2p1
7225 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
7227       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
7228          CALL CALCACT2p1
7229       ELSE
7230          GOTO 20
7231       ENDIF
7232 10    CONTINUE
7234 !C *** CALCULATE FUNCTION VALUE FOR OUTER LOOP ***************************
7236 20    FUNCO72p1 = MOLAL(1)*MOLAL(4)/GHCL/A6 - ONE
7237 !CCC         FUNCG5A = MOLAL(3)*MOLAL(4)/GHCL/GNH3/A6/A4 - ONE
7239       RETURN
7241 !C *** END OF FUNCTION FUNCO7 *******************************************
7243       END
7245 !C=======================================================================
7247 !C *** ISORROPIA CODE II
7248 !C *** SUBROUTINE CALCO6
7249 !C *** CASE O6
7251 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
7252 !C     1. (Rsulfate > 2.0 ; R(Cr+Na) < 2.0)
7253 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
7254 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : K2SO4, CASO4
7255 !C     4. Completely dissolved: NH4NO3, NH4CL, (NH4)2SO4, MGSO4, NA2SO4
7256 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
7257 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
7258 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
7260 !C=======================================================================
7262       SUBROUTINE CALCO62p1
7263       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
7265       DOUBLE PRECISION LAMDA
7266       COMMON /CASEO2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,  &
7267                      CHI9, LAMDA, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5,       &
7268                      PSI6, PSI7, PSI8, PSI9,  A1,  A2,  A3,  A4,      &
7269                      A5, A6, A7, A8, A9
7271 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
7273       CALAOU = .TRUE.
7274       CHI9   = MIN (W(6), W(2))                     ! CCASO4
7275       SO4FR  = MAX (W(2)-CHI9, ZERO)
7276       CAFR   = MAX (W(6)-CHI9, ZERO)
7277       CHI7   = MIN (0.5D0*W(7), SO4FR)              ! CK2SO4
7278       FRK    = MAX (W(7) - 2.D0*CHI7, ZERO)
7279       SO4FR  = MAX (SO4FR - CHI7, ZERO)
7280       CHI1   = MIN (0.5D0*W(1), SO4FR)              ! NA2SO4
7281       NAFR   = MAX (W(1) - 2.D0*CHI1, ZERO)
7282       SO4FR  = MAX (SO4FR - CHI1, ZERO)
7283       CHI8   = MIN (W(8), SO4FR)                    ! CMGSO4
7284       FRMG    = MAX(W(8) - CHI8, ZERO)
7285       SO4FR   = MAX(SO4FR - CHI8, ZERO)
7286       CHI3   = ZERO
7287       CHI5   = W(4)
7288       CHI6   = W(5)
7289       CHI2   = MAX (SO4FR, ZERO)
7290       CHI4   = MAX (W(3)-2.D0*CHI2, ZERO)
7293       PSI1   = CHI1
7294       PSI2   = CHI2
7295       PSI3   = ZERO
7296       PSI7   = ZERO
7297       PSI8   = CHI8
7298       PSI6LO = TINY
7299       PSI6HI = CHI6-TINY    ! MIN(CHI6-TINY, CHI4)
7301       WATER  = CHI2/M0(4) + CHI1/M0(2) + CHI7/M0(17) + CHI8/M0(21)
7302       WATER  = MAX (WATER , TINY)
7304 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
7306       X1 = PSI6LO
7307       Y1 = FUNCO62p1 (X1)
7308       IF (CHI6.LE.TINY) GOTO 50
7309 !ccc      IF (ABS(Y1).LE.EPS .OR. CHI6.LE.TINY) GOTO 50
7310 !ccc      IF (WATER .LE. TINY) RETURN                    ! No water
7312 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
7314       DX = (PSI6HI-PSI6LO)/FLOAT(NDIV)
7315       DO 10 I=1,NDIV
7316          X2 = X1+DX
7317          Y2 = FUNCO62p1 (X2)
7318          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
7319          X1 = X2
7320          Y1 = Y2
7321 10    CONTINUE
7323 !C *** NO SUBDIVISION WITH SOLUTION; IF ABS(Y2)<EPS SOLUTION IS ASSUMED
7325       IF (ABS(Y2) .GT. EPS) Y2 = FUNCO62p1 (PSI6LO)
7326       GOTO 50
7328 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
7330 20    DO 30 I=1,MAXIT
7331          X3 = 0.5*(X1+X2)
7332          Y3 = FUNCO62p1 (X3)
7333          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
7334             Y2    = Y3
7335             X2    = X3
7336          ELSE
7337             Y1    = Y3
7338             X1    = X3
7339          ENDIF
7340          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
7341 30    CONTINUE
7342       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCO6')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
7344 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
7346 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
7347       Y3 = FUNCO62p1 (X3)
7349 !C *** CALCULATE HSO4 SPECIATION AND RETURN *******************************
7351 50    CONTINUE
7352       IF (MOLAL(1).GT.TINY .AND. MOLAL(5).GT.TINY) THEN  ! If quadrat.called
7353          CALL CALCHS42p1 (MOLAL(1), MOLAL(5), ZERO, DELTA)
7354          MOLAL(1) = MOLAL(1) - DELTA                    ! H+   EFFECT
7355          MOLAL(5) = MOLAL(5) - DELTA                    ! SO4  EFFECT
7356          MOLAL(6) = DELTA                               ! HSO4 EFFECT
7357       ENDIF
7359       RETURN
7361 !C *** END OF SUBROUTINE CALCO6 *******************************************
7363       END
7365 !C=======================================================================
7367 !C *** ISORROPIA CODE II
7368 !C *** SUBROUTINE FUNCO6
7369 !C *** CASE O6
7371 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
7372 !C     1. (Rsulfate > 2.0 ; R(Cr+Na) < 2.0)
7373 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
7374 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CaSO4 , K2SO4
7375 !C     4. Completely dissolved: NH4NO3, NH4CL, (NH4)2SO4, MgSO4, NA2SO4
7376 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
7377 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
7378 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
7380 !C=======================================================================
7382       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCO62p1 (X)
7383       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
7385       DOUBLE PRECISION LAMDA
7386       COMMON /CASEO2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,  &
7387                      CHI9, LAMDA, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5,       &
7388                      PSI6, PSI7, PSI8, PSI9,  A1,  A2,  A3,  A4,      &
7389                      A5, A6, A7, A8, A9
7391 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
7393       PSI6   = X
7394       FRST   = .TRUE.
7395       CALAIN = .TRUE.
7397 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
7399       DO 10 I=1,NSWEEP
7401       A4  = (XK2/XKW)*R*TEMP*(GAMA(10)/GAMA(5))**2.0
7402       A5  = XK4 *R*TEMP*(WATER/GAMA(10))**2.0
7403       A6  = XK3 *R*TEMP*(WATER/GAMA(11))**2.0
7404       A7  = XK17 *(WATER/GAMA(17))**3.0
7407       IF (CHI5.GE.TINY) THEN
7408          PSI5 = PSI6*CHI5/(A6/A5*(CHI6-PSI6) + PSI6)
7409          PSI5 = MIN (PSI5,CHI5)
7410       ELSE
7411          PSI5 = TINY
7412       ENDIF
7414 !CCC      IF(CHI4.GT.TINY) THEN
7415       IF(W(2).GT.TINY) THEN       ! Accounts for NH3 evaporation
7416          BB   =-(CHI4 + PSI6 + PSI5 + 1.d0/A4)
7417          CC   = CHI4*(PSI5+PSI6) - 2.d0*PSI2/A4
7418          DD   = MAX(BB*BB-4.d0*CC,ZERO)           ! Patch proposed by Uma Shankar, 19/11/01
7419          PSI4 =0.5d0*(-BB - SQRT(DD))
7420          PSI4 = MAX (MIN (PSI4,CHI4), ZERO)
7421       ELSE
7422          PSI4 = TINY
7423       ENDIF
7425       IF (CHI7.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN        ! PSI7
7426          CALL POLY32p1 (PSI1+PSI2+PSI8, ZERO, -A7/4.D0, PSI7, ISLV)
7427          IF (ISLV.EQ.0) THEN
7428              PSI7 = MAX (MIN (PSI7, CHI7), ZERO)
7429          ELSE
7430              PSI7 = ZERO
7431          ENDIF
7432       ELSE
7433          PSI7 = ZERO
7434       ENDIF
7437 !C *** SAVE CONCENTRATIONS IN MOLAL ARRAY ******************************
7439       MOLAL (2) = 2.0D0*PSI1                       ! Na+
7440       MOLAL (3) = 2.0D0*PSI2 + PSI4                ! NH4I
7441       MOLAL (4) = PSI6                             ! CLI
7442       MOLAL (5) = PSI1+PSI2+PSI7+PSI8              ! SO4I
7443       MOLAL (6) = ZERO                             ! HSO4
7444       MOLAL (7) = PSI5                             ! NO3I
7445       MOLAL (8) = ZERO                             ! CaI
7446       MOLAL (9) = 2.0D0*PSI7                       ! KI
7447       MOLAL (10)= PSI8                             ! Mg
7450 !C *** CALCULATE HSO4 SPECIATION AND RETURN *******************************
7453 !CCC      MOLAL (1) = MAX(CHI5 - PSI5, TINY)*A5/PSI5   ! HI
7454        SMIN      = 2.d0*MOLAL(5)+MOLAL(7)+MOLAL(4)-MOLAL(2)-MOLAL(3) &
7455                    -MOLAL(9)-2.D0*MOLAL(10)
7456       CALL CALCPH2p1 (SMIN, HI, OHI)
7457       MOLAL (1) = HI
7459 !C *** CALCULATE GAS / SOLID SPECIES (LIQUID IN MOLAL ALREADY) *********
7461       GNH3     = MAX(CHI4 - PSI4, TINY)
7462       GHNO3    = MAX(CHI5 - PSI5, TINY)
7463       GHCL     = MAX(CHI6 - PSI6, TINY)
7465       CNA2SO4  = ZERO
7466       CNH42S4  = ZERO
7467       CNH4NO3  = ZERO
7468       CNH4Cl   = ZERO
7469       CK2SO4   = MAX(CHI7 - PSI7, TINY)
7470       CMGSO4   = ZERO
7471       CCASO4   = CHI9
7473 !C *** CALCULATE MOLALR ARRAY, WATER AND ACTIVITIES **********************
7475       CALL CALCMR2p1
7477 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
7479       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
7480          CALL CALCACT2p1
7481       ELSE
7482          GOTO 20
7483       ENDIF
7484 10    CONTINUE
7486 !C *** CALCULATE FUNCTION VALUE FOR OUTER LOOP ***************************
7488 20    FUNCO62p1 = MOLAL(1)*MOLAL(4)/GHCL/A6 - ONE
7489 !CCC         FUNCG5A = MOLAL(3)*MOLAL(4)/GHCL/GNH3/A6/A4 - ONE
7491       RETURN
7493 !C *** END OF FUNCTION FUNCO6 *******************************************
7495       END
7498 !C=======================================================================
7500 !C *** ISORROPIA CODE II
7501 !C *** SUBROUTINE CALCO5
7502 !C *** CASE O5
7504 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
7505 !C     1. (Rsulfate > 2.0 ; R(Cr+Na) < 2.0)
7506 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
7507 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : K2SO4, CASO4, NA2SO4
7508 !C     4. Completely dissolved: NH4NO3, NH4CL, (NH4)2SO4, MGSO4
7509 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
7510 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
7511 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
7513 !C=======================================================================
7515       SUBROUTINE CALCO52p1
7516       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
7518       DOUBLE PRECISION LAMDA
7519       COMMON /CASEO2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8, &
7520                      CHI9, LAMDA, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5,      &
7521                      PSI6, PSI7, PSI8, PSI9,  A1,  A2,  A3,  A4,     &
7522                      A5, A6, A7, A8, A9
7524 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
7526       CALAOU = .TRUE.
7527       CHI9   = MIN (W(6), W(2))                     ! CCASO4
7528       SO4FR  = MAX (W(2)-CHI9, ZERO)
7529       CAFR   = MAX (W(6)-CHI9, ZERO)
7530       CHI7   = MIN (0.5D0*W(7), SO4FR)              ! CK2SO4
7531       FRK    = MAX (W(7) - 2.D0*CHI7, ZERO)
7532       SO4FR  = MAX (SO4FR - CHI7, ZERO)
7533       CHI1   = MIN (0.5D0*W(1), SO4FR)              ! NA2SO4
7534       NAFR   = MAX (W(1) - 2.D0*CHI1, ZERO)
7535       SO4FR  = MAX (SO4FR - CHI1, ZERO)
7536       CHI8   = MIN (W(8), SO4FR)                    ! CMGSO4
7537       FRMG    = MAX(W(8) - CHI8, ZERO)
7538       SO4FR   = MAX(SO4FR - CHI8, ZERO)
7539       CHI3   = ZERO
7540       CHI5   = W(4)
7541       CHI6   = W(5)
7542       CHI2   = MAX (SO4FR, ZERO)
7543       CHI4   = MAX (W(3)-2.D0*CHI2, ZERO)
7545       PSI1   = ZERO
7546       PSI2   = CHI2
7547       PSI3   = ZERO
7548       PSI7   = ZERO
7549       PSI8   = CHI8
7550       PSI6LO = TINY
7551       PSI6HI = CHI6-TINY    ! MIN(CHI6-TINY, CHI4)
7553       WATER  = CHI2/M0(4) + CHI1/M0(2) + CHI7/M0(17) + CHI8/M0(21)
7554       WATER  = MAX (WATER , TINY)
7556 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
7558       X1 = PSI6LO
7559       Y1 = FUNCO52p1 (X1)
7560       IF (CHI6.LE.TINY) GOTO 50
7561 !ccc      IF (ABS(Y1).LE.EPS .OR. CHI6.LE.TINY) GOTO 50
7562 !ccc      IF (WATER .LE. TINY) RETURN                    ! No water
7564 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
7566       DX = (PSI6HI-PSI6LO)/FLOAT(NDIV)
7567       DO 10 I=1,NDIV
7568          X2 = X1+DX
7569          Y2 = FUNCO52p1 (X2)
7570          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
7571          X1 = X2
7572          Y1 = Y2
7573 10    CONTINUE
7575 !C *** NO SUBDIVISION WITH SOLUTION; IF ABS(Y2)<EPS SOLUTION IS ASSUMED
7577       IF (ABS(Y2) .GT. EPS) Y2 = FUNCO52p1 (PSI6LO)
7578       GOTO 50
7580 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
7582 20    DO 30 I=1,MAXIT
7583          X3 = 0.5*(X1+X2)
7584          Y3 = FUNCO52p1 (X3)
7585          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
7586             Y2    = Y3
7587             X2    = X3
7588          ELSE
7589             Y1    = Y3
7590             X1    = X3
7591          ENDIF
7592          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
7593 30    CONTINUE
7594       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCO5')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
7596 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
7598 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
7599       Y3 = FUNCO52p1 (X3)
7601 !C *** CALCULATE HSO4 SPECIATION AND RETURN *******************************
7603 50    CONTINUE
7604       IF (MOLAL(1).GT.TINY .AND. MOLAL(5).GT.TINY) THEN  ! If quadrat.called
7605          CALL CALCHS42p1 (MOLAL(1), MOLAL(5), ZERO, DELTA)
7606          MOLAL(1) = MOLAL(1) - DELTA                    ! H+   EFFECT
7607          MOLAL(5) = MOLAL(5) - DELTA                    ! SO4  EFFECT
7608          MOLAL(6) = DELTA                               ! HSO4 EFFECT
7609       ENDIF
7611       RETURN
7613 !C *** END OF SUBROUTINE CALCO5 *******************************************
7615       END
7617 !C=======================================================================
7619 !C *** ISORROPIA CODE II
7620 !C *** SUBROUTINE FUNCO5
7621 !C *** CASE O5
7623 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
7624 !C     1. (Rsulfate > 2.0 ; R(Cr+Na) < 2.0)
7625 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
7626 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : K2SO4, CASO4, NA2SO4
7627 !C     4. Completely dissolved: NH4NO3, NH4CL, (NH4)2SO4, MGSO4
7628 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
7629 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
7630 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
7632 !C=======================================================================
7634       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCO52p1 (X)
7635       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
7637       DOUBLE PRECISION LAMDA
7638       COMMON /CASEO2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8, &
7639                      CHI9, LAMDA, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5,      &
7640                      PSI6, PSI7, PSI8, PSI9,  A1,  A2,  A3,  A4,     &
7641                      A5, A6, A7, A8, A9
7643 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
7645       PSI6   = X
7646       FRST   = .TRUE.
7647       CALAIN = .TRUE.
7649 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
7651       DO 10 I=1,NSWEEP
7653       A1  = XK5 *(WATER/GAMA(2))**3.0
7654       A4  = (XK2/XKW)*R*TEMP*(GAMA(10)/GAMA(5))**2.0
7655       A5  = XK4 *R*TEMP*(WATER/GAMA(10))**2.0
7656       A6  = XK3 *R*TEMP*(WATER/GAMA(11))**2.0
7657       A7  = XK17 *(WATER/GAMA(17))**3.0
7660       IF (CHI5.GE.TINY) THEN
7661          PSI5 = PSI6*CHI5/(A6/A5*(CHI6-PSI6) + PSI6)
7662          PSI5 = MIN (PSI5,CHI5)
7663       ELSE
7664          PSI5 = TINY
7665       ENDIF
7667 !CCC      IF(CHI4.GT.TINY) THEN
7668       IF(W(2).GT.TINY) THEN       ! Accounts for NH3 evaporation
7669          BB   =-(CHI4 + PSI6 + PSI5 + 1.d0/A4)
7670          CC   = CHI4*(PSI5+PSI6) - 2.d0*PSI2/A4
7671          DD   = MAX(BB*BB-4.d0*CC,ZERO)           ! Patch proposed by Uma Shankar, 19/11/01
7672          PSI4 =0.5d0*(-BB - SQRT(DD))
7673          PSI4 = MAX (MIN (PSI4,CHI4), ZERO)
7674       ELSE
7675          PSI4 = TINY
7676       ENDIF
7678       IF (CHI7.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN        ! PSI7
7679          CALL POLY32p1 ((PSI2+PSI8)/(SQRT(A1/A7)+1.D0), ZERO, &
7680                       -A7/4.D0/(SQRT(A1/A7)+1.D0), PSI7, ISLV)
7681          IF (ISLV.EQ.0) THEN
7682              PSI7 = MAX (MIN (PSI7, CHI7), ZERO)
7683          ELSE
7684              PSI7 = ZERO
7685          ENDIF
7686       ELSE
7687          PSI7 = ZERO
7688       ENDIF
7690       IF (CHI1.GE.TINY) THEN                              ! PSI1
7691          PSI1   = SQRT(A1/A7)*PSI7
7692          PSI1   = MIN(PSI1,CHI1)
7693       ELSE
7694          PSI1 = ZERO
7695       ENDIF
7698 !C *** SAVE CONCENTRATIONS IN MOLAL ARRAY ******************************
7700       MOLAL (2) = 2.0D0*PSI1                       ! NaI
7701       MOLAL (3) = 2.0D0*PSI2 + PSI4                ! NH4I
7702       MOLAL (4) = PSI6                             ! CLI
7703       MOLAL (5) = PSI1+PSI2+PSI7+PSI8              ! SO4I
7704       MOLAL (6) = ZERO                             ! HSO4
7705       MOLAL (7) = PSI5                             ! NO3I
7706       MOLAL (8) = ZERO                             ! CaI
7707       MOLAL (9) = 2.0D0*PSI7                       ! KI
7708       MOLAL (10)= PSI8                             ! Mg
7711 !C *** CALCULATE HSO4 SPECIATION AND RETURN *******************************
7714 !CCC      MOLAL (1) = MAX(CHI5 - PSI5, TINY)*A5/PSI5   ! HI
7715        SMIN      = 2.d0*MOLAL(5)+MOLAL(7)+MOLAL(4)-MOLAL(2)-MOLAL(3) &
7716                    -MOLAL(9)-2.D0*MOLAL(10)
7717       CALL CALCPH2p1 (SMIN, HI, OHI)
7718       MOLAL (1) = HI
7720 !C *** CALCULATE GAS / SOLID SPECIES (LIQUID IN MOLAL ALREADY) *********
7722       GNH3     = MAX(CHI4 - PSI4, TINY)
7723       GHNO3    = MAX(CHI5 - PSI5, TINY)
7724       GHCL     = MAX(CHI6 - PSI6, TINY)
7726       CNA2SO4  = MAX(CHI1 - PSI1, TINY)
7727       CNH42S4  = ZERO
7728       CNH4NO3  = ZERO
7729       CNH4Cl   = ZERO
7730       CK2SO4   = MAX(CHI7 - PSI7, TINY)
7731       CMGSO4   = ZERO
7732       CCASO4   = CHI9
7734 !C *** CALCULATE MOLALR ARRAY, WATER AND ACTIVITIES **********************
7736       CALL CALCMR2p1
7738 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
7740       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
7741          CALL CALCACT2p1
7742       ELSE
7743          GOTO 20
7744       ENDIF
7745 10    CONTINUE
7747 !C *** CALCULATE FUNCTION VALUE FOR OUTER LOOP ***************************
7749 20    FUNCO52p1 = MOLAL(1)*MOLAL(4)/GHCL/A6 - ONE
7750 !CCC         FUNCG5A = MOLAL(3)*MOLAL(4)/GHCL/GNH3/A6/A4 - ONE
7752       RETURN
7754 !C *** END OF FUNCTION FUNCO5 *******************************************
7756       END
7759 !C=======================================================================
7761 !C *** ISORROPIA CODE II
7762 !C *** SUBROUTINE CALCO4
7763 !C *** CASE O4
7765 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
7766 !C     1. (Rsulfate > 2.0 ; R(Cr+Na) < 2.0)
7767 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
7768 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : NA2SO4, K2SO4, MGSO4, CASO4
7769 !C     4. Completely dissolved: NH4NO3, NH4CL, (NH4)2SO4
7770 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
7771 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
7772 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
7774 !C=======================================================================
7776       SUBROUTINE CALCO42p1
7777       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
7779       DOUBLE PRECISION LAMDA
7780       COMMON /CASEO2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,  &
7781                      CHI9, LAMDA, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5,       &
7782                      PSI6, PSI7, PSI8, PSI9,  A1,  A2,  A3,  A4,      &
7783                      A5, A6, A7, A8, A9
7785 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
7787       CALAOU = .TRUE.
7788       CHI9   = MIN (W(6), W(2))                     ! CCASO4
7789       SO4FR  = MAX (W(2)-CHI9, ZERO)
7790       CAFR   = MAX (W(6)-CHI9, ZERO)
7791       CHI7   = MIN (0.5D0*W(7), SO4FR)              ! CK2SO4
7792       FRK    = MAX (W(7) - 2.D0*CHI7, ZERO)
7793       SO4FR  = MAX (SO4FR - CHI7, ZERO)
7794       CHI1   = MIN (0.5D0*W(1), SO4FR)              ! NA2SO4
7795       NAFR   = MAX (W(1) - 2.D0*CHI1, ZERO)
7796       SO4FR  = MAX (SO4FR - CHI1, ZERO)
7797       CHI8   = MIN (W(8), SO4FR)                    ! CMGSO4
7798       FRMG    = MAX(W(8) - CHI8, ZERO)
7799       SO4FR   = MAX(SO4FR - CHI8, ZERO)
7800       CHI3   = ZERO
7801       CHI5   = W(4)
7802       CHI6   = W(5)
7803       CHI2   = MAX (SO4FR, ZERO)
7804       CHI4   = MAX (W(3)-2.D0*CHI2, ZERO)
7806       PSI2   = CHI2
7807       PSI3   = ZERO
7808       PSI7   = ZERO
7809       PSI8   = CHI8
7810       PSI6LO = TINY
7811       PSI6HI = CHI6-TINY    ! MIN(CHI6-TINY, CHI4)
7813       WATER  = CHI2/M0(4) + CHI1/M0(2) + CHI7/M0(17) + CHI8/M0(21)
7814       WATER  = MAX (WATER , TINY)
7816 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
7818       X1 = PSI6LO
7819       Y1 = FUNCO42p1 (X1)
7820       IF (CHI6.LE.TINY) GOTO 50
7821 !CCC      IF (ABS(Y1).LE.EPS .OR. CHI6.LE.TINY) GOTO 50
7822 !CCC      IF (WATER .LE. TINY) GOTO 50               ! No water
7824 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
7826       DX = (PSI6HI-PSI6LO)/FLOAT(NDIV)
7827       DO 10 I=1,NDIV
7828          X2 = X1+DX
7829          Y2 = FUNCO42p1 (X2)
7830          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
7831          X1 = X2
7832          Y1 = Y2
7833 10    CONTINUE
7835 !C *** NO SUBDIVISION WITH SOLUTION; IF ABS(Y2)<EPS SOLUTION IS ASSUMED
7837       IF (ABS(Y2) .GT. EPS) Y2 = FUNCO42p1 (PSI6LO)
7838       GOTO 50
7840 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
7842 20    DO 30 I=1,MAXIT
7843          X3 = 0.5*(X1+X2)
7844          Y3 = FUNCO42p1 (X3)
7845          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
7846             Y2    = Y3
7847             X2    = X3
7848          ELSE
7849             Y1    = Y3
7850             X1    = X3
7851          ENDIF
7852          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
7853 30    CONTINUE
7854       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCO42p1')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
7856 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
7858 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
7859       Y3 = FUNCO42p1 (X3)
7861 !C *** FINAL CALCULATIONS **********************************************
7863 50    CONTINUE
7865 !C *** Na2SO4 DISSOLUTION
7867       IF (CHI1.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN        ! PSI1
7868          CALL POLY32p1 (PSI2+PSI7+PSI8, ZERO, -A1/4.D0, PSI1, ISLV)
7869          IF (ISLV.EQ.0) THEN
7870              PSI1 = MIN (PSI1, CHI1)
7871          ELSE
7872              PSI1 = ZERO
7873          ENDIF
7874       ELSE
7875          PSI1 = ZERO
7876       ENDIF
7877       MOLAL(2) = 2.0D0*PSI1               ! Na+  EFFECT
7878       MOLAL(5) = MOLAL(5) + PSI1          ! SO4  EFFECT
7879       CNA2SO4  = MAX(CHI1 - PSI1, ZERO)   ! NA2SO4(s) depletion
7881 !C *** HSO4 equilibrium
7884       IF (MOLAL(1).GT.TINY .AND. MOLAL(5).GT.TINY) THEN
7885          CALL CALCHS42p1 (MOLAL(1), MOLAL(5), ZERO, DELTA)
7886          MOLAL(1) = MOLAL(1) - DELTA     ! H+   AFFECT
7887          MOLAL(5) = MOLAL(5) - DELTA     ! SO4  AFFECT
7888          MOLAL(6) = DELTA                ! HSO4 AFFECT
7889       ENDIF
7891       RETURN
7893 !C *** END OF SUBROUTINE CALCO4 ******************************************
7895       END
7898 !C=======================================================================
7900 !C *** ISORROPIA CODE
7901 !C *** SUBROUTINE FUNCO4
7902 !C *** CASE O4 ; SUBCASE 1
7904 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
7905 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; SODIUM POOR (SODRAT < 2.0)
7906 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
7907 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : (NH4)2SO4, NH4CL, NA2SO4
7909 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
7910 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
7911 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
7913 !C=======================================================================
7915       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCO42p1 (X)
7916       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
7918       DOUBLE PRECISION LAMDA
7919       COMMON /CASEO2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,  &
7920                      CHI9, LAMDA, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5,       &
7921                      PSI6, PSI7, PSI8, PSI9,  A1,  A2,  A3,  A4,      &
7922                      A5, A6, A7, A8, A9
7924 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
7926       PSI6   = X
7927       PSI2   = CHI2
7928       FRST   = .TRUE.
7929       CALAIN = .TRUE.
7931 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
7933       DO 10 I=1,NSWEEP
7935       A1  = XK5 *(WATER/GAMA(2))**3.0
7936       A4  = (XK2/XKW)*R*TEMP*(GAMA(10)/GAMA(5))**2.0
7937       A5  = XK4 *R*TEMP*(WATER/GAMA(10))**2.0
7938       A6  = XK3 *R*TEMP*(WATER/GAMA(11))**2.0
7939       A7  = XK17 *(WATER/GAMA(17))**3.0
7940 !C      A8  = XK23 *(WATER/GAMA(21))**2.0
7942 !C  CALCULATE DISSOCIATION QUANTITIES
7944       IF (CHI5.GE.TINY) THEN
7945          PSI5 = PSI6*CHI5/(A6/A5*(CHI6-PSI6) + PSI6)
7946          PSI5 = MIN (PSI5,CHI5)
7947       ELSE
7948          PSI5 = TINY
7949       ENDIF
7951 !CCC      IF(CHI4.GT.TINY) THEN
7952       IF(W(2).GT.TINY) THEN       ! Accounts for NH3 evaporation
7953          BB   =-(CHI4 + PSI6 + PSI5 + 1.d0/A4)
7954          CC   = CHI4*(PSI5+PSI6) - 2.d0*PSI2/A4
7955          DD   = MAX(BB*BB-4.d0*CC,ZERO)           ! Patch proposed by Uma Shankar, 19/11/01
7956          PSI4 =0.5d0*(-BB - SQRT(DD))
7957          PSI4 = MAX (MIN (PSI4,CHI4), ZERO)
7958       ELSE
7959          PSI4 = TINY
7960       ENDIF
7962       IF (CHI7.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN        ! PSI7
7963          CALL POLY32p1 (PSI2+PSI8, ZERO, -A7/4.D0, PSI7, ISLV)
7964          IF (ISLV.EQ.0) THEN
7965              PSI7 = MAX (MIN (PSI7, CHI7), ZERO)
7966          ELSE
7967              PSI7 = ZERO
7968          ENDIF
7969       ELSE
7970          PSI7 = ZERO
7971       ENDIF
7973 !C *** CALCULATE GAS / SOLID SPECIES (LIQUID IN MOLAL ALREADY) *********
7975       MOLAL (2) = ZERO                             ! NAI
7976       MOLAL (3) = 2.0D0*PSI2 + PSI4                ! NH4I
7977       MOLAL (4) = PSI6                             ! CLI
7978       MOLAL (5) = PSI2+PSI7+PSI8                   ! SO4I
7979       MOLAL (6) = ZERO                             ! HSO4
7980       MOLAL (7) = PSI5                             ! NO3I
7981       MOLAL (8) = ZERO                             ! CAI
7982       MOLAL (9) = 2.0D0*PSI7                       ! KI
7983       MOLAL (10)= PSI8                             ! MGI
7986 !C *** CALCULATE HSO4 SPECIATION AND RETURN *******************************
7989 !CCC      MOLAL (1) = MAX(CHI5 - PSI5, TINY)*A5/PSI5   ! HI
7990        SMIN      = 2.d0*MOLAL(5)+MOLAL(7)+MOLAL(4)-MOLAL(2)-MOLAL(3) &
7991                    -MOLAL(9)-2.D0*MOLAL(10)
7992       CALL CALCPH2p1 (SMIN, HI, OHI)
7993       MOLAL (1) = HI
7995 !C *** CALCULATE GAS / SOLID SPECIES (LIQUID IN MOLAL ALREADY) *********
7997       GNH3     = MAX(CHI4 - PSI4, TINY)
7998       GHNO3    = MAX(CHI5 - PSI5, TINY)
7999       GHCL     = MAX(CHI6 - PSI6, TINY)
8001       CNH42S4  = ZERO
8002       CNH4NO3  = ZERO
8003       CNH4Cl   = ZERO
8004       CK2SO4   = MAX(CHI7 - PSI7, TINY)
8005       CMGSO4   = ZERO
8006       CCASO4   = CHI9
8008       CALL CALCMR2p1                                     ! Water content
8010 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
8012       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
8013          CALL CALCACT2p1
8014       ELSE
8015          GOTO 20
8016       ENDIF
8017 10    CONTINUE
8019 !C *** CALCULATE FUNCTION VALUE FOR OUTER LOOP ***************************
8021 20    FUNCO42p1 = MOLAL(1)*MOLAL(4)/GHCL/A6 - ONE
8022 !CCC         FUNCO4 = MOLAL(3)*MOLAL(4)/GHCL/GNH3/A6/A4 - ONE
8024       RETURN
8026 !C *** END OF FUNCTION FUNCO4 *******************************************
8028       END
8030 !C=======================================================================
8032 !C *** ISORROPIA CODE II
8033 !C *** SUBROUTINE CALCO3
8034 !C *** CASE O3
8036 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
8037 !C     1. SULFATE POOR (SO4RAT > 2.0), Cr+NA poor (CRNARAT < 2)
8038 !C     2. SOLID & LIQUID AEROSOL POSSIBLE
8039 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : (NH4)2SO4, NH4NO3, NH4Cl, NA2SO4, K2SO4, MGSO4, CASO4
8041 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
8042 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
8043 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS & ATHANASIOS NENES
8045 !C=======================================================================
8047       SUBROUTINE CALCO32p1
8048       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
8049       EXTERNAL CALCO1A2p1, CALCO42p1
8051 !C *** REGIME DEPENDS ON THE EXISTANCE OF WATER AND OF THE RH ************
8053       IF (W(4).GT.TINY .AND. W(5).GT.TINY) THEN ! NO3,CL EXIST, WATER POSSIBLE
8054          SCASE = 'O3 ; SUBCASE 1'
8055          CALL CALCO3A2p1
8056          SCASE = 'O3 ; SUBCASE 1'
8057       ELSE                                      ! NO3, CL NON EXISTANT
8058          SCASE = 'O1 ; SUBCASE 1'
8059          CALL CALCO1A2p1
8060          SCASE = 'O1 ; SUBCASE 1'
8061       ENDIF
8063       IF (WATER.LE.TINY) THEN
8064          IF (RH.LT.DRMO3) THEN        ! ONLY SOLIDS
8065             WATER = TINY
8066             DO 10 I=1,NIONS
8067                MOLAL(I) = ZERO
8068 10          CONTINUE
8069             CALL CALCO1A2p1
8070             SCASE = 'O3 ; SUBCASE 2'
8071             RETURN
8072          ELSE
8073             SCASE = 'O3 ; SUBCASE 3'  ! MDRH REGION (NA2SO4, NH42S4, K2SO4, MGSO4, CASO4)
8074             CALL CALCMDRH22p1 (RH, DRMO3, DRNH42S4, CALCO1A2p1, CALCO42p1)
8075             SCASE = 'O3 ; SUBCASE 3'
8076          ENDIF
8077       ENDIF
8079       RETURN
8081 !C *** END OF SUBROUTINE CALCO3 ******************************************
8083       END
8085 !C=======================================================================
8087 !C *** ISORROPIA CODE II
8088 !C *** SUBROUTINE CALCO3A
8089 !C *** CASE O3 ; SUBCASE 1
8091 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
8092 !C     1. (Rsulfate > 2.0 ; R(Cr+Na) < 2.0)
8093 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
8094 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : (NH4)2SO4, NA2SO4, K2SO4, MGSO4, CASO4
8095 !C     4. Completely dissolved: NH4NO3, NH4CL
8097 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
8098 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
8099 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
8101 !C=======================================================================
8103       SUBROUTINE CALCO3A2p1
8104       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
8106       DOUBLE PRECISION LAMDA
8107       COMMON /CASEO2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,   &
8108                      CHI9, LAMDA, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5,        &
8109                      PSI6, PSI7, PSI8, PSI9, A1,  A2,  A3,  A4,        &
8110                      A5,  A6,  A7,  A8,  A9
8112 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
8114       CALAOU = .TRUE.
8115       CHI9   = MIN (W(6), W(2))                     ! CCASO4
8116       SO4FR  = MAX (W(2)-CHI9, ZERO)
8117       CAFR   = MAX (W(6)-CHI9, ZERO)
8118       CHI7   = MIN (0.5D0*W(7), SO4FR)              ! CK2SO4
8119       FRK    = MAX (W(7) - 2.D0*CHI7, ZERO)
8120       SO4FR  = MAX (SO4FR - CHI7, ZERO)
8121       CHI1   = MIN (0.5D0*W(1), SO4FR)              ! NA2SO4
8122       NAFR   = MAX (W(1) - 2.D0*CHI1, ZERO)
8123       SO4FR  = MAX (SO4FR - CHI1, ZERO)
8124       CHI8   = MIN (W(8), SO4FR)                    ! CMGSO4
8125       FRMG    = MAX(W(8) - CHI8, ZERO)
8126       SO4FR   = MAX(SO4FR - CHI8, ZERO)
8127       CHI3   = ZERO
8128       CHI5   = W(4)
8129       CHI6   = W(5)
8130       CHI2   = MAX (SO4FR, ZERO)
8131       CHI4   = MAX (W(3)-2.D0*CHI2, ZERO)
8133       PSI8   = CHI8
8134       PSI6LO = TINY
8135       PSI6HI = CHI6-TINY
8137       WATER  = TINY
8139 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
8141       X1 = PSI6LO
8142       Y1 = FUNCO3A2p1 (X1)
8143       IF (CHI6.LE.TINY) GOTO 50
8144 !CCC      IF (ABS(Y1).LE.EPS .OR. CHI7.LE.TINY) GOTO 50
8145 !CCC      IF (WATER .LE. TINY) GOTO 50               ! No water
8147 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
8149       DX = (PSI6HI-PSI6LO)/FLOAT(NDIV)
8150       DO 10 I=1,NDIV
8151          X2 = X1+DX
8152          Y2 = FUNCO3A2p1 (X2)
8153          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
8154          X1 = X2
8155          Y1 = Y2
8156 10    CONTINUE
8158 !C *** NO SUBDIVISION WITH SOLUTION; IF ABS(Y2)<EPS SOLUTION IS ASSUMED
8160       IF (ABS(Y2) .GT. EPS) Y2 = FUNCO3A2p1 (PSI6LO)
8161       GOTO 50
8163 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
8165 20    DO 30 I=1,MAXIT
8166          X3 = 0.5*(X1+X2)
8167          Y3 = FUNCO3A2p1 (X3)
8168          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
8169             Y2    = Y3
8170             X2    = X3
8171          ELSE
8172             Y1    = Y3
8173             X1    = X3
8174          ENDIF
8175          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
8176 30    CONTINUE
8177       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCO3A2p1')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
8179 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
8181 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
8182       Y3 = FUNCO3A2p1 (X3)
8184 !C *** FINAL CALCULATIONS *************************************************
8186 50    CONTINUE
8188 !C *** Na2SO4 DISSOLUTION
8190       IF (CHI1.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN        ! PSI1
8191          CALL POLY32p1 (PSI2+PSI7+PSI8, ZERO, -A1/4.D0, PSI1, ISLV)
8192          IF (ISLV.EQ.0) THEN
8193              PSI1 = MIN (max (PSI1, zero), CHI1)
8194          ELSE
8195              PSI1 = ZERO
8196          ENDIF
8197       ELSE
8198          PSI1 = ZERO
8199       ENDIF
8200       MOLAL(2) = 2.0D0*PSI1               ! Na+  EFFECT
8201       MOLAL(5) = MOLAL(5) + PSI1          ! SO4  EFFECT
8202       CNA2SO4  = MAX(CHI1 - PSI1, ZERO)   ! NA2SO4(s) depletion
8204 !C *** HSO4 equilibrium
8206       IF (MOLAL(1).GT.TINY .AND. MOLAL(5).GT.TINY) THEN
8207          CALL CALCHS42p1 (MOLAL(1), MOLAL(5), ZERO, DELTA)
8208          MOLAL(1) = MOLAL(1) - DELTA     ! H+   AFFECT
8209          MOLAL(5) = MOLAL(5) - DELTA     ! SO4  AFFECT
8210          MOLAL(6) = DELTA                ! HSO4 AFFECT
8211       ENDIF
8213       RETURN
8215 !C *** END OF SUBROUTINE CALCO3A ******************************************
8217       END
8219 !C=======================================================================
8221 !C *** ISORROPIA CODE II
8222 !C *** SUBROUTINE FUNCO3A
8223 !C *** CASE O3; SUBCASE 1
8225 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
8226 !C     1. (Rsulfate > 2.0 ; R(Cr+Na) < 2.0)
8227 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
8228 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : (NH4)2SO4, NA2SO4, K2SO4, MgSO4, CaSO4
8229 !C     4. Completely dissolved: NH4NO3, NH4CL
8231 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
8232 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
8233 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
8235 !C=======================================================================
8237       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCO3A2p1 (X)
8238       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
8240       DOUBLE PRECISION LAMDA
8241       COMMON /CASEO2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,  &
8242                      CHI9, LAMDA, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5,       &
8243                      PSI6, PSI7, PSI8, PSI9,  A1,  A2,  A3,  A4,      &
8244                      A5, A6, A7, A8, A9
8246 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
8248       PSI2   = CHI2
8249       PSI8   = CHI8
8250       PSI3   = ZERO
8251       PSI6   = X
8253       FRST   = .TRUE.
8254       CALAIN = .TRUE.
8256 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
8258       DO 10 I=1,NSWEEP
8260       A1  = XK5 *(WATER/GAMA(2))**3.0D0
8261       A2  = XK7 *(WATER/GAMA(4))**3.0D0
8262       A4  = (XK2/XKW)*R*TEMP*(GAMA(10)/GAMA(5))**2.0D0
8263       A5  = XK4 *R*TEMP*(WATER/GAMA(10))**2.0D0
8264       A6  = XK3 *R*TEMP*(WATER/GAMA(11))**2.0D0
8265       A7  = XK17 *(WATER/GAMA(17))**3.0D0
8266 !C      A8  = XK23 *(WATER/GAMA(21))**2.0D0
8267       A65 = A6/A5
8269 !C  CALCULATE DISSOCIATION QUANTITIES
8271       DENO = MAX(CHI6-PSI6-PSI3, ZERO)
8272       PSI5 = PSI6*CHI5/(A6/A5*DENO + PSI6)
8273       PSI5 = MIN(MAX(PSI5,ZERO),CHI5)
8275 !CCC      IF(CHI4.GT.TINY) THEN                             ! PSI4
8276       IF(W(2).GT.TINY) THEN       ! Accounts for NH3 evaporation
8277          BB   =-(CHI4 + PSI6 + PSI5 + 1.d0/A4)
8278          CC   = CHI4*(PSI5+PSI6) - 2.d0*PSI2/A4
8279          DD   = MAX(BB*BB-4.d0*CC,ZERO)  ! Patch proposed by Uma Shankar, 19/11/01
8280          PSI4 =0.5d0*(-BB - SQRT(DD))
8281       ELSE
8282          PSI4 = TINY
8283       ENDIF
8284          PSI4 = MIN (MAX (PSI4,ZERO), CHI4)
8286       IF (CHI7.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN        ! PSI7
8287          CALL POLY32p1 (PSI2+PSI8, ZERO, -A7/4.D0, PSI7, ISLV)
8288          IF (ISLV.EQ.0) THEN
8289              PSI7 = MAX (MIN (PSI7, CHI7), ZERO)
8290          ELSE
8291              PSI7 = ZERO
8292          ENDIF
8293       ELSE
8294          PSI7 = ZERO
8295       ENDIF
8297       IF (CHI2.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN
8298          CALL POLY32p1 (PSI7+PSI8+PSI4, PSI4*(PSI7+PSI8)+              &
8299                      PSI4*PSI4/4.D0, (PSI4*PSI4*(PSI7+PSI8)-A2)     &
8300                      /4.D0,PSI20, ISLV)
8301          IF (ISLV.EQ.0) PSI2 = MIN (MAX(PSI20,ZERO), CHI2)
8302       ENDIF
8303 !C      PSI2 = 0.5D0*(2.0D0*SQRT(A2/A7)*PSI7 - PSI4)
8304 !C      PSI2 = MIN (MAX(PSI2, ZERO), CHI2)
8305 !C      ENDIF
8307 !C *** SAVE CONCENTRATIONS IN MOLAL ARRAY ******************************
8309       MOLAL (2) = ZERO                             ! NaI
8310       MOLAL (3) = 2.0D0*PSI2 + PSI4                ! NH4I
8311       MOLAL (4) = PSI6                             ! CLI
8312       MOLAL (5) = PSI2+PSI7+PSI8                   ! SO4I
8313       MOLAL (6) = ZERO                             ! HSO4
8314       MOLAL (7) = PSI5                             ! NO3I
8315       MOLAL (8) = ZERO                             ! CAI
8316       MOLAL (9) = 2.0D0*PSI7                       ! KI
8317       MOLAL (10)= PSI8                             ! MGI
8319 !CCC      MOLAL (1) = MAX(CHI5 - PSI5, TINY)*A5/PSI5   ! HI
8320       SMIN      = 2.d0*MOLAL(5)+MOLAL(7)+MOLAL(4)-MOLAL(2)-MOLAL(3) &
8321                    -MOLAL(9)-2.D0*MOLAL(10)
8322       CALL CALCPH2p1 (SMIN, HI, OHI)
8323       MOLAL (1) = HI
8325 !C *** CALCULATE GAS / SOLID SPECIES (LIQUID IN MOLAL ALREADY) *********
8327       GNH3      = MAX(CHI4 - PSI4, TINY)
8328       GHNO3     = MAX(CHI5 - PSI5, TINY)
8329       GHCL      = MAX(CHI6 - PSI6, TINY)
8331 !C      CNA2SO4  = MAX(CHI1 - PSI1, ZERO)
8332       CNH42S4  = MAX(CHI2 - PSI2, ZERO)
8333       CNH4NO3  = ZERO
8334       CNH4Cl   = ZERO
8335       CK2SO4   = MAX(CHI7 - PSI7, ZERO)
8336       CMGSO4   = ZERO
8337       CCASO4   = CHI9
8339 !C *** CALCULATE MOLALR ARRAY, WATER AND ACTIVITIES **********************
8341       CALL CALCMR2p1
8343 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
8345       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
8346          CALL CALCACT2p1
8347       ELSE
8348          GOTO 20
8349       ENDIF
8350 10    CONTINUE
8352 !C *** CALCULATE FUNCTION VALUE FOR OUTER LOOP ***************************
8354 20    FUNCO3A2p1 = MOLAL(1)*MOLAL(4)/GHCL/A6 - ONE
8357       RETURN
8359 !C *** END OF FUNCTION FUNCO3A *******************************************
8361       END
8364 !C=======================================================================
8366 !C *** ISORROPIA CODE II
8367 !C *** SUBROUTINE CALCO2
8368 !C *** CASE O2
8370 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
8371 !C     1. SULFATE POOR (SO4RAT > 2.0), Cr+NA poor (CRNARAT < 2)
8372 !C     2. SOLID & LIQUID AEROSOL POSSIBLE
8373 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : (NH4)2SO4, NH4NO3, NH4Cl, NA2SO4, K2SO4, MGSO4, CASO4
8375 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
8376 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
8377 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS & ATHANASIOS NENES
8379 !C=======================================================================
8381       SUBROUTINE CALCO22p1
8382       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
8383       EXTERNAL CALCO1A2p1, CALCO3A2p1, CALCO42p1
8385 !C *** REGIME DEPENDS ON THE EXISTANCE OF NITRATES ***********************
8387       IF (W(4).GT.TINY) THEN        ! NO3 EXISTS, WATER POSSIBLE
8388          SCASE = 'O2 ; SUBCASE 1'
8389          CALL CALCO2A2p1
8390          SCASE = 'O2 ; SUBCASE 1'
8391       ELSE                          ! NO3 NON EXISTANT, WATER NOT POSSIBLE
8392          SCASE = 'O1 ; SUBCASE 1'
8393          CALL CALCO1A2p1
8394          SCASE = 'O1 ; SUBCASE 1'
8395       ENDIF
8397 !C *** REGIME DEPENDS ON THE EXISTANCE OF WATER AND OF THE RH ************
8399       IF (WATER.LE.TINY) THEN
8400          IF (RH.LT.DRMO2) THEN             ! ONLY SOLIDS
8401             WATER = TINY
8402             DO 10 I=1,NIONS
8403                MOLAL(I) = ZERO
8404 10          CONTINUE
8405             CALL CALCO1A2p1
8406             SCASE = 'O2 ; SUBCASE 2'
8407          ELSE
8408             IF (W(5).GT. TINY) THEN
8409                SCASE = 'O2 ; SUBCASE 3'    ! MDRH (NH4CL, NA2SO4, NH42S4, K2SO4, MGSO4, CASO4)
8410                CALL CALCMDRH22p1 (RH, DRMO2, DRNH4CL, CALCO1A2p1, CALCO3A2p1)
8411                SCASE = 'O2 ; SUBCASE 3'
8412             ENDIF
8413             IF (WATER.LE.TINY .AND. RH.GE.DRMO3) THEN
8414                SCASE = 'O2 ; SUBCASE 4'    ! MDRH (NA2SO4, NH42S4, K2SO4, MGSO4, CASO4)
8415                CALL CALCMDRH22p1 (RH, DRMO3, DRNH42S4, CALCO1A2p1, CALCO42p1)
8416                SCASE = 'O2 ; SUBCASE 4'
8417             ELSE
8418                WATER = TINY
8419                DO 20 I=1,NIONS
8420                   MOLAL(I) = ZERO
8421 20             CONTINUE
8422                CALL CALCO1A2p1
8423                SCASE = 'O2 ; SUBCASE 2'
8424             ENDIF
8425          ENDIF
8426       ENDIF
8428       RETURN
8430 !C *** END OF SUBROUTINE CALCO2 ******************************************
8432       END
8434 !C=======================================================================
8436 !C *** ISORROPIA CODE II
8437 !C *** SUBROUTINE CALCO2A
8438 !C *** CASE O2 ; SUBCASE 1
8440 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
8441 !C     1. (Rsulfate > 2.0 ; R(Cr+Na) < 2.0)
8442 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
8443 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : (NH4)2SO4, NH4CL, NA2SO4, K2SO4, MgSO4, CaSO4
8444 !C     4. Completely dissolved: NH4NO3
8446 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
8447 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
8448 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
8450 !C=======================================================================
8452       SUBROUTINE CALCO2A2p1
8453       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
8455       DOUBLE PRECISION LAMDA
8456       COMMON /CASEO2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,   &
8457                      CHI9, LAMDA, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5,        &
8458                      PSI6, PSI7, PSI8, PSI9,  A1,  A2,  A3,  A4,       &
8459                      A5, A6, A7, A8, A9
8461 !C *** SETUP PARAMETERS *************************************************
8463       CALAOU = .TRUE.
8464       CHI9   = MIN (W(6), W(2))                     ! CCASO4
8465       SO4FR  = MAX (W(2)-CHI9, ZERO)
8466       CAFR   = MAX (W(6)-CHI9, ZERO)
8467       CHI7   = MIN (0.5D0*W(7), SO4FR)              ! CK2SO4
8468       FRK    = MAX (W(7) - 2.D0*CHI7, ZERO)
8469       SO4FR  = MAX (SO4FR - CHI7, ZERO)
8470       CHI1   = MIN (0.5D0*W(1), SO4FR)              ! NA2SO4
8471       NAFR   = MAX (W(1) - 2.D0*CHI1, ZERO)
8472       SO4FR  = MAX (SO4FR - CHI1, ZERO)
8473       CHI8   = MIN (W(8), SO4FR)                    ! CMGSO4
8474       FRMG    = MAX(W(8) - CHI8, ZERO)
8475       SO4FR   = MAX(SO4FR - CHI8, ZERO)
8476       CHI3   = ZERO
8477       CHI5   = W(4)
8478       CHI6   = W(5)
8479       CHI2   = MAX (SO4FR, ZERO)
8480       CHI4   = MAX (W(3)-2.D0*CHI2, ZERO)
8482       PSI8   = CHI8
8483       PSI6LO = TINY
8484       PSI6HI = CHI6-TINY
8486       WATER  = TINY
8488 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION *************************************
8490       X1 = PSI6LO
8491       Y1 = FUNCO2A2p1 (X1)
8492       IF (CHI6.LE.TINY) GOTO 50
8493 !CCC      IF (ABS(Y1).LE.EPS .OR. CHI6.LE.TINY) GOTO 50
8494 !CCC      IF (WATER .LE. TINY) GOTO 50               ! No water
8496 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO ***********************
8498       DX = (PSI6HI-PSI6LO)/FLOAT(NDIV)
8499       DO 10 I=1,NDIV
8500          X2 = X1+DX
8501          Y2 = FUNCO2A2p1 (X2)
8502          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
8503          X1 = X2
8504          Y1 = Y2
8505 10    CONTINUE
8507 !C *** NO SUBDIVISION WITH SOLUTION; IF ABS(Y2)<EPS SOLUTION IS ASSUMED
8509       IF (ABS(Y2) .GT. EPS) WATER = TINY
8510       GOTO 50
8512 !C *** PERFORM BISECTION ************************************************
8514 20    DO 30 I=1,MAXIT
8515          X3 = 0.5*(X1+X2)
8516          Y3 = FUNCO2A2p1 (X3)
8517          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
8518             Y2    = Y3
8519             X2    = X3
8520          ELSE
8521             Y1    = Y3
8522             X1    = X3
8523          ENDIF
8524          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
8525 30    CONTINUE
8526       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCO2A')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
8528 !C *** CONVERGED ; RETURN ***********************************************
8530 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
8531       IF (X3.LE.TINY2) THEN   ! PRACTICALLY NO NITRATES, SO DRY SOLUTION
8532          WATER = TINY
8533       ELSE
8534          Y3 = FUNCO2A2p1 (X3)
8535       ENDIF
8537 !C *** FINAL CALCULATIONS *************************************************
8539 50    CONTINUE
8541 !C *** Na2SO4 DISSOLUTION
8543       IF (CHI1.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN        ! PSI1
8544          CALL POLY32p1 (PSI2+PSI7+PSI8, ZERO, -A1/4.D0, PSI1, ISLV)
8545          IF (ISLV.EQ.0) THEN
8546              PSI1 = MIN (PSI1, CHI1)
8547          ELSE
8548              PSI1 = ZERO
8549          ENDIF
8550       ELSE
8551          PSI1 = ZERO
8552       ENDIF
8553       MOLAL(2) = 2.0D0*PSI1               ! Na+  EFFECT
8554       MOLAL(5) = MOLAL(5) + PSI1          ! SO4  EFFECT
8555       CNA2SO4  = MAX(CHI1 - PSI1, ZERO)   ! NA2SO4(s) depletion
8557 !C *** HSO4 equilibrium
8559       IF (MOLAL(1).GT.TINY .AND. MOLAL(5).GT.TINY) THEN
8560          CALL CALCHS42p1 (MOLAL(1), MOLAL(5), ZERO, DELTA)
8561          MOLAL(1) = MOLAL(1) - DELTA     ! H+   AFFECT
8562          MOLAL(5) = MOLAL(5) - DELTA     ! SO4  AFFECT
8563          MOLAL(6) = DELTA                ! HSO4 AFFECT
8564       ENDIF
8566       RETURN
8568 !C *** END OF SUBROUTINE CALCO2A ******************************************
8570       END
8572 !C=======================================================================
8574 !C *** ISORROPIA CODE II
8575 !C *** SUBROUTINE FUNCO2A
8576 !C *** CASE O2; SUBCASE 1
8578 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
8579 !C     1. (Rsulfate > 2.0 ; R(Cr+Na) < 2.0)
8580 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
8581 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : (NH4)2SO4, NH4CL, NA2SO4, K2SO4, MgSO4, CaSO4
8582 !C     4. Completely dissolved: NH4NO3
8583 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
8584 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
8585 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
8587 !C=======================================================================
8589       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCO2A2p1 (X)
8590       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
8592       DOUBLE PRECISION LAMDA
8593       COMMON /CASEO2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,     &
8594                      CHI9, LAMDA, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5,          &
8595                      PSI6, PSI7, PSI8, PSI9,  A1,  A2,  A3,  A4,         &
8596                      A5, A6, A7, A8, A9
8598 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
8600       PSI6   = X
8601       PSI2   = CHI2
8602       PSI3   = ZERO
8604       FRST   = .TRUE.
8605       CALAIN = .TRUE.
8607 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
8609       DO 10 I=1,NSWEEP
8611       A1  = XK5 *(WATER/GAMA(2))**3.0D0
8612       A2  = XK7 *(WATER/GAMA(4))**3.0D0
8613       A3  = XK6 /(R*TEMP*R*TEMP)
8614       A4  = (XK2/XKW)*R*TEMP*(GAMA(10)/GAMA(5))**2.0D0
8615       A5  = XK4 *R*TEMP*(WATER/GAMA(10))**2.0D0
8616       A6  = XK3 *R*TEMP*(WATER/GAMA(11))**2.0D0
8617       A65 = A6/A5
8618       A7  = XK17 *(WATER/GAMA(17))**3.0D0
8619 !C      A8  = XK23 *(WATER/GAMA(21))**2.0D0
8621       DENO = MAX(CHI6-PSI6-PSI3, ZERO)
8622       PSI5 = PSI6*CHI5/(A6/A5*DENO + PSI6)
8623       PSI5 = MIN(PSI5,CHI5)
8625       PSI4 = MIN(PSI5+PSI6,CHI4)
8628       IF (CHI7.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN        ! PSI7
8629          CALL POLY32p1 (PSI2+PSI8, ZERO, -A7/4.D0, PSI7, ISLV)
8630          IF (ISLV.EQ.0) THEN
8631              PSI7 = MAX (MIN (PSI7, CHI7), ZERO)
8632          ELSE
8633              PSI7 = ZERO
8634          ENDIF
8635       ELSE
8636          PSI7 = ZERO
8637       ENDIF
8639       IF (CHI2.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN
8640          CALL POLY32p1 (PSI7+PSI8+PSI4, PSI4*(PSI7+PSI8)+              &
8641                      PSI4*PSI4/4.D0, (PSI4*PSI4*(PSI7+PSI8)-A2)     &
8642                      /4.D0,PSI20, ISLV)
8643          IF (ISLV.EQ.0) PSI2 = MIN (MAX(PSI20,ZERO), CHI2)
8644       ENDIF
8645 !C      PSI2 = 0.5D0*(2.0D0*SQRT(A2/A7)*PSI7 - PSI4)
8646 !C      PSI2 = MIN (PSI2, CHI2)
8647 !C      ENDIF
8649 !C *** SAVE CONCENTRATIONS IN MOLAL ARRAY ******************************
8651       MOLAL (2) = ZERO                             ! NaI
8652       MOLAL (3) = 2.0D0*PSI2 + PSI4                ! NH4I
8653       MOLAL (4) = PSI6                             ! CLI
8654       MOLAL (5) = PSI2+PSI7+PSI8                   ! SO4I
8655       MOLAL (6) = ZERO                             ! HSO4
8656       MOLAL (7) = PSI5                             ! NO3I
8657       MOLAL (8) = ZERO                             ! CAI
8658       MOLAL (9) = 2.0D0*PSI7                       ! KI
8659       MOLAL (10)= PSI8                             ! MGI
8661 !CCC      MOLAL (1) = MAX(CHI5 - PSI5, TINY)*A5/PSI5   ! HI
8662       SMIN      = 2.d0*MOLAL(5)+MOLAL(7)+MOLAL(4)-MOLAL(2)-MOLAL(3) &
8663                    -MOLAL(9)-2.D0*MOLAL(10)
8664       CALL CALCPH2p1 (SMIN, HI, OHI)
8665       MOLAL (1) = HI
8667 !C *** CALCULATE GAS / SOLID SPECIES (LIQUID IN MOLAL ALREADY) *********
8669       GNH3      = MAX(CHI4 - PSI4, TINY)
8670       GHNO3     = MAX(CHI5 - PSI5, TINY)
8671       GHCL      = MAX(CHI6 - PSI6, TINY)
8673 !C      CNA2SO4  = MAX(CHI1 - PSI1, ZERO)
8674       CNH42S4  = MAX(CHI2 - PSI2, ZERO)
8675       CNH4NO3  = ZERO
8676       CK2SO4   = MAX(CHI7 - PSI7, ZERO)
8677       CMGSO4   = ZERO
8678       CCASO4   = CHI9
8679       
8681 !C *** NH4Cl(s) calculations
8683       A3   = XK6 /(R*TEMP*R*TEMP)
8684       IF (GNH3*GHCL.GT.A3) THEN
8685          DELT = MIN(GNH3, GHCL)
8686          BB = -(GNH3+GHCL)
8687          CC = GNH3*GHCL-A3
8688          DD = BB*BB - 4.D0*CC
8689          PSI31 = 0.5D0*(-BB + SQRT(DD))
8690          PSI32 = 0.5D0*(-BB - SQRT(DD))
8691          IF (DELT-PSI31.GT.ZERO .AND. PSI31.GT.ZERO) THEN
8692             PSI3 = PSI31
8693          ELSEIF (DELT-PSI32.GT.ZERO .AND. PSI32.GT.ZERO) THEN
8694             PSI3 = PSI32
8695          ELSE
8696             PSI3 = ZERO
8697          ENDIF
8698       ELSE
8699          PSI3 = ZERO
8700       ENDIF
8701          PSI3 = MIN(MIN(PSI3,CHI4-PSI4),CHI6-PSI6)
8703 !C *** CALCULATE GAS / SOLID SPECIES (LIQUID IN MOLAL ALREADY) *********
8705       GNH3    = MAX(GNH3 - PSI3, TINY)
8706       GHCL    = MAX(GHCL - PSI3, TINY)
8707       CNH4CL  = PSI3
8709 !C *** CALCULATE MOLALR ARRAY, WATER AND ACTIVITIES *********************
8711       CALL CALCMR2p1
8713 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
8715       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
8716          CALL CALCACT2p1
8717       ELSE
8718          GOTO 20
8719       ENDIF
8720 10    CONTINUE
8722 !C *** CALCULATE FUNCTION VALUE FOR OUTER LOOP **************************
8725 !C20    IF (CHI4.LE.TINY) THEN
8726 !C         FUNCO2A = MOLAL(1)*MOLAL(4)/GHCL/A6 - ONE
8727 !C      ELSE
8728 20         FUNCO2A2p1 = MOLAL(3)*MOLAL(4)/GHCL/GNH3/A6/A4 - ONE
8729 !C      ENDIF
8731       RETURN
8733 !C *** END OF FUNCTION FUNCO2A ****************************************
8735       END
8737 !C=======================================================================
8739 !C *** ISORROPIA CODE II
8740 !C *** SUBROUTINE CALCO1
8741 !C *** CASE O1
8743 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
8744 !C     1. SULFATE POOR (SO4RAT > 2.0), Cr+NA poor (CRNARAT < 2)
8745 !C     2. SOLID & LIQUID AEROSOL POSSIBLE
8746 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : (NH4)2SO4, NH4NO3, NH4Cl, NA2SO4, K2SO4, MGSO4, CASO4
8748 !C     THERE ARE TWO POSSIBLE REGIMES HERE, DEPENDING ON RELATIVE HUMIDITY:
8749 !C     1. WHEN RH >= MDRH ; LIQUID PHASE POSSIBLE (MDRH REGION)
8750 !C     2. WHEN RH < MDRH  ; ONLY SOLID PHASE POSSIBLE (SUBROUTINE CALCO1A)
8752 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
8753 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
8754 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS & ATHANASIOS NENES
8756 !C=======================================================================
8758       SUBROUTINE CALCO12p1
8759       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
8760       EXTERNAL CALCO1A2p1, CALCO2A2p1
8762 !C *** REGIME DEPENDS UPON THE AMBIENT RELATIVE HUMIDITY *****************
8764       IF (RH.LT.DRMO1) THEN
8765          SCASE = 'O1 ; SUBCASE 1'
8766          CALL CALCO1A2p1              ! SOLID PHASE ONLY POSSIBLE
8767          SCASE = 'O1 ; SUBCASE 1'
8768       ELSE
8769          SCASE = 'O1 ; SUBCASE 2'  ! LIQUID & SOLID PHASE POSSIBLE
8770          CALL CALCMDRH22p1 (RH, DRMO1, DRNH4NO3, CALCO1A2p1, CALCO2A2p1)
8771          SCASE = 'O1 ; SUBCASE 2'
8772       ENDIF
8774       RETURN
8776 !C *** END OF SUBROUTINE CALCO1 ******************************************
8778       END
8779 !C=======================================================================
8781 !C *** ISORROPIA CODE II
8782 !C *** SUBROUTINE CALCO1A
8783 !C *** CASE O1A
8785 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
8786 !C     1. SULFATE POOR (SO4RAT > 2.0), Cr+NA poor (CRNARAT < 2)
8787 !C     2. SOLID AEROSOL ONLY
8788 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : (NH4)2SO4, NH4NO3, NH4Cl, NA2SO4, K2SO4, MGSO4, CASO4
8790 !C     SOLID (NH4)2SO4 IS CALCULATED FROM THE SULFATES, WHILE NH4NO3
8791 !C     IS CALCULATED FROM NH3-HNO3 EQUILIBRIUM. 'ZE' IS THE AMOUNT OF
8792 !C     NH4NO3 THAT VOLATIZES WHEN ALL POSSILBE NH4NO3 IS INITIALLY IN
8793 !C     THE SOLID PHASE.
8795 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
8796 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
8797 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
8799 !C=======================================================================
8801       SUBROUTINE CALCO1A2p1
8802       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
8803       DOUBLE PRECISION LAMDA, LAMDA1, LAMDA2, KAPA, KAPA1, KAPA2
8805 !C *** CALCULATE NON VOLATILE SOLIDS ***********************************
8807       CCASO4  = MIN (W(6), W(2))                    ! CCASO4
8808       SO4FR   = MAX(W(2) - CCASO4, ZERO)
8809       CAFR    = MAX(W(6) - CCASO4, ZERO)
8810       CK2SO4  = MIN (0.5D0*W(7), SO4FR)             ! CK2S04
8811       FRK     = MAX(W(7) - 2.D0*CK2SO4, ZERO)
8812       SO4FR   = MAX(SO4FR - CK2SO4, ZERO)
8813       CNA2SO4 = MIN (0.5D0*W(1), SO4FR)             ! CNA2SO4
8814       FRNA    = MAX(W(1) - 2.D0*CNA2SO4, ZERO)
8815       SO4FR   = MAX(SO4FR - CNA2SO4, ZERO)
8816       CMGSO4  = MIN (W(8), SO4FR)                   ! CMGSO4
8817       FRMG    = MAX(W(8) - CMGSO4, ZERO)
8818       SO4FR   = MAX(SO4FR - CMGSO4, ZERO)
8820       CNH42S4 = MAX (SO4FR , ZERO)                  ! CNH42S4
8822 !C *** CALCULATE VOLATILE SPECIES **************************************
8824       ALF     = W(3) - 2.0D0*CNH42S4
8825       BET     = W(5)
8826       GAM     = W(4)
8828       RTSQ    = R*TEMP*R*TEMP
8829       A1      = XK6/RTSQ
8830       A2      = XK10/RTSQ
8831 !      print *, A2
8833       THETA1  = GAM - BET*(A2/A1)
8834       THETA2  = A2/A1
8836 !C QUADRATIC EQUATION SOLUTION
8838       BB      = (THETA1-ALF-BET*(ONE+THETA2))/(ONE+THETA2)
8839       CC      = (ALF*BET-A1-BET*THETA1)/(ONE+THETA2)
8840       DD      = BB*BB - 4.0D0*CC
8841       IF (DD.LT.ZERO) GOTO 100   ! Solve each reaction seperately
8843 !C TWO ROOTS FOR KAPA, CHECK AND SEE IF ANY VALID
8845       SQDD    = SQRT(DD)
8846       KAPA1   = 0.5D0*(-BB+SQDD)
8847       KAPA2   = 0.5D0*(-BB-SQDD)
8848       LAMDA1  = THETA1 + THETA2*KAPA1
8849       LAMDA2  = THETA1 + THETA2*KAPA2
8851       IF (KAPA1.GE.ZERO .AND. LAMDA1.GE.ZERO) THEN
8852          IF (ALF-KAPA1-LAMDA1.GE.ZERO .AND. &
8853              BET-KAPA1.GE.ZERO .AND. GAM-LAMDA1.GE.ZERO) THEN
8854              KAPA = KAPA1
8855              LAMDA= LAMDA1
8856              GOTO 200
8857          ENDIF
8858       ENDIF
8860       IF (KAPA2.GE.ZERO .AND. LAMDA2.GE.ZERO) THEN
8861          IF (ALF-KAPA2-LAMDA2.GE.ZERO .AND. &
8862              BET-KAPA2.GE.ZERO .AND. GAM-LAMDA2.GE.ZERO) THEN
8863              KAPA = KAPA2
8864              LAMDA= LAMDA2
8865              GOTO 200
8866          ENDIF
8867       ENDIF
8869 !C SEPERATE SOLUTION OF NH4CL & NH4NO3 EQUILIBRIA
8871 100   KAPA  = ZERO
8872       LAMDA = ZERO
8873       DD1   = (ALF+BET)*(ALF+BET) - 4.0D0*(ALF*BET-A1)
8874       DD2   = (ALF+GAM)*(ALF+GAM) - 4.0D0*(ALF*GAM-A2)
8876 !C NH4CL EQUILIBRIUM
8878       IF (DD1.GE.ZERO) THEN
8879          SQDD1 = SQRT(DD1)
8880          KAPA1 = 0.5D0*(ALF+BET + SQDD1)
8881          KAPA2 = 0.5D0*(ALF+BET - SQDD1)
8883          IF (KAPA1.GE.ZERO .AND. KAPA1.LE.MIN(ALF,BET)) THEN
8884             KAPA = KAPA1
8885          ELSE IF (KAPA2.GE.ZERO .AND. KAPA2.LE.MIN(ALF,BET)) THEN
8886             KAPA = KAPA2
8887          ELSE
8888             KAPA = ZERO
8889          ENDIF
8890       ENDIF
8892 !C NH4NO3 EQUILIBRIUM
8894       IF (DD2.GE.ZERO) THEN
8895          SQDD2 = SQRT(DD2)
8896          LAMDA1= 0.5D0*(ALF+GAM + SQDD2)
8897          LAMDA2= 0.5D0*(ALF+GAM - SQDD2)
8899          IF (LAMDA1.GE.ZERO .AND. LAMDA1.LE.MIN(ALF,GAM)) THEN
8900             LAMDA = LAMDA1
8901          ELSE IF (LAMDA2.GE.ZERO .AND. LAMDA2.LE.MIN(ALF,GAM)) THEN
8902             LAMDA = LAMDA2
8903          ELSE
8904             LAMDA = ZERO
8905          ENDIF
8906       ENDIF
8908 !C IF BOTH KAPA, LAMDA ARE > 0, THEN APPLY EXISTANCE CRITERION
8910       IF (KAPA.GT.ZERO .AND. LAMDA.GT.ZERO) THEN
8911          IF (BET .LT. LAMDA/THETA1) THEN
8912             KAPA = ZERO
8913          ELSE
8914             LAMDA= ZERO
8915          ENDIF
8916       ENDIF
8918 !C *** CALCULATE COMPOSITION OF VOLATILE SPECIES ************************
8920 200   CONTINUE
8921       CNH4NO3 = LAMDA
8922       CNH4CL  = KAPA
8924       GNH3    = MAX(ALF - KAPA - LAMDA, ZERO)
8925       GHNO3   = MAX(GAM - LAMDA, ZERO)
8926       GHCL    = MAX(BET - KAPA, ZERO)
8928       RETURN
8930 !C *** END OF SUBROUTINE CALCO1A *****************************************
8932       END
8934 !C=======================================================================
8936 !C *** ISORROPIA CODE II
8937 !C *** SUBROUTINE CALCM8
8938 !C *** CASE M8
8940 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
8941 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; Rcr+Na >= 2.0 ; Rcr < 2)
8942 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
8943 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CaSO4
8944 !C     4. Completely dissolved: NH4NO3, NH4CL, NANO3, NACL, MgSO4, NA2SO4, K2SO4
8946 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
8947 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
8948 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
8950 !C=======================================================================
8952       SUBROUTINE CALCM82p1
8953       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
8955       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,      &
8956                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,      &
8957                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,    &
8958                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,        &
8959                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6,  &
8960                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
8962 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
8964       CALAOU = .TRUE.
8965       CHI11  = MIN (W(6), W(2))                    ! CCASO4
8966       SO4FR  = MAX(W(2)-CHI11, ZERO)
8967       CAFR   = MAX(W(6)-CHI11, ZERO)
8968       CHI9   = MIN (0.5D0*W(7), SO4FR)             ! CK2S04
8969       FRK    = MAX(W(7)-2.D0*CHI9, ZERO)
8970       SO4FR  = MAX(SO4FR-CHI9, ZERO)
8971       CHI10  = MIN (W(8), SO4FR)                  ! CMGSO4
8972       FRMG   = MAX(W(8)-CHI10, ZERO)
8973       SO4FR  = MAX(SO4FR-CHI10, ZERO)
8974       CHI1   = MAX (SO4FR,ZERO)                    ! CNA2SO4
8975       CHI2   = ZERO                                ! CNH42S4
8976       CHI3   = ZERO                                ! CNH4CL
8977       FRNA   = MAX (W(1)-2.D0*CHI1, ZERO)
8978       CHI8   = MIN (FRNA, W(4))                    ! CNANO3
8979       CHI4   = W(3)                                ! NH3(g)
8980       CHI5   = MAX (W(4)-CHI8, ZERO)               ! HNO3(g)
8981       CHI7   = MIN (MAX(FRNA-CHI8, ZERO), W(5))    ! CNACL
8982       CHI6   = MAX (W(5)-CHI7, ZERO)               ! HCL(g)
8984       PSI6LO = TINY
8985       PSI6HI = CHI6-TINY    ! MIN(CHI6-TINY, CHI4)
8987 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
8989       X1 = PSI6LO
8990       Y1 = FUNCM82p1 (X1)
8991       IF (ABS(Y1).LE.EPS .OR. CHI6.LE.TINY) GOTO 50
8993 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
8995       DX = (PSI6HI-PSI6LO)/FLOAT(NDIV)
8996       DO 10 I=1,NDIV
8997          X2 = X1+DX
8998          Y2 = FUNCM82p1 (X2)
8999          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
9000          X1 = X2
9001          Y1 = Y2
9002 10    CONTINUE
9004 !C *** NO SUBDIVISION WITH SOLUTION; IF ABS(Y2)<EPS SOLUTION IS ASSUMED
9006       IF (ABS(Y2) .GT. EPS) Y2 = FUNCM82p1 (PSI6LO)
9007       GOTO 50
9009 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
9011 20    DO 30 I=1,MAXIT
9012          X3 = 0.5*(X1+X2)
9013          Y3 = FUNCM82p1 (X3)
9014          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
9015             Y2    = Y3
9016             X2    = X3
9017          ELSE
9018             Y1    = Y3
9019             X1    = X3
9020          ENDIF
9021          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
9022 30    CONTINUE
9023       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCM8')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
9025 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
9027 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
9028       Y3 = FUNCM82p1 (X3)
9030 !C *** CALCULATE HSO4 SPECIATION AND RETURN *******************************
9032 50    CONTINUE
9033       IF (MOLAL(1).GT.TINY .AND. MOLAL(5).GT.TINY) THEN
9034          CALL CALCHS42p1 (MOLAL(1), MOLAL(5), ZERO, DELTA)
9035          MOLAL(1) = MOLAL(1) - DELTA                     ! H+   EFFECT
9036          MOLAL(5) = MOLAL(5) - DELTA                     ! SO4  EFFECT
9037          MOLAL(6) = DELTA                                ! HSO4 EFFECT
9038       ENDIF
9040       RETURN
9042 !C *** END OF SUBROUTINE CALCM8 ******************************************
9044       END
9049 !C=======================================================================
9051 !C *** ISORROPIA CODE II
9052 !C *** SUBROUTINE FUNCM8
9053 !C *** CASE M8
9055 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
9056 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; Rcr+Na >= 2.0 ; Rcr < 2)
9057 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
9058 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CaSO4
9059 !C     4. Completely dissolved: NH4NO3, NH4CL, NANO3, NACL, MgSO4, NA2SO4, K2SO4
9061 !C *** COPYRIGHT 1996-2000, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
9062 !C *** WRITTEN BY  CHRISTOS FOUNTOUKIS & ATHANASIOS NENES
9064 !C=======================================================================
9066       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCM82p1 (X)
9067       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
9069       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,       &
9070                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,       &
9071                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,     &
9072                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,         &
9073                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6,   &
9074                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
9076 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
9078       PSI6   = X
9079       PSI1   = CHI1
9080       PSI2   = ZERO
9081       PSI3   = ZERO
9082       PSI7   = CHI7
9083       PSI8   = CHI8
9084       PSI9   = CHI9
9085       PSI10  = CHI10
9086       PSI11  = ZERO
9087       FRST   = .TRUE.
9088       CALAIN = .TRUE.
9090 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
9092       DO 10 I=1,NSWEEP
9094 !C      A1  = XK5 *(WATER/GAMA(2))**3.0
9095       A4  = (XK2/XKW)*R*TEMP*(GAMA(10)/GAMA(5))**2.0
9096       A5  = XK4 *R*TEMP*(WATER/GAMA(10))**2.0
9097       A6  = XK3 *R*TEMP*(WATER/GAMA(11))**2.0
9098 !C      A7  = XK8 *(WATER/GAMA(1))**2.0
9099 !C      A8  = XK9 *(WATER/GAMA(3))**2.0
9100 !C      A11 = XK1*WATER/GAMA(7)*(GAMA(8)/GAMA(7))**2.
9102 !C  CALCULATE DISSOCIATION QUANTITIES
9104       PSI5 = CHI5*(PSI6+PSI7) - A6/A5*PSI8*(CHI6-PSI6-PSI3)
9105       PSI5 = PSI5/(A6/A5*(CHI6-PSI6-PSI3) + PSI6 + PSI7)
9106       PSI5 = MIN(MAX(PSI5, TINY),CHI5)
9108       IF (W(3).GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN  ! First try 3rd order soln
9109          BB   =-(CHI4 + PSI6 + PSI5 + 1.d0/A4)
9110          CC   = CHI4*(PSI5+PSI6)
9111          DD   = MAX(BB*BB-4.d0*CC,ZERO)
9112          PSI4 =0.5d0*(-BB - SQRT(DD))
9113          PSI4 = MIN(MAX(PSI4,ZERO),CHI4)
9114       ELSE
9115          PSI4 = TINY
9116       ENDIF
9118 !C *** CALCULATE SPECIATION ********************************************
9120       MOLAL (2) = PSI8 + PSI7 + 2.D0*PSI1               ! NAI
9121       MOLAL (3) = PSI4                                  ! NH4I
9122       MOLAL (4) = PSI6 + PSI7                           ! CLI
9123       MOLAL (5) = PSI2 + PSI1 + PSI9 + PSI10            ! SO4I
9124       MOLAL (6) = ZERO                                  ! HSO4I
9125       MOLAL (7) = PSI5 + PSI8                           ! NO3I
9126       MOLAL (8) = PSI11                                 ! CAI
9127       MOLAL (9) = 2.D0*PSI9                             ! KI
9128       MOLAL (10)= PSI10                                 ! MGI
9130       SMIN      = 2.d0*MOLAL(5)+MOLAL(7)+MOLAL(4)-MOLAL(2)-MOLAL(3) &
9131                   - MOLAL(9) - 2.D0*MOLAL(10)
9132       CALL CALCPH2p1 (SMIN, HI, OHI)
9133       MOLAL (1) = HI
9135       GNH3      = MAX(CHI4 - PSI4, TINY)
9136       GHNO3     = MAX(CHI5 - PSI5, TINY)
9137       GHCL      = MAX(CHI6 - PSI6, TINY)
9139       CNH42S4   = ZERO
9140       CNH4NO3   = ZERO
9141       CNACL     = ZERO
9142       CNANO3    = ZERO
9143       CNA2SO4   = ZERO
9144       CK2SO4    = ZERO
9145       CMGSO4    = ZERO
9146       CCASO4    = CHI11
9148       CALL CALCMR2p1                                    ! Water content
9150 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
9152       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
9153          CALL CALCACT2p1
9154       ELSE
9155          GOTO 20
9156       ENDIF
9157 10    CONTINUE
9159 !C *** CALCULATE FUNCTION VALUE FOR OUTER LOOP ***************************
9161 !C20    FUNCM8 = MOLAL(3)*MOLAL(4)/GHCL/GNH3/A6/A4 - ONE
9162 20    FUNCM82p1 = MOLAL(1)*MOLAL(4)/GHCL/A6 - ONE
9164       RETURN
9166 !C *** END OF FUNCTION FUNCM8 *******************************************
9168       END
9171 !C=======================================================================
9173 !C *** ISORROPIA CODE II
9174 !C *** SUBROUTINE CALCM7
9175 !C *** CASE M7
9177 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
9178 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; Rcr+Na >= 2.0 ; Rcr < 2)
9179 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
9180 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CaSO4, K2SO4
9181 !C     4. Completely dissolved: NH4NO3, NH4CL, NANO3, NACL, MgSO4, NA2SO4
9183 !C *** COPYRIGHT 1996-2000, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
9184 !C *** WRITTEN BY  CHRISTOS FOUNTOUKIS & ATHANASIOS NENES
9186 !C=======================================================================
9188       SUBROUTINE CALCM72p1
9189       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
9191       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,      &
9192                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,      &
9193                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,    &
9194                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,        &
9195                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6,  &
9196                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
9198 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
9200       CALAOU = .TRUE.
9201       CHI11  = MIN (W(6), W(2))                    ! CCASO4
9202       SO4FR  = MAX(W(2)-CHI11, ZERO)
9203       CAFR   = MAX(W(6)-CHI11, ZERO)
9204       CHI9   = MIN (0.5D0*W(7), SO4FR)             ! CK2S04
9205       FRK    = MAX(W(7)-2.D0*CHI9, ZERO)
9206       SO4FR  = MAX(SO4FR-CHI9, ZERO)
9207       CHI10  = MIN (W(8), SO4FR)                  ! CMGSO4
9208       FRMG   = MAX(W(8)-CHI10, ZERO)
9209       SO4FR  = MAX(SO4FR-CHI10, ZERO)
9210       CHI1   = MAX (SO4FR,ZERO)                    ! CNA2SO4
9211       CHI2   = ZERO                                ! CNH42S4
9212       CHI3   = ZERO                                ! CNH4CL
9213       FRNA   = MAX (W(1)-2.D0*CHI1, ZERO)
9214       CHI8   = MIN (FRNA, W(4))                    ! CNANO3
9215       CHI4   = W(3)                                ! NH3(g)
9216       CHI5   = MAX (W(4)-CHI8, ZERO)               ! HNO3(g)
9217       CHI7   = MIN (MAX(FRNA-CHI8, ZERO), W(5))    ! CNACL
9218       CHI6   = MAX (W(5)-CHI7, ZERO)               ! HCL(g)
9220       PSI6LO = TINY
9221       PSI6HI = CHI6-TINY    ! MIN(CHI6-TINY, CHI4)
9223 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
9225       X1 = PSI6LO
9226       Y1 = FUNCM72p1 (X1)
9227       IF (ABS(Y1).LE.EPS .OR. CHI6.LE.TINY) GOTO 50
9229 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
9231       DX = (PSI6HI-PSI6LO)/FLOAT(NDIV)
9232       DO 10 I=1,NDIV
9233          X2 = X1+DX
9234          Y2 = FUNCM72p1 (X2)
9235          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
9236          X1 = X2
9237          Y1 = Y2
9238 10    CONTINUE
9240 !C *** NO SUBDIVISION WITH SOLUTION; IF ABS(Y2)<EPS SOLUTION IS ASSUMED
9242       IF (ABS(Y2) .GT. EPS) Y2 = FUNCM72p1 (PSI6LO)
9243       GOTO 50
9245 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
9247 20    DO 30 I=1,MAXIT
9248          X3 = 0.5*(X1+X2)
9249          Y3 = FUNCM72p1 (X3)
9250          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
9251             Y2    = Y3
9252             X2    = X3
9253          ELSE
9254             Y1    = Y3
9255             X1    = X3
9256          ENDIF
9257          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
9258 30    CONTINUE
9259       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCM7')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
9261 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
9263 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
9264       Y3 = FUNCM72p1 (X3)
9266 !C *** CALCULATE HSO4 SPECIATION AND RETURN *******************************
9268 50    CONTINUE
9269       IF (MOLAL(1).GT.TINY .AND. MOLAL(5).GT.TINY) THEN
9270          CALL CALCHS42p1 (MOLAL(1), MOLAL(5), ZERO, DELTA)
9271          MOLAL(1) = MOLAL(1) - DELTA                     ! H+   EFFECT
9272          MOLAL(5) = MOLAL(5) - DELTA                     ! SO4  EFFECT
9273          MOLAL(6) = DELTA                                ! HSO4 EFFECT
9274       ENDIF
9276       RETURN
9278 !C *** END OF SUBROUTINE CALCM7 ******************************************
9280       END
9283 !C=======================================================================
9285 !C *** ISORROPIA CODE II
9286 !C *** SUBROUTINE FUNCM7
9287 !C *** CASE M7
9289 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
9290 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; Rcr+Na >= 2.0 ; Rcr < 2)
9291 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
9292 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CaSO4, K2SO4
9293 !C     4. Completely dissolved: NH4NO3, NH4CL, NANO3, NACL, MgSO4, NA2SO4
9295 !C *** COPYRIGHT 1996-2000, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
9296 !C *** WRITTEN BY  CHRISTOS FOUNTOUKIS & ATHANASIOS NENES
9298 !C=======================================================================
9300       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCM72p1 (X)
9301       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
9303       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,      &
9304                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,      &
9305                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,    &
9306                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,        &
9307                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6,  &
9308                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
9310 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
9312       PSI6   = X
9313       PSI1   = CHI1
9314       PSI2   = ZERO
9315       PSI3   = ZERO
9316       PSI7   = CHI7
9317       PSI8   = CHI8
9318       PSI9   = ZERO
9319       PSI10  = CHI10
9320       PSI11  = ZERO
9321       FRST   = .TRUE.
9322       CALAIN = .TRUE.
9324 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
9326       DO 10 I=1,NSWEEP
9328 !C      A1  = XK5 *(WATER/GAMA(2))**3.0
9329       A4  = (XK2/XKW)*R*TEMP*(GAMA(10)/GAMA(5))**2.0
9330       A5  = XK4 *R*TEMP*(WATER/GAMA(10))**2.0
9331       A6  = XK3 *R*TEMP*(WATER/GAMA(11))**2.0
9332       A9  = XK17 *(WATER/GAMA(17))**3.0
9333 !C      A7  = XK8 *(WATER/GAMA(1))**2.0
9334 !C      A8  = XK9 *(WATER/GAMA(3))**2.0
9335 !C      A11 = XK1*WATER/GAMA(7)*(GAMA(8)/GAMA(7))**2.
9337 !C  CALCULATE DISSOCIATION QUANTITIES
9339       PSI5 = CHI5*(PSI6+PSI7) - A6/A5*PSI8*(CHI6-PSI6-PSI3)
9340       PSI5 = PSI5/(A6/A5*(CHI6-PSI6-PSI3) + PSI6 + PSI7)
9341       PSI5 = MIN(MAX(PSI5, TINY),CHI5)
9343       IF (W(3).GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN  ! First try 3rd order soln
9344          BB   =-(CHI4 + PSI6 + PSI5 + 1.d0/A4)
9345          CC   = CHI4*(PSI5+PSI6)
9346          DD   = MAX(BB*BB-4.d0*CC,ZERO)
9347          PSI4 =0.5d0*(-BB - SQRT(DD))
9348          PSI4 = MIN(MAX(PSI4,ZERO),CHI4)
9349       ELSE
9350          PSI4 = TINY
9351       ENDIF
9353       IF (CHI9.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN          !K2SO4
9354       CALL POLY32p1 (PSI1+PSI10,ZERO,-A9/4.D0, PSI9, ISLV)
9355         IF (ISLV.EQ.0) THEN
9356             PSI9 = MAX (MIN (PSI9,CHI9), ZERO)
9357         ELSE
9358             PSI9 = ZERO
9359         ENDIF
9360       ENDIF
9362 !C *** CALCULATE SPECIATION ********************************************
9364       MOLAL (2) = PSI8 + PSI7 + 2.D0*PSI1               ! NAI
9365       MOLAL (3) = PSI4                                  ! NH4I
9366       MOLAL (4) = PSI6 + PSI7                           ! CLI
9367       MOLAL (5) = PSI2 + PSI1 + PSI9 + PSI10            ! SO4I
9368       MOLAL (6) = ZERO                                  ! HSO4I
9369       MOLAL (7) = PSI5 + PSI8                           ! NO3I
9370       MOLAL (8) = PSI11                                 ! CAI
9371       MOLAL (9) = 2.D0*PSI9                             ! KI
9372       MOLAL (10)= PSI10                                 ! MGI
9374       SMIN      = 2.d0*MOLAL(5)+MOLAL(7)+MOLAL(4)-MOLAL(2)-MOLAL(3) &
9375                   - MOLAL(9) - 2.D0*MOLAL(10)
9376       CALL CALCPH2p1 (SMIN, HI, OHI)
9377       MOLAL (1) = HI
9379       GNH3      = MAX(CHI4 - PSI4, TINY)
9380       GHNO3     = MAX(CHI5 - PSI5, TINY)
9381       GHCL      = MAX(CHI6 - PSI6, TINY)
9383       CNH42S4   = ZERO
9384       CNH4NO3   = ZERO
9385       CNACL     = ZERO
9386       CNANO3    = ZERO
9387       CNA2SO4   = ZERO
9388       CK2SO4    = MAX(CHI9 - PSI9, ZERO)
9389       CMGSO4    = ZERO
9390       CCASO4    = CHI11
9392       CALL CALCMR2p1                                    ! Water content
9394 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
9396       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
9397          CALL CALCACT2p1
9398       ELSE
9399          GOTO 20
9400       ENDIF
9401 10    CONTINUE
9403 !C *** CALCULATE FUNCTION VALUE FOR OUTER LOOP ***************************
9405 !C20    FUNCM7 = MOLAL(3)*MOLAL(4)/GHCL/GNH3/A6/A4 - ONE
9406 20    FUNCM72p1 = MOLAL(1)*MOLAL(4)/GHCL/A6 - ONE
9408       RETURN
9410 !C *** END OF FUNCTION FUNCM7 *******************************************
9412       END
9413 !C=======================================================================
9415 !C *** ISORROPIA CODE II
9416 !C *** SUBROUTINE CALCM6
9417 !C *** CASE M6
9419 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
9420 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; Rcr+Na >= 2.0 ; Rcr < 2)
9421 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
9422 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CaSO4, K2SO4, NA2SO4
9423 !C     4. Completely dissolved: NH4NO3, NH4CL, NANO3, NACL, MgSO4
9425 !C *** COPYRIGHT 1996-2000, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
9426 !C *** WRITTEN BY  CHRISTOS FOUNTOUKIS & ATHANASIOS NENES
9428 !C=======================================================================
9430       SUBROUTINE CALCM62p1
9431       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
9433       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,      &
9434                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,      &
9435                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,    &
9436                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,        &
9437                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6,  &
9438                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
9440 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
9442       CALAOU = .TRUE.
9443       CHI11  = MIN (W(6), W(2))                    ! CCASO4
9444       SO4FR  = MAX(W(2)-CHI11, ZERO)
9445       CAFR   = MAX(W(6)-CHI11, ZERO)
9446       CHI9   = MIN (0.5D0*W(7), SO4FR)             ! CK2S04
9447       FRK    = MAX(W(7)-2.D0*CHI9, ZERO)
9448       SO4FR  = MAX(SO4FR-CHI9, ZERO)
9449       CHI10  = MIN (W(8), SO4FR)                  ! CMGSO4
9450       FRMG   = MAX(W(8)-CHI10, ZERO)
9451       SO4FR  = MAX(SO4FR-CHI10, ZERO)
9452       CHI1   = MAX (SO4FR,ZERO)                    ! CNA2SO4
9453       CHI2   = ZERO                                ! CNH42S4
9454       CHI3   = ZERO                                ! CNH4CL
9455       FRNA   = MAX (W(1)-2.D0*CHI1, ZERO)
9456       CHI8   = MIN (FRNA, W(4))                    ! CNANO3
9457       CHI4   = W(3)                                ! NH3(g)
9458       CHI5   = MAX (W(4)-CHI8, ZERO)               ! HNO3(g)
9459       CHI7   = MIN (MAX(FRNA-CHI8, ZERO), W(5))    ! CNACL
9460       CHI6   = MAX (W(5)-CHI7, ZERO)               ! HCL(g)
9462       PSI6LO = TINY
9463       PSI6HI = CHI6-TINY    ! MIN(CHI6-TINY, CHI4)
9465 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
9467       X1 = PSI6LO
9468       Y1 = FUNCM62p1 (X1)
9469       IF (ABS(Y1).LE.EPS .OR. CHI6.LE.TINY) GOTO 50
9471 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
9473       DX = (PSI6HI-PSI6LO)/FLOAT(NDIV)
9474       DO 10 I=1,NDIV
9475          X2 = X1+DX
9476          Y2 = FUNCM62p1 (X2)
9477          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
9478          X1 = X2
9479          Y1 = Y2
9480 10    CONTINUE
9482 !C *** NO SUBDIVISION WITH SOLUTION; IF ABS(Y2)<EPS SOLUTION IS ASSUMED
9484       IF (ABS(Y2) .GT. EPS) Y2 = FUNCM62p1 (PSI6LO)
9485       GOTO 50
9487 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
9489 20    DO 30 I=1,MAXIT
9490          X3 = 0.5*(X1+X2)
9491          Y3 = FUNCM62p1 (X3)
9492          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
9493             Y2    = Y3
9494             X2    = X3
9495          ELSE
9496             Y1    = Y3
9497             X1    = X3
9498          ENDIF
9499          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
9500 30    CONTINUE
9501       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCM6')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
9503 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
9505 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
9506       Y3 = FUNCM62p1 (X3)
9508 !C *** CALCULATE HSO4 SPECIATION AND RETURN *******************************
9510 50    CONTINUE
9511       IF (MOLAL(1).GT.TINY .AND. MOLAL(5).GT.TINY) THEN
9512          CALL CALCHS42p1 (MOLAL(1), MOLAL(5), ZERO, DELTA)
9513          MOLAL(1) = MOLAL(1) - DELTA                     ! H+   EFFECT
9514          MOLAL(5) = MOLAL(5) - DELTA                     ! SO4  EFFECT
9515          MOLAL(6) = DELTA                                ! HSO4 EFFECT
9516       ENDIF
9518       RETURN
9520 !C *** END OF SUBROUTINE CALCM6 ******************************************
9522       END
9524 !C=======================================================================
9526 !C *** ISORROPIA CODE II
9527 !C *** SUBROUTINE FUNCM6
9528 !C *** CASE M6
9530 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
9531 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; Rcr+Na >= 2.0 ; Rcr < 2)
9532 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
9533 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CaSO4, K2SO4, NA2SO4
9534 !C     4. Completely dissolved: NH4NO3, NH4CL, NANO3, NACL, MgSO4
9536 !C *** COPYRIGHT 1996-2000, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
9537 !C *** WRITTEN BY  CHRISTOS FOUNTOUKIS & ATHANASIOS NENES
9539 !C=======================================================================
9541       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCM62p1 (X)
9542       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
9544       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,      &
9545                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,      &
9546                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,    &
9547                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,        &
9548                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6,  &
9549                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
9551 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
9553       PSI6   = X
9554       PSI1   = CHI1
9555       PSI2   = ZERO
9556       PSI3   = ZERO
9557       PSI7   = CHI7
9558       PSI8   = CHI8
9559       PSI9   = ZERO
9560       PSI10  = CHI10
9561       PSI11  = ZERO
9562       FRST   = .TRUE.
9563       CALAIN = .TRUE.
9565 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
9567       DO 10 I=1,NSWEEP
9569       A1  = XK5 *(WATER/GAMA(2))**3.0
9570       A4  = (XK2/XKW)*R*TEMP*(GAMA(10)/GAMA(5))**2.0
9571       A5  = XK4 *R*TEMP*(WATER/GAMA(10))**2.0
9572       A6  = XK3 *R*TEMP*(WATER/GAMA(11))**2.0
9573       A9  = XK17 *(WATER/GAMA(17))**3.0
9574 !C      A7  = XK8 *(WATER/GAMA(1))**2.0
9575 !C      A8  = XK9 *(WATER/GAMA(3))**2.0
9576 !C      A11 = XK1*WATER/GAMA(7)*(GAMA(8)/GAMA(7))**2.
9578 !C  CALCULATE DISSOCIATION QUANTITIES
9580       PSI5 = CHI5*(PSI6+PSI7) - A6/A5*PSI8*(CHI6-PSI6-PSI3)
9581       PSI5 = PSI5/(A6/A5*(CHI6-PSI6-PSI3) + PSI6 + PSI7)
9582       PSI5 = MIN(MAX(PSI5, TINY),CHI5)
9584       IF (W(3).GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN  ! First try 3rd order soln
9585          BB   =-(CHI4 + PSI6 + PSI5 + 1.d0/A4)
9586          CC   = CHI4*(PSI5+PSI6)
9587          DD   = MAX(BB*BB-4.d0*CC,ZERO)
9588          PSI4 =0.5d0*(-BB - SQRT(DD))
9589          PSI4 = MIN(MAX(PSI4,ZERO),CHI4)
9590       ELSE
9591          PSI4 = TINY
9592       ENDIF
9594       IF (CHI1.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN   !NA2SO4
9595       RIZ = SQRT(A9/A1)
9596       AA  = (0.5D0*RIZ*(PSI7+PSI8)+PSI10+(1.D0+RIZ)*(PSI7+PSI8)) &
9597              /(1.D0+RIZ)
9598       BB  = ((PSI7+PSI8)*(0.5D0*RIZ*(PSI7+PSI8)+PSI10)+0.25D0* &
9599             (PSI7+PSI8)**2.0*(1.D0+RIZ))/(1.D0+RIZ)
9600       CC  = (0.25D0*(PSI7+PSI8)**2.0*(0.5D0*RIZ*(PSI7+PSI8)+PSI10) &
9601              -A1/4.D0)/(1.D0+RIZ)
9602 !C      AA  = PSI7+PSI8+PSI9+PSI10
9603 !C      BB  = (PSI7+PSI8)*(PSI9+PSI10)+0.25D0*(PSI7+PSI8)**2.
9604 !C      CC  = ((PSI7+PSI8)**2.*(PSI9+PSI10)-A1)/4.0D0
9606       CALL POLY32p1 (AA,BB,CC,PSI1,ISLV)
9607         IF (ISLV.EQ.0) THEN
9608             PSI1 = MIN (PSI1,CHI1)
9609         ELSE
9610             PSI1 = ZERO
9611         ENDIF
9612       ENDIF
9614 !C      IF (CHI9.GE.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN
9615 !C         PSI9  = 0.5D0*SQRT(A9/A1)*(2.0D0*PSI1+PSI7+PSI8)
9616 !C         PSI9  = MAX (MIN (PSI9,CHI9), ZERO)
9617 !C      ELSE
9618 !C         PSI9  = ZERO
9619 !C      ENDIF
9621       IF (CHI9.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN   !K2SO4
9622       CALL POLY32p1 (PSI1+PSI10,ZERO,-A9/4.D0, PSI9, ISLV)
9623         IF (ISLV.EQ.0) THEN
9624             PSI9 = MIN (PSI9,CHI9)
9625         ELSE
9626             PSI9 = ZERO
9627         ENDIF
9628       ENDIF
9630 !C *** CALCULATE SPECIATION ********************************************
9632       MOLAL (2) = PSI8 + PSI7 + 2.D0*PSI1               ! NAI
9633       MOLAL (3) = PSI4                                  ! NH4I
9634       MOLAL (4) = PSI6 + PSI7                           ! CLI
9635       MOLAL (5) = PSI2 + PSI1 + PSI9 + PSI10            ! SO4I
9636       MOLAL (6) = ZERO                                  ! HSO4I
9637       MOLAL (7) = PSI5 + PSI8                           ! NO3I
9638       MOLAL (8) = PSI11                                 ! CAI
9639       MOLAL (9) = 2.D0*PSI9                             ! KI
9640       MOLAL (10)= PSI10                                 ! MGI
9642       SMIN      = 2.d0*MOLAL(5)+MOLAL(7)+MOLAL(4)-MOLAL(2)-MOLAL(3) &
9643                   - MOLAL(9) - 2.D0*MOLAL(10)
9644       CALL CALCPH2p1 (SMIN, HI, OHI)
9645       MOLAL (1) = HI
9647       GNH3      = MAX(CHI4 - PSI4, TINY)
9648       GHNO3     = MAX(CHI5 - PSI5, TINY)
9649       GHCL      = MAX(CHI6 - PSI6, TINY)
9651       CNH42S4   = ZERO
9652       CNH4NO3   = ZERO
9653       CNACL     = ZERO
9654       CNANO3    = ZERO
9655       CNA2SO4   = MAX(CHI1 - PSI1, ZERO)
9656       CK2SO4    = MAX(CHI9 - PSI9, ZERO)
9657       CMGSO4    = ZERO
9658       CCASO4    = CHI11
9660       CALL CALCMR2p1                                    ! Water content
9662 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
9664       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
9665          CALL CALCACT2p1
9666       ELSE
9667          GOTO 20
9668       ENDIF
9669 10    CONTINUE
9671 !C *** CALCULATE FUNCTION VALUE FOR OUTER LOOP ***************************
9673 !C20    FUNCM6 = MOLAL(3)*MOLAL(4)/GHCL/GNH3/A6/A4 - ONE
9674 20    FUNCM62p1 = MOLAL(1)*MOLAL(4)/GHCL/A6 - ONE
9676       RETURN
9678 !C *** END OF FUNCTION FUNCM6 *******************************************
9680       END
9682 !C=======================================================================
9684 !C *** ISORROPIA CODE II
9685 !C *** SUBROUTINE CALCM5
9686 !C *** CASE M5
9688 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
9689 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; Rcr+Na >= 2.0 ; Rcr < 2)
9690 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
9691 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CaSO4, K2SO4, NA2SO4, MGSO4
9692 !C     4. Completely dissolved: NH4NO3, NH4CL, NANO3, NACL
9694 !C *** COPYRIGHT 1996-2000, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
9695 !C *** WRITTEN BY  CHRISTOS FOUNTOUKIS & ATHANASIOS NENES
9697 !C=======================================================================
9699       SUBROUTINE CALCM52p1
9700       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
9702       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,      &
9703                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,      &
9704                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,    &
9705                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,        &
9706                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6,  &
9707                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
9709 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
9711       CALAOU = .TRUE.
9712       CHI11  = MIN (W(6), W(2))                    ! CCASO4
9713       SO4FR  = MAX(W(2)-CHI11, ZERO)
9714       CAFR   = MAX(W(6)-CHI11, ZERO)
9715       CHI9   = MIN (0.5D0*W(7), SO4FR)             ! CK2S04
9716       FRK    = MAX(W(7)-2.D0*CHI9, ZERO)
9717       SO4FR  = MAX(SO4FR-CHI9, ZERO)
9718       CHI10  = MIN (W(8), SO4FR)                  ! CMGSO4
9719       FRMG   = MAX(W(8)-CHI10, ZERO)
9720       SO4FR  = MAX(SO4FR-CHI10, ZERO)
9721       CHI1   = MAX (SO4FR,ZERO)                    ! CNA2SO4
9722       CHI2   = ZERO                                ! CNH42S4
9723       CHI3   = ZERO                                ! CNH4CL
9724       FRNA   = MAX (W(1)-2.D0*CHI1, ZERO)
9725       CHI8   = MIN (FRNA, W(4))                    ! CNANO3
9726       CHI4   = W(3)                                ! NH3(g)
9727       CHI5   = MAX (W(4)-CHI8, ZERO)               ! HNO3(g)
9728       CHI7   = MIN (MAX(FRNA-CHI8, ZERO), W(5))    ! CNACL
9729       CHI6   = MAX (W(5)-CHI7, ZERO)               ! HCL(g)
9731       PSI6LO = TINY
9732       PSI6HI = CHI6-TINY    ! MIN(CHI6-TINY, CHI4)
9734 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
9736       X1 = PSI6LO
9737       Y1 = FUNCM52p1 (X1)
9738       IF (ABS(Y1).LE.EPS .OR. CHI6.LE.TINY) GOTO 50
9740 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
9742       DX = (PSI6HI-PSI6LO)/FLOAT(NDIV)
9743       DO 10 I=1,NDIV
9744          X2 = X1+DX
9745          Y2 = FUNCM52p1 (X2)
9746          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
9747          X1 = X2
9748          Y1 = Y2
9749 10    CONTINUE
9751 !C *** NO SUBDIVISION WITH SOLUTION; IF ABS(Y2)<EPS SOLUTION IS ASSUMED
9753       IF (ABS(Y2) .GT. EPS) Y2 = FUNCM52p1 (PSI6LO)
9754       GOTO 50
9756 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
9758 20    DO 30 I=1,MAXIT
9759          X3 = 0.5*(X1+X2)
9760          Y3 = FUNCM52p1 (X3)
9761          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
9762             Y2    = Y3
9763             X2    = X3
9764          ELSE
9765             Y1    = Y3
9766             X1    = X3
9767          ENDIF
9768          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
9769 30    CONTINUE
9770       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCM5')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
9772 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
9774 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
9775       Y3 = FUNCM52p1 (X3)
9777 !C *** CALCULATE HSO4 SPECIATION AND RETURN *******************************
9779 50    CONTINUE
9780       IF (MOLAL(1).GT.TINY .AND. MOLAL(5).GT.TINY) THEN
9781          CALL CALCHS42p1 (MOLAL(1), MOLAL(5), ZERO, DELTA)
9782          MOLAL(1) = MOLAL(1) - DELTA                     ! H+   EFFECT
9783          MOLAL(5) = MOLAL(5) - DELTA                     ! SO4  EFFECT
9784          MOLAL(6) = DELTA                                ! HSO4 EFFECT
9785       ENDIF
9787       RETURN
9789 !C *** END OF SUBROUTINE CALCM5 ******************************************
9791       END
9793 !C=======================================================================
9795 !C *** ISORROPIA CODE II
9796 !C *** SUBROUTINE FUNCM5
9797 !C *** CASE M5
9799 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
9800 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; Rcr+Na >= 2.0 ; Rcr < 2)
9801 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
9802 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CaSO4, K2SO4, NA2SO4, MGSO4
9803 !C     4. Completely dissolved: NH4NO3, NH4CL, NANO3, NACL
9805 !C *** COPYRIGHT 1996-2000, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
9806 !C *** WRITTEN BY  CHRISTOS FOUNTOUKIS & ATHANASIOS NENES
9808 !C=======================================================================
9810       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCM52p1 (X)
9811       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
9813       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,    &
9814                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,    &
9815                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,  &
9816                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,      &
9817                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6,&
9818                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
9820 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
9822       PSI6   = X
9823       PSI1   = CHI1
9824       PSI2   = ZERO
9825       PSI3   = ZERO
9826       PSI7   = CHI7
9827       PSI8   = CHI8
9828       PSI9   = ZERO
9829       PSI10  = CHI10
9830       PSI11  = ZERO
9831       FRST   = .TRUE.
9832       CALAIN = .TRUE.
9834 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
9836       DO 10 I=1,NSWEEP
9838       A1  = XK5 *(WATER/GAMA(2))**3.0
9839       A4  = (XK2/XKW)*R*TEMP*(GAMA(10)/GAMA(5))**2.0
9840       A5  = XK4 *R*TEMP*(WATER/GAMA(10))**2.0
9841       A6  = XK3 *R*TEMP*(WATER/GAMA(11))**2.0
9842       A9  = XK17 *(WATER/GAMA(17))**3.0
9843 !C      A7  = XK8 *(WATER/GAMA(1))**2.0
9844 !C      A8  = XK9 *(WATER/GAMA(3))**2.0
9845 !C      A11 = XK1*WATER/GAMA(7)*(GAMA(8)/GAMA(7))**2.
9847 !C  CALCULATE DISSOCIATION QUANTITIES
9849       PSI5 = CHI5*(PSI6+PSI7) - A6/A5*PSI8*(CHI6-PSI6-PSI3)
9850       PSI5 = PSI5/(A6/A5*(CHI6-PSI6-PSI3) + PSI6 + PSI7)
9851       PSI5 = MIN(MAX(PSI5, TINY),CHI5)
9853       IF (W(3).GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN  ! First try 3rd order soln
9854          BB   =-(CHI4 + PSI6 + PSI5 + 1.d0/A4)
9855          CC   = CHI4*(PSI5+PSI6)
9856          DD   = MAX(BB*BB-4.d0*CC,ZERO)
9857          PSI4 =0.5d0*(-BB - SQRT(DD))
9858          PSI4 = MIN(MAX(PSI4,ZERO),CHI4)
9859       ELSE
9860          PSI4 = TINY
9861       ENDIF
9863       IF (CHI1.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN   !NA2SO4
9864       RIZ = SQRT(A9/A1)
9865       AA  = (0.5D0*RIZ*(PSI7+PSI8)+PSI10+(1.D0+RIZ)*(PSI7+PSI8)) &
9866              /(1.D0+RIZ)
9867       BB  = ((PSI7+PSI8)*(0.5D0*RIZ*(PSI7+PSI8)+PSI10)+0.25D0* &
9868             (PSI7+PSI8)**2.0*(1.D0+RIZ))/(1.D0+RIZ)
9869       CC  = (0.25D0*(PSI7+PSI8)**2.0*(0.5D0*RIZ*(PSI7+PSI8)+PSI10) &
9870              -A1/4.D0)/(1.D0+RIZ)
9871 !C      AA  = PSI7+PSI8+PSI9+PSI10
9872 !C      BB  = (PSI7+PSI8)*(PSI9+PSI10)+0.25D0*(PSI7+PSI8)**2.
9873 !C      CC  = ((PSI7+PSI8)**2.*(PSI9+PSI10)-A1)/4.0D0
9875       CALL POLY32p1 (AA,BB,CC,PSI1,ISLV)
9876         IF (ISLV.EQ.0) THEN
9877             PSI1 = MIN (PSI1,CHI1)
9878         ELSE
9879             PSI1 = ZERO
9880         ENDIF
9881       ENDIF
9883       IF (CHI9.GE.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN
9884          PSI9  = 0.5D0*SQRT(A9/A1)*(2.0D0*PSI1+PSI7+PSI8)
9885          PSI9  = MAX (MIN (PSI9,CHI9), ZERO)
9886       ELSE
9887          PSI9  = ZERO
9888       ENDIF
9890 !C      IF (CHI9.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN   !K2SO4
9891 !C      CALL POLY3 (PSI1+PSI10,ZERO,-A9/4.D0, PSI9, ISLV)
9892 !C        IF (ISLV.EQ.0) THEN
9893 !C            PSI9 = MIN (PSI9,CHI9)
9894 !C        ELSE
9895 !C            PSI9 = ZERO
9896 !C        ENDIF
9897 !C      ENDIF
9899 !C *** CALCULATE SPECIATION ********************************************
9901       MOLAL (2) = PSI8 + PSI7 + 2.D0*PSI1               ! NAI
9902       MOLAL (3) = PSI4                                  ! NH4I
9903       MOLAL (4) = PSI6 + PSI7                           ! CLI
9904       MOLAL (5) = PSI2 + PSI1 + PSI9 + PSI10            ! SO4I
9905       MOLAL (6) = ZERO                                  ! HSO4I
9906       MOLAL (7) = PSI5 + PSI8                           ! NO3I
9907       MOLAL (8) = PSI11                                 ! CAI
9908       MOLAL (9) = 2.D0*PSI9                             ! KI
9909       MOLAL (10)= PSI10                                 ! MGI
9911       SMIN      = 2.d0*MOLAL(5)+MOLAL(7)+MOLAL(4)-MOLAL(2)-MOLAL(3) &
9912                   - MOLAL(9) - 2.D0*MOLAL(10)
9913       CALL CALCPH2p1 (SMIN, HI, OHI)
9914       MOLAL (1) = HI
9916       GNH3      = MAX(CHI4 - PSI4, TINY)
9917       GHNO3     = MAX(CHI5 - PSI5, TINY)
9918       GHCL      = MAX(CHI6 - PSI6, TINY)
9920       CNH42S4   = ZERO
9921       CNH4NO3   = ZERO
9922       CNACL     = ZERO
9923       CNANO3    = ZERO
9924       CNA2SO4   = MAX(CHI1 - PSI1, ZERO)
9925       CK2SO4    = MAX(CHI9 - PSI9, ZERO)
9926       CMGSO4    = ZERO
9927       CCASO4    = CHI11
9929       CALL CALCMR2p1                                    ! Water content
9931 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
9933       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
9934          CALL CALCACT2p1
9935       ELSE
9936          GOTO 20
9937       ENDIF
9938 10    CONTINUE
9940 !C *** CALCULATE FUNCTION VALUE FOR OUTER LOOP ***************************
9942 !C20    FUNCM5 = MOLAL(3)*MOLAL(4)/GHCL/GNH3/A6/A4 - ONE
9943 20    FUNCM52p1 = MOLAL(1)*MOLAL(4)/GHCL/A6 - ONE
9945       RETURN
9947 !C *** END OF FUNCTION FUNCM5 *******************************************
9949       END
9951 !C=======================================================================
9953 !C *** ISORROPIA CODE II
9954 !C *** SUBROUTINE CALCM4
9955 !C *** CASE M4
9957 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
9958 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; Rcr+Na >= 2.0 ; Rcr < 2)
9959 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
9960 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CaSO4, K2SO4, NA2SO4, MGSO4, NH4CL
9961 !C     4. Completely dissolved: NH4NO3, NANO3, NACL
9963 !C *** COPYRIGHT 1996-2000, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
9964 !C *** WRITTEN BY  CHRISTOS FOUNTOUKIS & ATHANASIOS NENES
9966 !C=======================================================================
9968       SUBROUTINE CALCM42p1
9969       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
9971       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,      &
9972                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,      &
9973                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,    &
9974                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,        &
9975                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6,  &
9976                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
9978 !C *** REGIME DEPENDS ON THE EXISTANCE OF NITRATES ***********************
9980       IF (W(4).LE.TINY .AND. W(5).LE.TINY) THEN
9981          SCASE = 'M4 ; SUBCASE 1'
9982          CALL CALCM1A2p1
9983          SCASE = 'M4 ; SUBCASE 1'
9984          RETURN
9985       ENDIF
9987 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
9989       CALAOU = .TRUE.
9990       CHI11  = MIN (W(6), W(2))                    ! CCASO4
9991       SO4FR  = MAX(W(2)-CHI11, ZERO)
9992       CAFR   = MAX(W(6)-CHI11, ZERO)
9993       CHI9   = MIN (0.5D0*W(7), SO4FR)             ! CK2S04
9994       FRK    = MAX(W(7)-2.D0*CHI9, ZERO)
9995       SO4FR  = MAX(SO4FR-CHI9, ZERO)
9996       CHI10  = MIN (W(8), SO4FR)                  ! CMGSO4
9997       FRMG   = MAX(W(8)-CHI10, ZERO)
9998       SO4FR  = MAX(SO4FR-CHI10, ZERO)
9999       CHI1   = MAX (SO4FR,ZERO)                    ! CNA2SO4
10000       CHI2   = ZERO                                ! CNH42S4
10001       CHI3   = ZERO                                ! CNH4CL
10002       FRNA   = MAX (W(1)-2.D0*CHI1, ZERO)
10003       CHI8   = MIN (FRNA, W(4))                    ! CNANO3
10004       CHI4   = W(3)                                ! NH3(g)
10005       CHI5   = MAX (W(4)-CHI8, ZERO)               ! HNO3(g)
10006       CHI7   = MIN (MAX(FRNA-CHI8, ZERO), W(5))    ! CNACL
10007       CHI6   = MAX (W(5)-CHI7, ZERO)               ! HCL(g)
10009       PSI6LO = TINY
10010       PSI6HI = CHI6-TINY    ! MIN(CHI6-TINY, CHI4)
10012 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
10014       X1 = PSI6LO
10015       Y1 = FUNCM42p1 (X1)
10016       IF (ABS(Y1).LE.EPS .OR. CHI6.LE.TINY) GOTO 50
10018 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
10020       DX = (PSI6HI-PSI6LO)/FLOAT(NDIV)
10021       DO 10 I=1,NDIV
10022          X2 = X1+DX
10023          Y2 = FUNCM42p1 (X2)
10024          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
10025          X1 = X2
10026          Y1 = Y2
10027 10    CONTINUE
10029 !C *** NO SUBDIVISION WITH SOLUTION; IF ABS(Y2)<EPS SOLUTION IS ASSUMED
10031       IF (ABS(Y2) .GT. EPS) Y2 = FUNCM42p1 (PSI6LO)
10032       GOTO 50
10034 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
10036 20    DO 30 I=1,MAXIT
10037          X3 = 0.5*(X1+X2)
10038          Y3 = FUNCM42p1 (X3)
10039          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
10040             Y2    = Y3
10041             X2    = X3
10042          ELSE
10043             Y1    = Y3
10044             X1    = X3
10045          ENDIF
10046          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
10047 30    CONTINUE
10048       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCM4')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
10050 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
10052 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
10053       Y3 = FUNCM42p1 (X3)
10055 !C *** CALCULATE HSO4 SPECIATION AND RETURN *******************************
10057 50    CONTINUE
10058       IF (MOLAL(1).GT.TINY .AND. MOLAL(5).GT.TINY) THEN
10059          CALL CALCHS42p1 (MOLAL(1), MOLAL(5), ZERO, DELTA)
10060          MOLAL(1) = MOLAL(1) - DELTA                     ! H+   EFFECT
10061          MOLAL(5) = MOLAL(5) - DELTA                     ! SO4  EFFECT
10062          MOLAL(6) = DELTA                                ! HSO4 EFFECT
10063       ENDIF
10065       RETURN
10067 !C *** END OF SUBROUTINE CALCM4 ******************************************
10069       END
10071 !C=======================================================================
10073 !C *** ISORROPIA CODE II
10074 !C *** SUBROUTINE FUNCM4
10075 !C *** CASE M4
10077 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
10078 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; Rcr+Na >= 2.0 ; Rcr < 2)
10079 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
10080 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CaSO4, K2SO4, NA2SO4, MGSO4, NH4CL
10081 !C     4. Completely dissolved: NH4NO3, NANO3, NACL
10083 !C *** COPYRIGHT 1996-2000, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
10084 !C *** WRITTEN BY  CHRISTOS FOUNTOUKIS & ATHANASIOS NENES
10086 !C=======================================================================
10088       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCM42p1 (X)
10089       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
10091       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,     &
10092                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,     &
10093                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,   &
10094                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,       &
10095                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6, &
10096                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
10098 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
10100       PSI6   = X
10101       PSI1   = CHI1
10102       PSI2   = ZERO
10103       PSI3   = ZERO
10104       PSI7   = CHI7
10105       PSI8   = CHI8
10106       PSI9   = ZERO
10107       PSI10  = CHI10
10108       PSI11  = ZERO
10109       FRST   = .TRUE.
10110       CALAIN = .TRUE.
10112 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
10114       DO 10 I=1,NSWEEP
10116       A1  = XK5 *(WATER/GAMA(2))**3.0
10117       A3  = XK6 /(R*TEMP*R*TEMP)
10118       A4  = (XK2/XKW)*R*TEMP*(GAMA(10)/GAMA(5))**2.0
10119       A5  = XK4 *R*TEMP*(WATER/GAMA(10))**2.0
10120       A6  = XK3 *R*TEMP*(WATER/GAMA(11))**2.0
10121       A9  = XK17 *(WATER/GAMA(17))**3.0
10122 !C      A7  = XK8 *(WATER/GAMA(1))**2.0
10123 !C      A8  = XK9 *(WATER/GAMA(3))**2.0
10124 !C      A11 = XK1*WATER/GAMA(7)*(GAMA(8)/GAMA(7))**2.
10126 !C  CALCULATE DISSOCIATION QUANTITIES
10128       PSI5 = CHI5*(PSI6+PSI7) - A6/A5*PSI8*(CHI6-PSI6-PSI3)
10129       PSI5 = PSI5/(A6/A5*(CHI6-PSI6-PSI3) + PSI6 + PSI7)
10130       PSI5 = MIN(MAX(PSI5, TINY),CHI5)
10132       IF (W(3).GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN  ! First try 3rd order soln
10133          BB   =-(CHI4 + PSI6 + PSI5 + 1.d0/A4)
10134          CC   = CHI4*(PSI5+PSI6)
10135          DD   = MAX(BB*BB-4.d0*CC,ZERO)
10136          PSI4 =0.5d0*(-BB - SQRT(DD))
10137          PSI4 = MIN(MAX(PSI4,TINY),CHI4)
10138       ELSE
10139          PSI4 = TINY
10140       ENDIF
10142       IF (CHI1.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN   !NA2SO4
10143       RIZ = SQRT(A9/A1)
10144       AA  = (0.5D0*RIZ*(PSI7+PSI8)+PSI10+(1.D0+RIZ)*(PSI7+PSI8)) &
10145              /(1.D0+RIZ)
10146       BB  = ((PSI7+PSI8)*(0.5D0*RIZ*(PSI7+PSI8)+PSI10)+0.25D0* &
10147             (PSI7+PSI8)**2.0*(1.D0+RIZ))/(1.D0+RIZ)
10148       CC  = (0.25D0*(PSI7+PSI8)**2.0*(0.5D0*RIZ*(PSI7+PSI8)+PSI10) &
10149              -A1/4.D0)/(1.D0+RIZ)
10150 !C      AA  = PSI7+PSI8+PSI9+PSI10
10151 !C      BB  = (PSI7+PSI8)*(PSI9+PSI10)+0.25D0*(PSI7+PSI8)**2.
10152 !C      CC  = ((PSI7+PSI8)**2.*(PSI9+PSI10)-A1)/4.0D0
10154       CALL POLY32p1 (AA,BB,CC,PSI1,ISLV)
10155         IF (ISLV.EQ.0) THEN
10156             PSI1 = MIN (PSI1,CHI1)
10157         ELSE
10158             PSI1 = ZERO
10159         ENDIF
10160       ENDIF
10162       IF (CHI9.GE.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN
10163          PSI9  = 0.5D0*SQRT(A9/A1)*(2.0D0*PSI1+PSI7+PSI8)
10164          PSI9  = MAX (MIN (PSI9,CHI9), ZERO)
10165       ELSE
10166          PSI9  = ZERO
10167       ENDIF
10169 !C      IF (CHI9.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN   !K2SO4
10170 !C      CALL POLY3 (PSI1+PSI10,ZERO,-A9/4.D0, PSI9, ISLV)
10171 !C        IF (ISLV.EQ.0) THEN
10172 !C            PSI9 = MIN (PSI9,CHI9)
10173 !C        ELSE
10174 !C            PSI9 = ZERO
10175 !C        ENDIF
10176 !C      ENDIF
10178 !C *** CALCULATE SPECIATION ********************************************
10180       MOLAL (2) = PSI8 + PSI7 + 2.D0*PSI1               ! NAI
10181       MOLAL (3) = PSI4                                  ! NH4I
10182       MOLAL (4) = PSI6 + PSI7                           ! CLI
10183       MOLAL (5) = PSI2 + PSI1 + PSI9 + PSI10            ! SO4I
10184       MOLAL (6) = ZERO                                  ! HSO4I
10185       MOLAL (7) = PSI5 + PSI8                           ! NO3I
10186       MOLAL (8) = PSI11                                 ! CAI
10187       MOLAL (9) = 2.D0*PSI9                             ! KI
10188       MOLAL (10)= PSI10                                 ! MGI
10190       SMIN      = 2.d0*MOLAL(5)+MOLAL(7)+MOLAL(4)-MOLAL(2)-MOLAL(3) &
10191                   - MOLAL(9) - 2.D0*MOLAL(10)
10192       CALL CALCPH2p1 (SMIN, HI, OHI)
10193       MOLAL (1) = HI
10195       GNH3      = MAX(CHI4 - PSI4, TINY)
10196       GHNO3     = MAX(CHI5 - PSI5, TINY)
10197       GHCL      = MAX(CHI6 - PSI6, TINY)
10199       CNH42S4   = ZERO
10200       CNH4NO3   = ZERO
10201       CNACL     = ZERO
10202       CNANO3    = ZERO
10203       CNA2SO4   = MAX(CHI1 - PSI1, ZERO)
10204       CK2SO4    = MAX(CHI9 - PSI9, ZERO)
10205       CMGSO4    = ZERO
10206       CCASO4    = CHI11
10208 !C *** NH4Cl(s) calculations
10210       A3   = XK6 /(R*TEMP*R*TEMP)
10211       IF (GNH3*GHCL.GT.A3) THEN
10212          DELT = MIN(GNH3, GHCL)
10213          BB = -(GNH3+GHCL)
10214          CC = GNH3*GHCL-A3
10215          DD = BB*BB - 4.D0*CC
10216          PSI31 = 0.5D0*(-BB + SQRT(DD))
10217          PSI32 = 0.5D0*(-BB - SQRT(DD))
10218          IF (DELT-PSI31.GT.ZERO .AND. PSI31.GT.ZERO) THEN
10219             PSI3 = PSI31
10220          ELSEIF (DELT-PSI32.GT.ZERO .AND. PSI32.GT.ZERO) THEN
10221             PSI3 = PSI32
10222          ELSE
10223             PSI3 = ZERO
10224          ENDIF
10225       ELSE
10226          PSI3 = ZERO
10227       ENDIF
10228       PSI3 = MAX (MIN(MIN(PSI3,CHI4-PSI4),CHI6-PSI6), ZERO)
10230 !C *** CALCULATE GAS / SOLID SPECIES (LIQUID IN MOLAL ALREADY) *********
10232       GNH3    = MAX(GNH3 - PSI3, TINY)
10233       GHCL    = MAX(GHCL - PSI3, TINY)
10234       CNH4CL  = PSI3
10236       CALL CALCMR2p1                                    ! Water content
10238 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
10240       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
10241          CALL CALCACT2p1
10242       ELSE
10243          GOTO 20
10244       ENDIF
10245 10    CONTINUE
10247 !C *** CALCULATE FUNCTION VALUE FOR OUTER LOOP ***************************
10249 !C20    FUNCM4 = MOLAL(3)*MOLAL(4)/GHCL/GNH3/A6/A4 - ONE
10250 20    FUNCM42p1 = MOLAL(1)*MOLAL(4)/GHCL/A6 - ONE
10252       RETURN
10254 !C *** END OF FUNCTION FUNCM4 *******************************************
10256       END
10258 !C=======================================================================
10260 !C *** ISORROPIA CODE II
10261 !C *** SUBROUTINE CALCM3
10262 !C *** CASE M3
10264 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
10265 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; Rcr+Na >= 2.0 ; Rcr < 2)
10266 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
10267 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CaSO4, K2SO4, NA2SO4, MGSO4, NH4CL, NACL
10268 !C     4. Completely dissolved: NH4NO3, NANO3
10270 !C *** COPYRIGHT 1996-2000, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
10271 !C *** WRITTEN BY  CHRISTOS FOUNTOUKIS & ATHANASIOS NENES
10273 !C=======================================================================
10275       SUBROUTINE CALCM32p1
10276       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
10278       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,      &
10279                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,      &
10280                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,    &
10281                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,        &
10282                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6,  &
10283                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
10285 !C *** REGIME DEPENDS ON THE EXISTANCE OF NITRATES ***********************
10287       IF (W(4).LE.TINY) THEN        ! NO3 NOT EXIST, WATER NOT POSSIBLE
10288          SCASE = 'M3 ; SUBCASE 1'
10289          CALL CALCM1A2p1
10290          SCASE = 'M3 ; SUBCASE 1'
10291          RETURN
10292       ENDIF
10294 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
10296       CALAOU = .TRUE.
10297       CHI11  = MIN (W(6), W(2))                    ! CCASO4
10298       SO4FR  = MAX(W(2)-CHI11, ZERO)
10299       CAFR   = MAX(W(6)-CHI11, ZERO)
10300       CHI9   = MIN (0.5D0*W(7), SO4FR)             ! CK2S04
10301       FRK    = MAX(W(7)-2.D0*CHI9, ZERO)
10302       SO4FR  = MAX(SO4FR-CHI9, ZERO)
10303       CHI10  = MIN (W(8), SO4FR)                  ! CMGSO4
10304       FRMG   = MAX(W(8)-CHI10, ZERO)
10305       SO4FR  = MAX(SO4FR-CHI10, ZERO)
10306       CHI1   = MAX (SO4FR,ZERO)                    ! CNA2SO4
10307       CHI2   = ZERO                                ! CNH42S4
10308       CHI3   = ZERO                                ! CNH4CL
10309       FRNA   = MAX (W(1)-2.D0*CHI1, ZERO)
10310       CHI8   = MIN (FRNA, W(4))                    ! CNANO3
10311       CHI4   = W(3)                                ! NH3(g)
10312       CHI5   = MAX (W(4)-CHI8, ZERO)               ! HNO3(g)
10313       CHI7   = MIN (MAX(FRNA-CHI8, ZERO), W(5))    ! CNACL
10314       CHI6   = MAX (W(5)-CHI7, ZERO)               ! HCL(g)
10316       PSI6LO = TINY
10317       PSI6HI = CHI6-TINY    ! MIN(CHI6-TINY, CHI4)
10319 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
10321       X1 = PSI6LO
10322       Y1 = FUNCM32p1 (X1)
10323       IF (ABS(Y1).LE.EPS .OR. CHI6.LE.TINY) GOTO 50
10325 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
10327       DX = (PSI6HI-PSI6LO)/FLOAT(NDIV)
10328       DO 10 I=1,NDIV
10329          X2 = X1+DX
10330          Y2 = FUNCM32p1 (X2)
10331          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
10332          X1 = X2
10333          Y1 = Y2
10334 10    CONTINUE
10336 !C *** NO SUBDIVISION WITH SOLUTION; IF ABS(Y2)<EPS SOLUTION IS ASSUMED
10338       IF (ABS(Y2) .GT. EPS) Y2 = FUNCM32p1 (PSI6LO)
10339       GOTO 50
10341 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
10343 20    DO 30 I=1,MAXIT
10344          X3 = 0.5*(X1+X2)
10345          Y3 = FUNCM32p1 (X3)
10346          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
10347             Y2    = Y3
10348             X2    = X3
10349          ELSE
10350             Y1    = Y3
10351             X1    = X3
10352          ENDIF
10353          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
10354 30    CONTINUE
10355       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCM3')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
10357 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
10359 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
10360       Y3 = FUNCM32p1 (X3)
10362 !C *** CALCULATE HSO4 SPECIATION AND RETURN *******************************
10364 50    CONTINUE
10365       IF (MOLAL(1).GT.TINY .AND. MOLAL(5).GT.TINY) THEN
10366          CALL CALCHS42p1 (MOLAL(1), MOLAL(5), ZERO, DELTA)
10367          MOLAL(1) = MOLAL(1) - DELTA                     ! H+   EFFECT
10368          MOLAL(5) = MOLAL(5) - DELTA                     ! SO4  EFFECT
10369          MOLAL(6) = DELTA                                ! HSO4 EFFECT
10370       ENDIF
10372       RETURN
10374 !C *** END OF SUBROUTINE CALCM3 ******************************************
10376       END
10378 !C=======================================================================
10380 !C *** ISORROPIA CODE II
10381 !C *** SUBROUTINE FUNCM3
10382 !C *** CASE M3
10384 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
10385 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; Rcr+Na >= 2.0 ; Rcr < 2)
10386 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
10387 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CaSO4, K2SO4, NA2SO4, MGSO4, NH4CL, NACL
10388 !C     4. Completely dissolved: NH4NO3, NANO3
10390 !C *** COPYRIGHT 1996-2000, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
10391 !C *** WRITTEN BY  CHRISTOS FOUNTOUKIS & ATHANASIOS NENES
10393 !C=======================================================================
10395       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCM32p1 (X)
10396       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
10398       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,      &
10399                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,      &
10400                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,    &
10401                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,        &
10402                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6,  &
10403                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
10405 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
10407       PSI6   = X
10408       PSI1   = CHI1
10409       PSI2   = ZERO
10410       PSI3   = ZERO
10411       PSI7   = CHI7
10412       PSI8   = CHI8
10413       PSI9   = ZERO
10414       PSI10  = CHI10
10415       PSI11  = ZERO
10416       FRST   = .TRUE.
10417       CALAIN = .TRUE.
10419 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
10421       DO 10 I=1,NSWEEP
10423       A1  = XK5 *(WATER/GAMA(2))**3.0
10424       A3  = XK6 /(R*TEMP*R*TEMP)
10425       A4  = (XK2/XKW)*R*TEMP*(GAMA(10)/GAMA(5))**2.0
10426       A5  = XK4 *R*TEMP*(WATER/GAMA(10))**2.0
10427       A6  = XK3 *R*TEMP*(WATER/GAMA(11))**2.0
10428       A7  = XK8 *(WATER/GAMA(1))**2.0
10429       A9  = XK17 *(WATER/GAMA(17))**3.0
10430       A10 = XK23 *(WATER/GAMA(21))**2.0
10431 !C      A8  = XK9 *(WATER/GAMA(3))**2.0
10432 !C      A11 = XK1*WATER/GAMA(7)*(GAMA(8)/GAMA(7))**2.
10434 !C  CALCULATE DISSOCIATION QUANTITIES
10436       PSI5 = CHI5*(PSI6+PSI7) - A6/A5*PSI8*(CHI6-PSI6-PSI3)
10437       PSI5 = PSI5/(A6/A5*(CHI6-PSI6-PSI3) + PSI6 + PSI7)
10438       PSI5 = MIN(MAX(PSI5, TINY),CHI5)
10440       IF (W(3).GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN  ! First try 3rd order soln
10441          BB   =-(CHI4 + PSI6 + PSI5 + 1.d0/A4)
10442          CC   = CHI4*(PSI5+PSI6)
10443          DD   = MAX(BB*BB-4.d0*CC,ZERO)
10444          PSI4 =0.5d0*(-BB - SQRT(DD))
10445          PSI4 = MIN(MAX(PSI4,TINY),CHI4)
10446       ELSE
10447          PSI4 = TINY
10448       ENDIF
10450 !C      IF (CHI7.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN     ! NACL DISSOLUTION
10451 !C         VITA = 2.D0*PSI1+PSI8+PSI6                 ! AN DE DOULEPSEI KALA VGALE PSI1 APO DW
10452 !C         GKAMA= PSI6*(2.D0*PSI1+PSI8)-A7
10453 !C         DIAK = MAX(VITA**2.0 - 4.0D0*GKAMA,ZERO)
10454 !C         PSI7 = 0.5D0*( -VITA + SQRT(DIAK) )
10455 !C         PSI7 = MAX(MIN(PSI7, CHI7), ZERO)
10456 !C      ENDIF
10458       IF (CHI7.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN     ! NACL DISSOLUTION
10459          DIAK = (PSI8-PSI6)**2.D0 + 4.D0*A7
10460          PSI7 = 0.5D0*( -(PSI8+PSI6) + SQRT(DIAK) )
10461          PSI7 = MAX(MIN(PSI7, CHI7), ZERO)
10462       ENDIF
10465       IF (CHI1.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN   !NA2SO4
10466       RIZ = SQRT(A9/A1)
10467       AA  = (0.5D0*RIZ*(PSI7+PSI8)+PSI10+(1.D0+RIZ)*(PSI7+PSI8)) &
10468              /(1.D0+RIZ)
10469       BB  = ((PSI7+PSI8)*(0.5D0*RIZ*(PSI7+PSI8)+PSI10)+0.25D0* &
10470             (PSI7+PSI8)**2.0*(1.D0+RIZ))/(1.D0+RIZ)
10471       CC  = (0.25D0*(PSI7+PSI8)**2.0*(0.5D0*RIZ*(PSI7+PSI8)+PSI10) &
10472              -A1/4.D0)/(1.D0+RIZ)
10473 !C      AA  = PSI7+PSI8+PSI9+PSI10
10474 !C      BB  = (PSI7+PSI8)*(PSI9+PSI10)+0.25D0*(PSI7+PSI8)**2.
10475 !C      CC  = ((PSI7+PSI8)**2.*(PSI9+PSI10)-A1)/4.0D0
10477       CALL POLY32p1 (AA,BB,CC,PSI1,ISLV)
10478         IF (ISLV.EQ.0) THEN
10479             PSI1 = MIN (PSI1,CHI1)
10480         ELSE
10481             PSI1 = ZERO
10482         ENDIF
10483       ENDIF
10485       IF (CHI9.GE.TINY) THEN
10486          PSI9  = 0.5D0*SQRT(A9/A1)*(2.0D0*PSI1+PSI7+PSI8)
10487          PSI9  = MAX (MIN (PSI9,CHI9), ZERO)
10488       ELSE
10489          PSI9  = ZERO
10490       ENDIF
10492 !C      IF (CHI9.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN   !K2SO4
10493 !C      CALL POLY3 (PSI1+PSI10,ZERO,-A9/4.D0, PSI9, ISLV)
10494 !C        IF (ISLV.EQ.0) THEN
10495 !C            PSI9 = MIN (PSI9,CHI9)
10496 !C        ELSE
10497 !C            PSI9 = ZERO
10498 !C        ENDIF
10499 !C      ENDIF
10501 !C *** CALCULATE SPECIATION ********************************************
10503       MOLAL (2) = PSI8 + PSI7 + 2.D0*PSI1               ! NAI
10504       MOLAL (3) = PSI4                                  ! NH4I
10505       MOLAL (4) = PSI6 + PSI7                           ! CLI
10506       MOLAL (5) = PSI2 + PSI1 + PSI9 + PSI10            ! SO4I
10507       MOLAL (6) = ZERO                                  ! HSO4I
10508       MOLAL (7) = PSI5 + PSI8                           ! NO3I
10509       MOLAL (8) = PSI11                                 ! CAI
10510       MOLAL (9) = 2.D0*PSI9                             ! KI
10511       MOLAL (10)= PSI10                                 ! MGI
10513       SMIN      = 2.d0*MOLAL(5)+MOLAL(7)+MOLAL(4)-MOLAL(2)-MOLAL(3) &
10514                   - MOLAL(9) - 2.D0*MOLAL(10)
10515       CALL CALCPH2p1 (SMIN, HI, OHI)
10516       MOLAL (1) = HI
10518       GNH3      = MAX(CHI4 - PSI4, TINY)
10519       GHNO3     = MAX(CHI5 - PSI5, TINY)
10520       GHCL      = MAX(CHI6 - PSI6, TINY)
10522       CNH42S4   = ZERO
10523       CNH4NO3   = ZERO
10524       CNACL     = MAX(CHI7 - PSI7, ZERO)
10525       CNANO3    = ZERO
10526       CNA2SO4   = MAX(CHI1 - PSI1, ZERO)
10527       CK2SO4    = MAX(CHI9 - PSI9, ZERO)
10528       CMGSO4    = ZERO
10529       CCASO4    = CHI11
10531 !C *** NH4Cl(s) calculations
10533       A3   = XK6 /(R*TEMP*R*TEMP)
10534       IF (GNH3*GHCL.GT.A3) THEN
10535          DELT = MIN(GNH3, GHCL)
10536          BB = -(GNH3+GHCL)
10537          CC = GNH3*GHCL-A3
10538          DD = BB*BB - 4.D0*CC
10539          PSI31 = 0.5D0*(-BB + SQRT(DD))
10540          PSI32 = 0.5D0*(-BB - SQRT(DD))
10541          IF (DELT-PSI31.GT.ZERO .AND. PSI31.GT.ZERO) THEN
10542             PSI3 = PSI31
10543          ELSEIF (DELT-PSI32.GT.ZERO .AND. PSI32.GT.ZERO) THEN
10544             PSI3 = PSI32
10545          ELSE
10546             PSI3 = ZERO
10547          ENDIF
10548       ELSE
10549          PSI3 = ZERO
10550       ENDIF
10551       PSI3 = MAX (MIN(MIN(PSI3,CHI4-PSI4),CHI6-PSI6), ZERO)
10553 !C *** CALCULATE GAS / SOLID SPECIES (LIQUID IN MOLAL ALREADY) *********
10555       GNH3    = MAX(GNH3 - PSI3, TINY)
10556       GHCL    = MAX(GHCL - PSI3, TINY)
10557       CNH4CL  = PSI3
10559       CALL CALCMR2p1                                    ! Water content
10561 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
10563       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
10564          CALL CALCACT2p1
10565       ELSE
10566          GOTO 20
10567       ENDIF
10568 10    CONTINUE
10570 !C *** CALCULATE FUNCTION VALUE FOR OUTER LOOP ***************************
10572 !C20    FUNCM3 = MOLAL(3)*MOLAL(4)/GHCL/GNH3/A6/A4 - ONE
10573 20    FUNCM32p1 = MOLAL(1)*MOLAL(4)/GHCL/A6 - ONE
10575       RETURN
10577 !!C *** END OF FUNCTION FUNCM3 *******************************************
10579       END
10582 !C=======================================================================
10584 !C *** ISORROPIA CODE II
10585 !C *** SUBROUTINE CALCM2
10586 !C *** CASE M2
10588 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
10589 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; Rcr+Na >= 2.0 ; Rcr < 2)
10590 !C     2. SOLID & LIQUID AEROSOL POSSIBLE
10591 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CaSO4, K2SO4, NA2SO4, MGSO4, NH4CL, NACL, NANO3
10593 !C     THERE ARE THREE REGIMES IN THIS CASE:
10594 !C     1. NH4NO3(s) POSSIBLE. LIQUID & SOLID AEROSOL (SUBROUTINE CALCH2A)
10595 !C     2. NH4NO3(s) NOT POSSIBLE, AND RH < MDRH. SOLID AEROSOL ONLY
10596 !C     3. NH4NO3(s) NOT POSSIBLE, AND RH >= MDRH. (MDRH REGION)
10598 !C     REGIMES 2. AND 3. ARE CONSIDERED TO BE THE SAME AS CASES M1A, M2B
10599 !C     RESPECTIVELY (BECAUSE MDRH POINTS COINCIDE).
10601 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
10602 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
10603 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS & ATHANASIOS NENES
10605 !C=======================================================================
10607       SUBROUTINE CALCM22p1
10608       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
10609       EXTERNAL CALCM1A2p1, CALCM32p1
10611 !C *** REGIME DEPENDS ON THE EXISTANCE OF NITRATES ***********************
10613       CALL CALCM1A2p1
10615       IF (CNH4NO3.GT.TINY) THEN        ! NO3 EXISTS, WATER POSSIBLE
10616          SCASE = 'M2 ; SUBCASE 1'
10617          CALL CALCM2A2p1
10618          SCASE = 'M2 ; SUBCASE 1'
10619       ELSE                          ! NO3 NON EXISTANT, WATER NOT POSSIBLE
10620          SCASE = 'M2 ; SUBCASE 1'
10621          CALL CALCM1A2p1
10622          SCASE = 'M2 ; SUBCASE 1'
10623       ENDIF
10625       IF (WATER.LE.TINY .AND. RH.LT.DRMM2) THEN      ! DRY AEROSOL
10626          SCASE = 'M2 ; SUBCASE 2'
10628       ELSEIF (WATER.LE.TINY .AND. RH.GE.DRMM2) THEN  ! MDRH OF M2
10629          SCASE = 'M2 ; SUBCASE 3'
10630          CALL CALCMDRH22p1 (RH, DRMM2, DRNANO3, CALCM1A2p1, CALCM32p1)
10631          SCASE = 'M2 ; SUBCASE 3'
10632       ENDIF
10634       RETURN
10636 !C *** END OF SUBROUTINE CALCM2 ******************************************
10638       END
10640 !C=======================================================================
10642 !C *** ISORROPIA CODE II
10643 !C *** SUBROUTINE CALCM2A
10644 !C *** CASE M2A
10646 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
10647 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; Rcr+Na >= 2.0 ; Rcr < 2)
10648 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
10649 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CaSO4, K2SO4, NA2SO4, MGSO4, NH4CL, NACL, NANO3
10650 !C     4. Completely dissolved: NH4NO3
10652 !C *** COPYRIGHT 1996-2000, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
10653 !C *** WRITTEN BY  CHRISTOS FOUNTOUKIS & ATHANASIOS NENES
10655 !C=======================================================================
10657       SUBROUTINE CALCM2A2p1
10658       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
10660       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,     &
10661                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,     &
10662                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,   &
10663                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,       &
10664                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6, &
10665                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
10667 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
10669       CALAOU = .TRUE.
10670       CHI11  = MIN (W(6), W(2))                    ! CCASO4
10671       SO4FR  = MAX(W(2)-CHI11, ZERO)
10672       CAFR   = MAX(W(6)-CHI11, ZERO)
10673       CHI9   = MIN (0.5D0*W(7), SO4FR)             ! CK2S04
10674       FRK    = MAX(W(7)-2.D0*CHI9, ZERO)
10675       SO4FR  = MAX(SO4FR-CHI9, ZERO)
10676       CHI10  = MIN (W(8), SO4FR)                  ! CMGSO4
10677       FRMG   = MAX(W(8)-CHI10, ZERO)
10678       SO4FR  = MAX(SO4FR-CHI10, ZERO)
10679       CHI1   = MAX (SO4FR,ZERO)                    ! CNA2SO4
10680       CHI2   = ZERO                                ! CNH42S4
10681       CHI3   = ZERO                                ! CNH4CL
10682       FRNA   = MAX (W(1)-2.D0*CHI1, ZERO)
10683       CHI8   = MIN (FRNA, W(4))                    ! CNANO3
10684       CHI4   = W(3)                                ! NH3(g)
10685       CHI5   = MAX (W(4)-CHI8, ZERO)               ! HNO3(g)
10686       CHI7   = MIN (MAX(FRNA-CHI8, ZERO), W(5))    ! CNACL
10687       CHI6   = MAX (W(5)-CHI7, ZERO)               ! HCL(g)
10689       PSI6LO = TINY
10690       PSI6HI = CHI6-TINY    ! MIN(CHI6-TINY, CHI4)
10692 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
10694       X1 = PSI6LO
10695       Y1 = FUNCM2A2p1 (X1)
10696       IF (ABS(Y1).LE.EPS .OR. CHI6.LE.TINY) GOTO 50
10698 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
10700       DX = (PSI6HI-PSI6LO)/FLOAT(NDIV)
10701       DO 10 I=1,NDIV
10702          X2 = X1+DX
10703          Y2 = FUNCM2A2p1 (X2)
10704          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
10705          X1 = X2
10706          Y1 = Y2
10707 10    CONTINUE
10709 !C *** NO SUBDIVISION WITH SOLUTION; IF ABS(Y2)<EPS SOLUTION IS ASSUMED
10711       IF (ABS(Y2) .GT. EPS) Y2 = FUNCM2A2p1 (PSI6LO)
10712       GOTO 50
10714 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
10716 20    DO 30 I=1,MAXIT
10717          X3 = 0.5*(X1+X2)
10718          Y3 = FUNCM2A2p1 (X3)
10719          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
10720             Y2    = Y3
10721             X2    = X3
10722          ELSE
10723             Y1    = Y3
10724             X1    = X3
10725          ENDIF
10726          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
10727 30    CONTINUE
10728       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCM2A')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
10730 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
10732 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
10733       Y3 = FUNCM2A2p1 (X3)
10735 !C *** CALCULATE HSO4 SPECIATION AND RETURN *******************************
10737 50    CONTINUE
10738       IF (MOLAL(1).GT.TINY .AND. MOLAL(5).GT.TINY) THEN
10739          CALL CALCHS42p1 (MOLAL(1), MOLAL(5), ZERO, DELTA)
10740          MOLAL(1) = MOLAL(1) - DELTA                     ! H+   EFFECT
10741          MOLAL(5) = MOLAL(5) - DELTA                     ! SO4  EFFECT
10742          MOLAL(6) = DELTA                                ! HSO4 EFFECT
10743       ENDIF
10745       RETURN
10747 !C *** END OF SUBROUTINE CALCM2A ******************************************
10749       END
10751 !C=======================================================================
10753 !C *** ISORROPIA CODE II
10754 !C *** SUBROUTINE FUNCM2A
10755 !C *** CASE M2A
10757 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
10758 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; Rcr+Na >= 2.0 ; Rcr < 2)
10759 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
10760 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CaSO4, K2SO4, NA2SO4, MGSO4, NH4CL, NACL, NANO3
10761 !C     4. Completely dissolved: NH4NO3
10763 !C *** COPYRIGHT 1996-2000, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
10764 !C *** WRITTEN BY  CHRISTOS FOUNTOUKIS & ATHANASIOS NENES
10766 !C=======================================================================
10768       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCM2A2p1 (X)
10769       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
10771       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,     &
10772                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,     &
10773                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,   &
10774                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,       &
10775                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6, &
10776                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
10778 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
10780       PSI6   = X
10781       PSI1   = CHI1
10782       PSI2   = ZERO
10783       PSI3   = ZERO
10784       PSI7   = CHI7
10785       PSI8   = CHI8
10786       PSI9   = ZERO
10787       PSI10  = CHI10
10788       PSI11  = ZERO
10789       FRST   = .TRUE.
10790       CALAIN = .TRUE.
10792 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
10794       DO 10 I=1,NSWEEP
10796       A1  = XK5 *(WATER/GAMA(2))**3.0
10797       A3  = XK6 /(R*TEMP*R*TEMP)
10798       A4  = (XK2/XKW)*R*TEMP*(GAMA(10)/GAMA(5))**2.0
10799       A5  = XK4 *R*TEMP*(WATER/GAMA(10))**2.0
10800       A6  = XK3 *R*TEMP*(WATER/GAMA(11))**2.0
10801       A7  = XK8 *(WATER/GAMA(1))**2.0
10802       A8  = XK9 *(WATER/GAMA(3))**2.0
10803       A9  = XK17 *(WATER/GAMA(17))**3.0
10804       A64 = (XK3*XK2/XKW)*(GAMA(10)/GAMA(5)/GAMA(11))**2.0
10805       A64 = A64*(R*TEMP*WATER)**2.0
10806 !C      A11 = XK1*WATER/GAMA(7)*(GAMA(8)/GAMA(7))**2.
10808 !C  CALCULATE DISSOCIATION QUANTITIES
10810       PSI5 = CHI5*(PSI6+PSI7) - A6/A5*PSI8*(CHI6-PSI6-PSI3)
10811       PSI5 = PSI5/(A6/A5*(CHI6-PSI6-PSI3) + PSI6 + PSI7)
10812       PSI5 = MIN(MAX(PSI5, TINY),CHI5)
10814       IF (W(3).GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN  ! First try 3rd order soln
10815          BB   =-(CHI4 + PSI6 + PSI5 + 1.d0/A4)
10816          CC   = CHI4*(PSI5+PSI6)
10817          DD   = MAX(BB*BB-4.d0*CC,ZERO)
10818          PSI4 =0.5d0*(-BB - SQRT(DD))
10819          PSI4 = MIN(MAX(PSI4,TINY),CHI4)
10820       ELSE
10821          PSI4 = TINY
10822       ENDIF
10824 !C      IF (CHI7.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN     ! NACL DISSOLUTION
10825 !C         VITA = 2.D0*PSI1+PSI8+PSI6
10826 !C         GKAMA= PSI6*(2.D0*PSI1+PSI8)-A7
10827 !C         DIAK = MAX(VITA**2.0 - 4.0D0*GKAMA,ZERO)
10828 !C         PSI7 = 0.5D0*( -VITA + SQRT(DIAK) )
10829 !C         PSI7 = MAX(MIN(PSI7, CHI7), ZERO)
10830 !C      ENDIF
10832 !C      IF (CHI8.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN     ! NANO3 DISSOLUTION
10833 !C         BIT  = 2.D0*PSI1+PSI7+PSI5
10834 !C         GKAM = PSI5*(2.D0*PSI1+PSI8)-A8
10835 !C         DIA  = BIT**2.0 - 4.0D0*GKAM
10836 !C        PSI8 = 0.5D0*( -BIT + SQRT(DIA) )
10837 !C        PSI8 = MAX(MIN(PSI8, CHI8), ZERO)
10838 !C      ENDIF
10840       IF (CHI7.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN     ! NACL DISSOLUTION
10841          DIAK = (PSI8-PSI6)**2.D0 + 4.D0*A7
10842          PSI7 = 0.5D0*( -(PSI8+PSI6) + SQRT(DIAK) )
10843          PSI7 = MAX(MIN(PSI7, CHI7), ZERO)
10844       ENDIF
10846       IF (CHI8.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN     ! NANO3 DISSOLUTION
10847          DIAK = (PSI7-PSI5)**2.D0 + 4.D0*A8
10848          PSI8 = 0.5D0*( -(PSI7+PSI5) + SQRT(DIAK) )
10849          PSI8 = MAX(MIN(PSI8, CHI8), ZERO)
10850       ENDIF
10852       IF (CHI1.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN   !NA2SO4
10853       RIZ = SQRT(A9/A1)
10854       AA  = (0.5D0*RIZ*(PSI7+PSI8)+PSI10+(1.D0+RIZ)*(PSI7+PSI8)) &
10855              /(1.D0+RIZ)
10856       BB  = ((PSI7+PSI8)*(0.5D0*RIZ*(PSI7+PSI8)+PSI10)+0.25D0* &
10857             (PSI7+PSI8)**2.0*(1.D0+RIZ))/(1.D0+RIZ)
10858       CC  = (0.25D0*(PSI7+PSI8)**2.0*(0.5D0*RIZ*(PSI7+PSI8)+PSI10) &
10859              -A1/4.D0)/(1.D0+RIZ)
10861 !C      AA  = PSI7+PSI8+PSI9+PSI10
10862 !C      BB  = (PSI7+PSI8)*(PSI9+PSI10)+0.25D0*(PSI7+PSI8)**2.
10863 !C      CC  = ((PSI7+PSI8)**2.*(PSI9+PSI10)-A1)/4.0D0
10865       CALL POLY32p1 (AA,BB,CC,PSI1,ISLV)
10866         IF (ISLV.EQ.0) THEN
10867             PSI1 = MIN (PSI1,CHI1)
10868         ELSE
10869             PSI1 = ZERO
10870         ENDIF
10871       ENDIF
10873       IF (CHI9.GE.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN
10874 !C         PSI9  = 0.5D0*SQRT(A9/A1)*(2.0D0*PSI1+PSI7+PSI8)
10875          PSI9  = 0.5D0*SQRT(A9/A1)*(2.0D0*PSI1+PSI7+PSI8)
10876          PSI9  = MAX (MIN (PSI9,CHI9), ZERO)
10877       ELSE
10878          PSI9  = ZERO
10879       ENDIF
10881 !C      IF (CHI9.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN   !K2SO4
10882 !C      CALL POLY3 (PSI1+PSI10,ZERO,-A9/4.D0, PSI9, ISLV)
10883 !C        IF (ISLV.EQ.0) THEN
10884 !C            PSI9 = MAX (MIN (PSI9,CHI9), ZERO)
10885 !C        ELSE
10886 !C            PSI9 = ZERO
10887 !C        ENDIF
10888 !C      ENDIF
10890 !C *** CALCULATE SPECIATION ********************************************
10892       MOLAL (2) = PSI8 + PSI7 + 2.D0*PSI1               ! NAI
10893       MOLAL (3) = PSI4                                  ! NH4I
10894       MOLAL (4) = PSI6 + PSI7                           ! CLI
10895       MOLAL (5) = PSI2 + PSI1 + PSI9 + PSI10            ! SO4I
10896       MOLAL (6) = ZERO                                  ! HSO4I
10897       MOLAL (7) = PSI5 + PSI8                           ! NO3I
10898       MOLAL (8) = PSI11                                 ! CAI
10899       MOLAL (9) = 2.D0*PSI9                             ! KI
10900       MOLAL (10)= PSI10                                 ! MGI
10902       SMIN      = 2.d0*MOLAL(5)+MOLAL(7)+MOLAL(4)-MOLAL(2)-MOLAL(3) &
10903                   - MOLAL(9) - 2.D0*MOLAL(10)
10904       CALL CALCPH2p1 (SMIN, HI, OHI)
10905       MOLAL (1) = HI
10907       GNH3      = MAX(CHI4 - PSI4, TINY)
10908       GHNO3     = MAX(CHI5 - PSI5, TINY)
10909       GHCL      = MAX(CHI6 - PSI6, TINY)
10911       CNH42S4   = ZERO
10912       CNH4NO3   = ZERO
10913       CNACL     = MAX(CHI7 - PSI7, ZERO)
10914       CNANO3    = MAX(CHI8 - PSI8, ZERO)
10915       CNA2SO4   = MAX(CHI1 - PSI1, ZERO)
10916       CK2SO4    = MAX(CHI9 - PSI9, ZERO)
10917       CMGSO4    = ZERO
10918       CCASO4    = CHI11
10920 !C *** NH4Cl(s) calculations
10922       A3   = XK6 /(R*TEMP*R*TEMP)
10923       IF (GNH3*GHCL.GT.A3) THEN
10924          DELT = MIN(GNH3, GHCL)
10925          BB = -(GNH3+GHCL)
10926          CC = GNH3*GHCL-A3
10927          DD = BB*BB - 4.D0*CC
10928          PSI31 = 0.5D0*(-BB + SQRT(DD))
10929          PSI32 = 0.5D0*(-BB - SQRT(DD))
10930          IF (DELT-PSI31.GT.ZERO .AND. PSI31.GT.ZERO) THEN
10931             PSI3 = PSI31
10932          ELSEIF (DELT-PSI32.GT.ZERO .AND. PSI32.GT.ZERO) THEN
10933             PSI3 = PSI32
10934          ELSE
10935             PSI3 = ZERO
10936          ENDIF
10937       ELSE
10938          PSI3 = ZERO
10939       ENDIF
10940       PSI3 = MAX(MIN(MIN(PSI3,CHI4-PSI4),CHI6-PSI6), ZERO)
10942 !C *** CALCULATE GAS / SOLID SPECIES (LIQUID IN MOLAL ALREADY) *********
10944       GNH3    = MAX(GNH3 - PSI3, TINY)
10945       GHCL    = MAX(GHCL - PSI3, TINY)
10946       CNH4CL  = PSI3
10948       CALL CALCMR2p1                                    ! Water content
10950 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
10952       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
10953          CALL CALCACT2p1
10954       ELSE
10955          GOTO 20
10956       ENDIF
10957 10    CONTINUE
10959 !C *** CALCULATE FUNCTION VALUE FOR OUTER LOOP ***************************
10961 !C20    FUNCM2A = MOLAL(3)*MOLAL(4)/GHCL/GNH3/A64 - ONE
10962 20    FUNCM2A2p1 = MOLAL(1)*MOLAL(4)/GHCL/A6 - ONE
10964       RETURN
10966 !C *** END OF FUNCTION FUNCM2A *******************************************
10968       END
10970 !C=======================================================================
10972 !C *** ISORROPIA CODE II
10973 !C *** SUBROUTINE CALCM1
10974 !C *** CASE M1
10976 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
10977 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; Rcr+Na >= 2.0 ; Rcr < 2)
10978 !C     2. SOLID AEROSOL ONLY
10979 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CaSO4, K2SO4, NA2SO4, MGSO4, NH4CL, NACL, NANO3, NH4NO3
10981 !C     THERE ARE TWO POSSIBLE REGIMES HERE, DEPENDING ON RELATIVE HUMIDITY:
10982 !C     1. WHEN RH >= MDRH ; LIQUID PHASE POSSIBLE (MDRH REGION)
10983 !C     2. WHEN RH < MDRH  ; ONLY SOLID PHASE POSSIBLE (SUBROUTINE CALCH1A)
10985 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
10986 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
10987 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS & ATHANASIOS NENES
10989 !C=======================================================================
10991       SUBROUTINE CALCM12p1
10992       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
10993       EXTERNAL CALCM1A2p1, CALCM2A2p1
10995 !C *** REGIME DEPENDS UPON THE AMBIENT RELATIVE HUMIDITY *****************
10997       IF (RH.LT.DRMM1) THEN
10998          SCASE = 'M1 ; SUBCASE 1'
10999          CALL CALCM1A2p1              ! SOLID PHASE ONLY POSSIBLE
11000          SCASE = 'M1 ; SUBCASE 1'
11001       ELSE
11002          SCASE = 'M1 ; SUBCASE 2'  ! LIQUID & SOLID PHASE POSSIBLE
11003          CALL CALCMDRH22p1 (RH, DRMM1, DRNH4NO3, CALCM1A2p1, CALCM2A2p1)
11004          SCASE = 'M1 ; SUBCASE 2'
11005       ENDIF
11007       RETURN
11009 !C *** END OF SUBROUTINE CALCM1 ******************************************
11011       END
11013 !C=======================================================================
11015 !C *** ISORROPIA CODE II
11016 !C *** SUBROUTINE CALCM1A
11017 !C *** CASE M1A
11019 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
11020 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; Rcr+Na >= 2.0 ; Rcr < 2)
11021 !C     2. SOLID AEROSOL ONLY
11022 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CaSO4, K2SO4, NA2SO4, MGSO4, NH4CL, NACL, NANO3, NH4NO3
11024 !C *** COPYRIGHT 1996-2000, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
11025 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS & ATHANASIOS NENES
11027 !C=======================================================================
11029       SUBROUTINE CALCM1A2p1
11030       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
11031       DOUBLE PRECISION LAMDA, LAMDA1, LAMDA2, KAPA, KAPA1, KAPA2, NAFR, &
11032                        NO3FR
11034 !C *** CALCULATE NON VOLATILE SOLIDS ***********************************
11036       CCASO4  = MIN (W(6), W(2))                    ! CCASO4
11037       SO4FR   = MAX(W(2) - CCASO4, ZERO)
11038       CAFR    = MAX(W(6) - CCASO4, ZERO)
11039       CK2SO4  = MIN (0.5D0*W(7), SO4FR)             ! CK2S04
11040       FRK     = MAX(W(7) - 2.D0*CK2SO4, ZERO)
11041       SO4FR   = MAX(SO4FR - CK2SO4, ZERO)
11042       CMGSO4  = MIN (W(8), SO4FR)                   ! CMGSO4
11043       FRMG    = MAX(W(8) - CMGSO4, ZERO)
11044       SO4FR   = MAX(SO4FR - CMGSO4, ZERO)
11045       CNA2SO4 = MAX (SO4FR,ZERO)                    ! CNA2SO4
11046       NAFR    = MAX (W(1)-2.D0*CNA2SO4, ZERO)
11047       CNANO3  = MIN (NAFR, W(4))                    ! CNANO3
11048       NO3FR   = MAX (W(4)-CNANO3, ZERO)
11049       CNACL   = MIN (MAX(NAFR-CNANO3, ZERO), W(5))  ! CNACL
11050       CLFR    = MAX (W(5)-CNACL, ZERO)
11052 !C *** CALCULATE VOLATILE SPECIES **************************************
11054       ALF     = W(3)                     ! FREE NH3
11055       BET     = CLFR                     ! FREE CL
11056       GAM     = NO3FR                    ! FREE NO3
11058       RTSQ    = R*TEMP*R*TEMP
11059       A1      = XK6/RTSQ
11060       A2      = XK10/RTSQ
11062       THETA1  = GAM - BET*(A2/A1)
11063       THETA2  = A2/A1
11065 !C QUADRATIC EQUATION SOLUTION
11067       BB      = (THETA1-ALF-BET*(ONE+THETA2))/(ONE+THETA2)
11068       CC      = (ALF*BET-A1-BET*THETA1)/(ONE+THETA2)
11069       DD      = BB*BB - 4.0D0*CC
11070       IF (DD.LT.ZERO) GOTO 100   ! Solve each reaction seperately
11072 !C TWO ROOTS FOR KAPA, CHECK AND SEE IF ANY VALID
11074       SQDD    = SQRT(DD)
11075       KAPA1   = 0.5D0*(-BB+SQDD)
11076       KAPA2   = 0.5D0*(-BB-SQDD)
11077       LAMDA1  = THETA1 + THETA2*KAPA1
11078       LAMDA2  = THETA1 + THETA2*KAPA2
11080       IF (KAPA1.GE.ZERO .AND. LAMDA1.GE.ZERO) THEN
11081          IF (ALF-KAPA1-LAMDA1.GE.ZERO .AND. &
11082              BET-KAPA1.GE.ZERO .AND. GAM-LAMDA1.GE.ZERO) THEN
11083              KAPA = KAPA1
11084              LAMDA= LAMDA1
11085              GOTO 200
11086          ENDIF
11087       ENDIF
11089       IF (KAPA2.GE.ZERO .AND. LAMDA2.GE.ZERO) THEN
11090          IF (ALF-KAPA2-LAMDA2.GE.ZERO .AND. &
11091              BET-KAPA2.GE.ZERO .AND. GAM-LAMDA2.GE.ZERO) THEN
11092              KAPA = KAPA2
11093              LAMDA= LAMDA2
11094              GOTO 200
11095          ENDIF
11096       ENDIF
11098 !C SEPERATE SOLUTION OF NH4CL & NH4NO3 EQUILIBRIA
11100 100   KAPA  = ZERO
11101       LAMDA = ZERO
11102       DD1   = (ALF+BET)*(ALF+BET) - 4.0D0*(ALF*BET-A1)
11103       DD2   = (ALF+GAM)*(ALF+GAM) - 4.0D0*(ALF*GAM-A2)
11105 !C NH4CL EQUILIBRIUM
11107       IF (DD1.GE.ZERO) THEN
11108          SQDD1 = SQRT(DD1)
11109          KAPA1 = 0.5D0*(ALF+BET + SQDD1)
11110          KAPA2 = 0.5D0*(ALF+BET - SQDD1)
11112          IF (KAPA1.GE.ZERO .AND. KAPA1.LE.MIN(ALF,BET)) THEN
11113             KAPA = KAPA1
11114          ELSE IF (KAPA2.GE.ZERO .AND. KAPA2.LE.MIN(ALF,BET)) THEN
11115             KAPA = KAPA2
11116          ELSE
11117             KAPA = ZERO
11118          ENDIF
11119       ENDIF
11121 !C NH4NO3 EQUILIBRIUM
11123       IF (DD2.GE.ZERO) THEN
11124          SQDD2 = SQRT(DD2)
11125          LAMDA1= 0.5D0*(ALF+GAM + SQDD2)
11126          LAMDA2= 0.5D0*(ALF+GAM - SQDD2)
11128          IF (LAMDA1.GE.ZERO .AND. LAMDA1.LE.MIN(ALF,GAM)) THEN
11129             LAMDA = LAMDA1
11130          ELSE IF (LAMDA2.GE.ZERO .AND. LAMDA2.LE.MIN(ALF,GAM)) THEN
11131             LAMDA = LAMDA2
11132          ELSE
11133             LAMDA = ZERO
11134          ENDIF
11135       ENDIF
11137 !C IF BOTH KAPA, LAMDA ARE > 0, THEN APPLY EXISTANCE CRITERION
11139       IF (KAPA.GT.ZERO .AND. LAMDA.GT.ZERO) THEN
11140          IF (BET .LT. LAMDA/THETA1) THEN
11141             KAPA = ZERO
11142          ELSE
11143             LAMDA= ZERO
11144          ENDIF
11145       ENDIF
11147 !C *** CALCULATE COMPOSITION OF VOLATILE SPECIES ***********************
11149 200   CONTINUE
11150       CNH4NO3 = LAMDA
11151       CNH4CL  = KAPA
11153       GNH3    = ALF - KAPA - LAMDA
11154       GHNO3   = GAM - LAMDA
11155       GHCL    = BET - KAPA
11157       RETURN
11159 !C *** END OF SUBROUTINE CALCM1A *****************************************
11161       END
11163 !C=======================================================================
11165 !C *** ISORROPIA CODE II
11166 !C *** SUBROUTINE CALCP13
11167 !C *** CASE P13
11169 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
11170 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; Rcr+Na >= 2.0 ; Rcr > 2)
11171 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
11172 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CaSO4
11173 !C     4. Completely dissolved: CA(NO3)2, CACL2, K2SO4, KNO3, KCL, MGSO4,
11174 !C                              MG(NO3)2, MGCL2, NANO3, NACL, NH4NO3, NH4CL
11176 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
11177 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
11178 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
11180 !C=======================================================================
11182       SUBROUTINE CALCP132p1
11183       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
11185       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,     &
11186                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,     &
11187                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,   &
11188                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,       &
11189                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6, &
11190                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
11192 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
11194       CALAOU  = .TRUE.
11195       CHI11   = MIN (W(2), W(6))                    ! CCASO4
11196       FRCA    = MAX (W(6) - CHI11, ZERO)
11197       FRSO4   = MAX (W(2) - CHI11, ZERO)
11198       CHI9    = MIN (FRSO4, 0.5D0*W(7))             ! CK2SO4
11199       FRK     = MAX (W(7) - 2.D0*CHI9, ZERO)
11200       FRSO4   = MAX (FRSO4 - CHI9, ZERO)
11201       CHI10   = FRSO4                               ! CMGSO4
11202       FRMG    = MAX (W(8) - CHI10, ZERO)
11203       CHI7    = MIN (W(1), W(5))                    ! CNACL
11204       FRNA    = MAX (W(1) - CHI7, ZERO)
11205       FRCL    = MAX (W(5) - CHI7, ZERO)
11206       CHI12   = MIN (FRCA, 0.5D0*W(4))              ! CCANO32
11207       FRCA    = MAX (FRCA - CHI12, ZERO)
11208       FRNO3   = MAX (W(4) - 2.D0*CHI12, ZERO)
11209       CHI17   = MIN (FRCA, 0.5D0*FRCL)              ! CCACL2
11210       FRCA    = MAX (FRCA - CHI17, ZERO)
11211       FRCL    = MAX (FRCL - 2.D0*CHI17, ZERO)
11212       CHI15   = MIN (FRMG, 0.5D0*FRNO3)             ! CMGNO32
11213       FRMG    = MAX (FRMG - CHI15, ZERO)
11214       FRNO3   = MAX (FRNO3 - 2.D0*CHI15, ZERO)
11215       CHI16   = MIN (FRMG, 0.5D0*FRCL)              ! CMGCL2
11216       FRMG    = MAX (FRMG - CHI16, ZERO)
11217       FRCL    = MAX (FRCL - 2.D0*CHI16, ZERO)
11218       CHI8    = MIN (FRNA, FRNO3)                   ! CNANO3
11219       FRNA    = MAX (FRNA - CHI8, ZERO)
11220       FRNO3   = MAX (FRNO3 - CHI8, ZERO)
11221       CHI14   = MIN (FRK, FRCL)                     ! CKCL
11222       FRK     = MAX (FRK - CHI14, ZERO)
11223       FRCL    = MAX (FRCL - CHI14, ZERO)
11224       CHI13   = MIN (FRK, FRNO3)                    ! CKNO3
11225       FRK     = MAX (FRK - CHI13, ZERO)
11226       FRNO3   = MAX (FRNO3 - CHI13, ZERO)
11228       CHI5    = FRNO3                               ! HNO3(g)
11229       CHI6    = FRCL                                ! HCL(g)
11230       CHI4    = W(3)                                ! NH3(g)
11232       CHI3    = ZERO                                ! CNH4CL
11233       CHI1    = ZERO
11234       CHI2    = ZERO
11236       PSI6LO = TINY
11237       PSI6HI = CHI6-TINY    ! MIN(CHI6-TINY, CHI4)
11239 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
11241       X1 = PSI6LO
11242       Y1 = FUNCP132p1 (X1)
11243       IF (ABS(Y1).LE.EPS .OR. CHI6.LE.TINY) GOTO 50
11245 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
11247       DX = (PSI6HI-PSI6LO)/FLOAT(NDIV)
11248       DO 10 I=1,NDIV
11249          X2 = X1+DX
11250          Y2 = FUNCP132p1 (X2)
11251          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
11252          X1 = X2
11253          Y1 = Y2
11254 10    CONTINUE
11256 !C *** NO SUBDIVISION WITH SOLUTION; IF ABS(Y2)<EPS SOLUTION IS ASSUMED
11258       IF (ABS(Y2) .GT. EPS) Y2 = FUNCP132p1 (PSI6LO)
11259       GOTO 50
11261 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
11263 20    DO 30 I=1,MAXIT
11264          X3 = 0.5*(X1+X2)
11265          Y3 = FUNCP132p1 (X3)
11266          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
11267             Y2    = Y3
11268             X2    = X3
11269          ELSE
11270             Y1    = Y3
11271             X1    = X3
11272          ENDIF
11273          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
11274 30    CONTINUE
11275       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCP13')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
11277 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
11279 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
11280       Y3 = FUNCP132p1 (X3)
11282 !C *** CALCULATE HSO4 SPECIATION AND RETURN *******************************
11284 50    CONTINUE
11285       IF (MOLAL(1).GT.TINY .AND. MOLAL(5).GT.TINY) THEN
11286          CALL CALCHS42p1 (MOLAL(1), MOLAL(5), ZERO, DELTA)
11287          MOLAL(1) = MOLAL(1) - DELTA                     ! H+   EFFECT
11288          MOLAL(5) = MOLAL(5) - DELTA                     ! SO4  EFFECT
11289          MOLAL(6) = DELTA                                ! HSO4 EFFECT
11290       ENDIF
11292       RETURN
11294 !C *** END OF SUBROUTINE CALCP13 ******************************************
11296       END
11299 !C=======================================================================
11301 !C *** ISORROPIA CODE II
11302 !C *** SUBROUTINE FUNCP13
11303 !C *** CASE P13
11305 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
11306 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; Rcr+Na >= 2.0 ; Rcr > 2)
11307 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
11308 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CaSO4
11309 !C     4. Completely dissolved: CA(NO3)2, CACL2, K2SO4, KNO3, KCL, MGSO4,
11310 !C                              MG(NO3)2, MGCL2, NANO3, NACL, NH4NO3, NH4CL
11312 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
11313 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
11314 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
11316 !C=======================================================================
11318       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCP132p1 (X)
11319       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
11321       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,     &
11322                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,     &
11323                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,   &
11324                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,       &
11325                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6, &
11326                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
11328 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
11330       PSI6   = X
11331       PSI1   = ZERO
11332       PSI2   = ZERO
11333       PSI3   = ZERO
11334       PSI4   = ZERO
11335       PSI7   = CHI7
11336       PSI8   = CHI8
11337       PSI9   = CHI9
11338       PSI10  = CHI10
11339       PSI11  = ZERO
11340       PSI12  = CHI12
11341       PSI13  = CHI13
11342       PSI14  = CHI14
11343       PSI15  = CHI15
11344       PSI16  = CHI16
11345       PSI17  = CHI17
11346       FRST   = .TRUE.
11347       CALAIN = .TRUE.
11349 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
11351       DO 10 I=1,NSWEEP
11353       A4  = (XK2/XKW)*R*TEMP*(GAMA(10)/GAMA(5))**2.0
11354       A5  = XK4 *R*TEMP*(WATER/GAMA(10))**2.0
11355       A6  = XK3 *R*TEMP*(WATER/GAMA(11))**2.0
11357 !C  CALCULATE DISSOCIATION QUANTITIES
11359       PSI5 = CHI5*(PSI6 + PSI7 + PSI14 + 2.D0*PSI16 + 2.D0*PSI17) - &
11360              A6/A5*(PSI8+2.D0*PSI12+PSI13+2.D0*PSI15)*(CHI6-PSI6)
11361       PSI5 = PSI5/(A6/A5*(CHI6-PSI6) + PSI6 + PSI7 + PSI14 + &
11362              2.D0*PSI16 + 2.D0*PSI17)
11363       PSI5 = MIN(MAX(PSI5, TINY),CHI5)
11365       IF (W(3).GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN  ! First try 3rd order soln
11366          BB   =-(CHI4 + PSI6 + PSI5 + 1.d0/A4)
11367          CC   = CHI4*(PSI5+PSI6)
11368          DD   = MAX(BB*BB-4.d0*CC,ZERO)
11369          PSI4 =0.5d0*(-BB - SQRT(DD))
11370          PSI4 = MIN(MAX(PSI4,ZERO),CHI4)
11371       ELSE
11372          PSI4 = TINY
11373       ENDIF
11375 !C *** CALCULATE SPECIATION *********************************************
11377       MOLAL (2) = PSI8 + PSI7                                     ! NAI
11378       MOLAL (3) = PSI4                                            ! NH4I
11379       MOLAL (4) = PSI6 + PSI7 + PSI14 + 2.D0*PSI16 + 2.D0*PSI17   ! CLI
11380       MOLAL (5) = PSI9 + PSI10                                    ! SO4I
11381       MOLAL (6) = ZERO                                            ! HSO4I
11382       MOLAL (7) = PSI5 + PSI8 + 2.D0*PSI12 + PSI13 + 2.D0*PSI15   ! NO3I
11383       MOLAL (8) = PSI11 + PSI12 + PSI17                           ! CAI
11384       MOLAL (9) = 2.D0*PSI9 + PSI13 + PSI14                       ! KI
11385       MOLAL (10)= PSI10 + PSI15 + PSI16                           ! MGI
11387 !C *** CALCULATE H+ *****************************************************
11389 !C      REST  = 2.D0*W(2) + W(4) + W(5)
11391 !C      DELT1 = 0.0d0
11392 !C      DELT2 = 0.0d0
11393 !C      IF (W(1)+W(6)+W(7)+W(8).GT.REST) THEN
11395 !CC *** CALCULATE EQUILIBRIUM CONSTANTS **********************************
11397 !C      ALFA1 = XK26*RH*(WATER/1.0)                   ! CO2(aq) + H2O
11398 !C      ALFA2 = XK27*(WATER/1.0)                      ! HCO3-
11400 !C      X     = W(1)+W(6)+W(7)+W(8) - REST            ! EXCESS OF CRUSTALS EQUALS CO2(aq)
11402 !C      DIAK  = SQRT( (ALFA1)**2.0 + 4.0D0*ALFA1*X)
11403 !C      DELT1 = 0.5*(-ALFA1 + DIAK)
11404 !C      DELT1 = MIN ( MAX (DELT1, ZERO), X)
11405 !C      DELT2 = ALFA2
11406 !C      DELT2 = MIN ( DELT2, DELT1)
11407 !C      MOLAL(1) = DELT1 + DELT2                      ! H+
11408 !C      ELSE
11410 !C *** NO EXCESS OF CRUSTALS CALCULATE H+ *******************************
11412       SMIN      = 2.d0*MOLAL(5)+MOLAL(7)+MOLAL(4)-MOLAL(2)-MOLAL(3) &
11413                   - MOLAL(9) - 2.D0*MOLAL(10) - 2.D0*MOLAL(8)
11414       CALL CALCPH2p1 (SMIN, HI, OHI)
11415       MOLAL (1) = HI
11416 !C      ENDIF
11418       GNH3      = MAX(CHI4 - PSI4, TINY)
11419       GHNO3     = MAX(CHI5 - PSI5, TINY)
11420       GHCL      = MAX(CHI6 - PSI6, TINY)
11422       CNH4NO3   = ZERO
11423       CNH4CL    = ZERO
11424       CNACL     = ZERO
11425       CNANO3    = ZERO
11426       CK2SO4    = ZERO
11427       CMGSO4    = ZERO
11428       CCASO4    = CHI11
11429       CCANO32   = ZERO
11430       CKNO3     = ZERO
11431       CKCL      = ZERO
11432       CMGNO32   = ZERO
11433       CMGCL2    = ZERO
11434       CCACL2    = ZERO
11436       CALL CALCMR2p1                                    ! Water content
11438 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
11440       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
11441          CALL CALCACT2p1
11442       ELSE
11443          GOTO 20
11444       ENDIF
11445 10    CONTINUE
11447 !C *** CALCULATE FUNCTION VALUE FOR OUTER LOOP ***************************
11449 !C20    FUNCP13 = MOLAL(3)*MOLAL(4)/GHCL/GNH3/A6/A4 - ONE
11450 20    FUNCP132p1 = MOLAL(1)*MOLAL(4)/GHCL/A6 - ONE
11452       RETURN
11454 !C *** END OF FUNCTION FUNCP13 *******************************************
11456       END
11457 !C=======================================================================
11459 !C *** ISORROPIA CODE II
11460 !C *** SUBROUTINE CALCP12
11461 !C *** CASE P12
11463 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
11464 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; Rcr+Na >= 2.0 ; Rcr > 2)
11465 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
11466 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CaSO4, K2SO4
11467 !C     4. Completely dissolved: CA(NO3)2, CACL2, KNO3, KCL, MGSO4,
11468 !C                              MG(NO3)2, MGCL2, NANO3, NACL, NH4NO3, NH4CL
11470 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
11471 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
11472 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
11474 !C=======================================================================
11476       SUBROUTINE CALCP122p1
11477       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
11479       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,     &
11480                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,     &
11481                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,   &
11482                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,       &
11483                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6, &
11484                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
11486 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
11488       CALAOU  = .TRUE.
11489       CHI11   = MIN (W(2), W(6))                    ! CCASO4
11490       FRCA    = MAX (W(6) - CHI11, ZERO)
11491       FRSO4   = MAX (W(2) - CHI11, ZERO)
11492       CHI9    = MIN (FRSO4, 0.5D0*W(7))             ! CK2SO4
11493       FRK     = MAX (W(7) - 2.D0*CHI9, ZERO)
11494       FRSO4   = MAX (FRSO4 - CHI9, ZERO)
11495       CHI10   = FRSO4                               ! CMGSO4
11496       FRMG    = MAX (W(8) - CHI10, ZERO)
11497       CHI7    = MIN (W(1), W(5))                    ! CNACL
11498       FRNA    = MAX (W(1) - CHI7, ZERO)
11499       FRCL    = MAX (W(5) - CHI7, ZERO)
11500       CHI12   = MIN (FRCA, 0.5D0*W(4))              ! CCANO32
11501       FRCA    = MAX (FRCA - CHI12, ZERO)
11502       FRNO3   = MAX (W(4) - 2.D0*CHI12, ZERO)
11503       CHI17   = MIN (FRCA, 0.5D0*FRCL)              ! CCACL2
11504       FRCA    = MAX (FRCA - CHI17, ZERO)
11505       FRCL    = MAX (FRCL - 2.D0*CHI17, ZERO)
11506       CHI15   = MIN (FRMG, 0.5D0*FRNO3)             ! CMGNO32
11507       FRMG    = MAX (FRMG - CHI15, ZERO)
11508       FRNO3   = MAX (FRNO3 - 2.D0*CHI15, ZERO)
11509       CHI16   = MIN (FRMG, 0.5D0*FRCL)              ! CMGCL2
11510       FRMG    = MAX (FRMG - CHI16, ZERO)
11511       FRCL    = MAX (FRCL - 2.D0*CHI16, ZERO)
11512       CHI8    = MIN (FRNA, FRNO3)                   ! CNANO3
11513       FRNA    = MAX (FRNA - CHI8, ZERO)
11514       FRNO3   = MAX (FRNO3 - CHI8, ZERO)
11515       CHI14   = MIN (FRK, FRCL)                     ! CKCL
11516       FRK     = MAX (FRK - CHI14, ZERO)
11517       FRCL    = MAX (FRCL - CHI14, ZERO)
11518       CHI13   = MIN (FRK, FRNO3)                    ! CKNO3
11519       FRK     = MAX (FRK - CHI13, ZERO)
11520       FRNO3   = MAX (FRNO3 - CHI13, ZERO)
11522       CHI5    = FRNO3                               ! HNO3(g)
11523       CHI6    = FRCL                                ! HCL(g)
11524       CHI4    = W(3)                                ! NH3(g)
11526       CHI3    = ZERO                                ! CNH4CL
11527       CHI1    = ZERO
11528       CHI2    = ZERO
11530       PSI6LO = TINY
11531       PSI6HI = CHI6-TINY    ! MIN(CHI6-TINY, CHI4)
11533 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
11535       X1 = PSI6LO
11536       Y1 = FUNCP122p1 (X1)
11537       IF (ABS(Y1).LE.EPS .OR. CHI6.LE.TINY) GOTO 50
11539 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
11541       DX = (PSI6HI-PSI6LO)/FLOAT(NDIV)
11542       DO 10 I=1,NDIV
11543          X2 = X1+DX
11544          Y2 = FUNCP122p1 (X2)
11545          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
11546          X1 = X2
11547          Y1 = Y2
11548 10    CONTINUE
11550 !C *** NO SUBDIVISION WITH SOLUTION; IF ABS(Y2)<EPS SOLUTION IS ASSUMED
11552       IF (ABS(Y2) .GT. EPS) Y2 = FUNCP122p1 (PSI6LO)
11553       GOTO 50
11555 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
11557 20    DO 30 I=1,MAXIT
11558          X3 = 0.5*(X1+X2)
11559          Y3 = FUNCP122p1 (X3)
11560          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
11561             Y2    = Y3
11562             X2    = X3
11563          ELSE
11564             Y1    = Y3
11565             X1    = X3
11566          ENDIF
11567          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
11568 30    CONTINUE
11569       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCP12')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
11571 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
11573 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
11574       Y3 = FUNCP122p1 (X3)
11576 !C *** CALCULATE HSO4 SPECIATION AND RETURN *******************************
11578 50    CONTINUE
11579       IF (MOLAL(1).GT.TINY .AND. MOLAL(5).GT.TINY) THEN
11580          CALL CALCHS42p1 (MOLAL(1), MOLAL(5), ZERO, DELTA)
11581          MOLAL(1) = MOLAL(1) - DELTA                     ! H+   EFFECT
11582          MOLAL(5) = MOLAL(5) - DELTA                     ! SO4  EFFECT
11583          MOLAL(6) = DELTA                                ! HSO4 EFFECT
11584       ENDIF
11586       RETURN
11588 !C *** END OF SUBROUTINE CALCP12 ******************************************
11590       END
11593 !C=======================================================================
11595 !C *** ISORROPIA CODE II
11596 !C *** SUBROUTINE FUNCP12
11597 !C *** CASE P12
11599 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
11600 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; Rcr+Na >= 2.0 ; Rcr > 2)
11601 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
11602 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CaSO4, K2SO4
11603 !C     4. Completely dissolved: CA(NO3)2, CACL2, KNO3, KCL, MGSO4,
11604 !C                              MG(NO3)2, MGCL2, NANO3, NACL, NH4NO3, NH4CL
11606 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
11607 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
11608 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
11610 !C=======================================================================
11612       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCP122p1 (X)
11613       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
11615       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,      &
11616                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,      &
11617                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,    &
11618                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,        &
11619                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6,  &
11620                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
11622 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
11624       PSI6   = X
11625       PSI1   = ZERO
11626       PSI2   = ZERO
11627       PSI3   = ZERO
11628       PSI4   = ZERO
11629       PSI7   = CHI7
11630       PSI8   = CHI8
11631       PSI9   = ZERO
11632       PSI10  = CHI10
11633       PSI11  = ZERO
11634       PSI12  = CHI12
11635       PSI13  = CHI13
11636       PSI14  = CHI14
11637       PSI15  = CHI15
11638       PSI16  = CHI16
11639       PSI17  = CHI17
11640       FRST   = .TRUE.
11641       CALAIN = .TRUE.
11643 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
11645       DO 10 I=1,NSWEEP
11647       A4  = (XK2/XKW)*R*TEMP*(GAMA(10)/GAMA(5))**2.0
11648       A5  = XK4 *R*TEMP*(WATER/GAMA(10))**2.0
11649       A6  = XK3 *R*TEMP*(WATER/GAMA(11))**2.0
11650       A9  = XK17 *(WATER/GAMA(17))**3.0
11652 !C  CALCULATE DISSOCIATION QUANTITIES
11654       PSI5 = CHI5*(PSI6 + PSI7 + PSI14 + 2.D0*PSI16 + 2.D0*PSI17) - &
11655              A6/A5*(PSI8+2.D0*PSI12+PSI13+2.D0*PSI15)*(CHI6-PSI6-PSI3)
11656       PSI5 = PSI5/(A6/A5*(CHI6-PSI6-PSI3) + PSI6 + PSI7 + PSI14 + &
11657              2.D0*PSI16 + 2.D0*PSI17)
11658       PSI5 = MIN(MAX(PSI5, TINY),CHI5)
11660       IF (W(3).GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN  ! First try 3rd order soln
11661          BB   =-(CHI4 + PSI6 + PSI5 + 1.d0/A4)
11662          CC   = CHI4*(PSI5+PSI6)
11663          DD   = MAX(BB*BB-4.d0*CC,ZERO)
11664          PSI4 =0.5d0*(-BB - SQRT(DD))
11665          PSI4 = MIN(MAX(PSI4,ZERO),CHI4)
11666       ELSE
11667          PSI4 = TINY
11668       ENDIF
11670       IF (CHI9.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN          !K2SO4
11671          BBP = PSI10+PSI13+PSI14
11672          CCP = (PSI13+PSI14)*(0.25D0*(PSI13+PSI14)+PSI10)
11673          DDP = 0.25D0*(PSI13+PSI14)**2.0*PSI10-A9/4.D0
11674       CALL POLY32p1 (BBP, CCP, DDP, PSI9, ISLV)
11675         IF (ISLV.EQ.0) THEN
11676             PSI9 = MIN (MAX(PSI9,ZERO) , CHI9)
11677         ELSE
11678             PSI9 = ZERO
11679         ENDIF
11680       ENDIF
11683 !C *** CALCULATE SPECIATION ********************************************
11685       MOLAL (2) = PSI8 + PSI7                                     ! NAI
11686       MOLAL (3) = PSI4                                            ! NH4I
11687       MOLAL (4) = PSI6 + PSI7 + PSI14 + 2.D0*PSI16 + 2.D0*PSI17   ! CLI
11688       MOLAL (5) = PSI9 + PSI10                                    ! SO4I
11689       MOLAL (6) = ZERO                                            ! HSO4I
11690       MOLAL (7) = PSI5 + PSI8 + 2.D0*PSI12 + PSI13 + 2.D0*PSI15   ! NO3I
11691       MOLAL (8) = PSI11 + PSI12 + PSI17                           ! CAI
11692       MOLAL (9) = 2.D0*PSI9 + PSI13 + PSI14                       ! KI
11693       MOLAL (10)= PSI10 + PSI15 + PSI16                           ! MGI
11695 !C *** CALCULATE H+ *****************************************************
11697 !C      REST  = 2.D0*W(2) + W(4) + W(5)
11699 !C      DELT1 = 0.0d0
11700 !C      DELT2 = 0.0d0
11701 !C      IF (W(1)+W(6)+W(7)+W(8).GT.REST) THEN
11703 !CC *** CALCULATE EQUILIBRIUM CONSTANTS **********************************
11705 !C      ALFA1 = XK26*RH*(WATER/1.0)                   ! CO2(aq) + H2O
11706 !C      ALFA2 = XK27*(WATER/1.0)                      ! HCO3-
11708 !C      X     = W(1)+W(6)+W(7)+W(8) - REST            ! EXCESS OF CRUSTALS EQUALS CO2(aq)
11710 !C      DIAK  = SQRT( (ALFA1)**2.0 + 4.0D0*ALFA1*X)
11711 !C      DELT1 = 0.5*(-ALFA1 + DIAK)
11712 !C      DELT1 = MIN ( MAX (DELT1, ZERO), X)
11713 !C      DELT2 = ALFA2
11714 !C      DELT2 = MIN ( DELT2, DELT1)
11715 !C      MOLAL(1) = DELT1 + DELT2                      ! H+
11716 !C      ELSE
11718 !CC *** NO EXCESS OF CRUSTALS CALCULATE H+ *******************************
11720       SMIN      = 2.d0*MOLAL(5)+MOLAL(7)+MOLAL(4)-MOLAL(2)-MOLAL(3) &
11721                   - MOLAL(9) - 2.D0*MOLAL(10) - 2.D0*MOLAL(8)
11722       CALL CALCPH2p1 (SMIN, HI, OHI)
11723       MOLAL (1) = HI
11724 !C      ENDIF
11726       GNH3      = MAX(CHI4 - PSI4, TINY)
11727       GHNO3     = MAX(CHI5 - PSI5, TINY)
11728       GHCL      = MAX(CHI6 - PSI6, TINY)
11730       CNH4NO3   = ZERO
11731       CNH4CL    = ZERO
11732       CNACL     = ZERO
11733       CNANO3    = ZERO
11734       CK2SO4    = MAX (CHI9 - PSI9, ZERO)
11735       CMGSO4    = ZERO
11736       CCASO4    = CHI11
11737       CCANO32   = ZERO
11738       CKNO3     = ZERO
11739       CKCL      = ZERO
11740       CMGNO32   = ZERO
11741       CMGCL2    = ZERO
11742       CCACL2    = ZERO
11744       CALL CALCMR2p1                                    ! Water content
11746 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
11748       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
11749          CALL CALCACT2p1
11750       ELSE
11751          GOTO 20
11752       ENDIF
11753 10    CONTINUE
11755 !C *** CALCULATE FUNCTION VALUE FOR OUTER LOOP ***************************
11757 !!C20    FUNCP12 = MOLAL(3)*MOLAL(4)/GHCL/GNH3/A6/A4 - ONE
11758 20    FUNCP122p1 = MOLAL(1)*MOLAL(4)/GHCL/A6 - ONE
11760       RETURN
11762 !!C *** END OF FUNCTION FUNCP12 *******************************************
11764       END
11766 !C=======================================================================
11768 !C *** ISORROPIA CODE II
11769 !C *** SUBROUTINE CALCP11
11770 !C *** CASE P11
11772 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
11773 !!C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; Rcr+Na >= 2.0 ; Rcr > 2)
11774 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
11775 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CaSO4, K2SO4, KNO3
11776 !C     4. Completely dissolved: CA(NO3)2, CACL2, KCL, MGSO4,
11777 !C                              MG(NO3)2, MGCL2, NANO3, NACL, NH4NO3, NH4CL
11779 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
11780 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
11781 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
11783 !C=======================================================================
11785       SUBROUTINE CALCP112p1
11786       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
11788       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,     &
11789                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,     &
11790                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,   &
11791                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,       &
11792                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6, &
11793                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
11795 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
11797       CALAOU  = .TRUE.
11798       CHI11   = MIN (W(2), W(6))                    ! CCASO4
11799       FRCA    = MAX (W(6) - CHI11, ZERO)
11800       FRSO4   = MAX (W(2) - CHI11, ZERO)
11801       CHI9    = MIN (FRSO4, 0.5D0*W(7))             ! CK2SO4
11802       FRK     = MAX (W(7) - 2.D0*CHI9, ZERO)
11803       FRSO4   = MAX (FRSO4 - CHI9, ZERO)
11804       CHI10   = FRSO4                               ! CMGSO4
11805       FRMG    = MAX (W(8) - CHI10, ZERO)
11806       CHI7    = MIN (W(1), W(5))                    ! CNACL
11807       FRNA    = MAX (W(1) - CHI7, ZERO)
11808       FRCL    = MAX (W(5) - CHI7, ZERO)
11809       CHI12   = MIN (FRCA, 0.5D0*W(4))              ! CCANO32
11810       FRCA    = MAX (FRCA - CHI12, ZERO)
11811       FRNO3   = MAX (W(4) - 2.D0*CHI12, ZERO)
11812       CHI17   = MIN (FRCA, 0.5D0*FRCL)              ! CCACL2
11813       FRCA    = MAX (FRCA - CHI17, ZERO)
11814       FRCL    = MAX (FRCL - 2.D0*CHI17, ZERO)
11815       CHI15   = MIN (FRMG, 0.5D0*FRNO3)             ! CMGNO32
11816       FRMG    = MAX (FRMG - CHI15, ZERO)
11817       FRNO3   = MAX (FRNO3 - 2.D0*CHI15, ZERO)
11818       CHI16   = MIN (FRMG, 0.5D0*FRCL)              ! CMGCL2
11819       FRMG    = MAX (FRMG - CHI16, ZERO)
11820       FRCL    = MAX (FRCL - 2.D0*CHI16, ZERO)
11821       CHI8    = MIN (FRNA, FRNO3)                   ! CNANO3
11822       FRNA    = MAX (FRNA - CHI8, ZERO)
11823       FRNO3   = MAX (FRNO3 - CHI8, ZERO)
11824       CHI14   = MIN (FRK, FRCL)                     ! CKCL
11825       FRK     = MAX (FRK - CHI14, ZERO)
11826       FRCL    = MAX (FRCL - CHI14, ZERO)
11827       CHI13   = MIN (FRK, FRNO3)                    ! CKNO3
11828       FRK     = MAX (FRK - CHI13, ZERO)
11829       FRNO3   = MAX (FRNO3 - CHI13, ZERO)
11831       CHI5    = FRNO3                               ! HNO3(g)
11832       CHI6    = FRCL                                ! HCL(g)
11833       CHI4    = W(3)                                ! NH3(g)
11835       CHI3    = ZERO                                ! CNH4CL
11836       CHI1    = ZERO
11837       CHI2    = ZERO
11839       PSI6LO = TINY
11840       PSI6HI = CHI6-TINY    ! MIN(CHI6-TINY, CHI4)
11842 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
11844       X1 = PSI6LO
11845       Y1 = FUNCP112p1 (X1)
11846       IF (ABS(Y1).LE.EPS .OR. CHI6.LE.TINY) GOTO 50
11848 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
11850       DX = (PSI6HI-PSI6LO)/FLOAT(NDIV)
11851       DO 10 I=1,NDIV
11852          X2 = X1+DX
11853          Y2 = FUNCP112p1 (X2)
11854          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
11855          X1 = X2
11856          Y1 = Y2
11857 10    CONTINUE
11859 !C *** NO SUBDIVISION WITH SOLUTION; IF ABS(Y2)<EPS SOLUTION IS ASSUMED
11861       IF (ABS(Y2) .GT. EPS) Y2 = FUNCP112p1 (PSI6LO)
11862       GOTO 50
11864 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
11866 20    DO 30 I=1,MAXIT
11867          X3 = 0.5*(X1+X2)
11868          Y3 = FUNCP112p1 (X3)
11869          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
11870             Y2    = Y3
11871             X2    = X3
11872          ELSE
11873             Y1    = Y3
11874             X1    = X3
11875          ENDIF
11876          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
11877 30    CONTINUE
11878       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCP11')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
11880 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
11882 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
11883       Y3 = FUNCP112p1 (X3)
11885 !C *** CALCULATE HSO4 SPECIATION AND RETURN *******************************
11887 50    CONTINUE
11888       IF (MOLAL(1).GT.TINY .AND. MOLAL(5).GT.TINY) THEN
11889          CALL CALCHS42p1 (MOLAL(1), MOLAL(5), ZERO, DELTA)
11890          MOLAL(1) = MOLAL(1) - DELTA                     ! H+   EFFECT
11891          MOLAL(5) = MOLAL(5) - DELTA                     ! SO4  EFFECT
11892          MOLAL(6) = DELTA                                ! HSO4 EFFECT
11893       ENDIF
11895       RETURN
11897 !C *** END OF SUBROUTINE CALCP11 ******************************************
11899       END
11902 !C=======================================================================
11904 !C *** ISORROPIA CODE II
11905 !C *** SUBROUTINE FUNCP11
11906 !C *** CASE P11
11908 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
11909 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; Rcr+Na >= 2.0 ; Rcr > 2)
11910 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
11911 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CaSO4, K2SO4, KNO3
11912 !C     4. Completely dissolved: CA(NO3)2, CACL2, KCL, MGSO4,
11913 !C                              MG(NO3)2, MGCL2, NANO3, NACL, NH4NO3, NH4CL
11915 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
11916 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
11917 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
11919 !C=======================================================================
11921       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCP112p1 (X)
11922       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
11924       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,     &
11925                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,     &
11926                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,   &
11927                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,       &
11928                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6, &
11929                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
11931 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
11933       PSI6   = X
11934       PSI1   = ZERO
11935       PSI2   = ZERO
11936       PSI3   = ZERO
11937       PSI7   = CHI7
11938       PSI8   = CHI8
11939       PSI9   = ZERO
11940       PSI10  = CHI10
11941       PSI11  = ZERO
11942       PSI12  = CHI12
11943       PSI13  = ZERO
11944       PSI14  = CHI14
11945       PSI15  = CHI15
11946       PSI16  = CHI16
11947       PSI17  = CHI17
11948       FRST   = .TRUE.
11949       CALAIN = .TRUE.
11951 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
11953       DO 10 I=1,NSWEEP
11955       A4  = (XK2/XKW)*R*TEMP*(GAMA(10)/GAMA(5))**2.0
11956       A5  = XK4 *R*TEMP*(WATER/GAMA(10))**2.0
11957       A6  = XK3 *R*TEMP*(WATER/GAMA(11))**2.0
11958       A9  = XK17 *(WATER/GAMA(17))**3.0
11959       A13 = XK19 *(WATER/GAMA(19))**2.0
11961 !C  CALCULATE DISSOCIATION QUANTITIES
11963       PSI5 = CHI5*(PSI6 + PSI7 + PSI14 + 2.D0*PSI16 + 2.D0*PSI17) - &
11964              A6/A5*(PSI8+2.D0*PSI12+PSI13+2.D0*PSI15)*(CHI6-PSI6-PSI3)
11965       PSI5 = PSI5/(A6/A5*(CHI6-PSI6-PSI3) + PSI6 + PSI7 + PSI14 + &
11966              2.D0*PSI16 + 2.D0*PSI17)
11967       PSI5 = MIN (MAX (PSI5, TINY) , CHI5)
11969       IF (W(3).GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN  ! First try 3rd order soln
11970          BB   =-(CHI4 + PSI6 + PSI5 + 1.d0/A4)
11971          CC   = CHI4*(PSI5+PSI6)
11972         DD   = MAX(BB*BB-4.d0*CC,ZERO)
11973          PSI4 =0.5d0*(-BB - SQRT(DD))
11974          PSI4 = MIN(MAX(PSI4,ZERO),CHI4)
11975       ELSE
11976          PSI4 = TINY
11977       ENDIF
11979       IF (CHI13.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN          !KNO3
11980          VHTA  = PSI5+PSI8+2.D0*PSI12+2.D0*PSI15+PSI14+2.D0*PSI9
11981          GKAMA = (PSI5+PSI8+2.D0*PSI12+2.D0*PSI15)*(2.D0*PSI9+PSI14)-A13
11982          DELTA = MAX(VHTA*VHTA-4.d0*GKAMA,ZERO)
11983          PSI13 =0.5d0*(-VHTA + SQRT(DELTA))
11984          PSI13 = MIN(MAX(PSI13,ZERO),CHI13)
11985       ENDIF
11987       IF (CHI9.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN          !K2SO4
11988          BBP = PSI10+PSI13+PSI14
11989          CCP = (PSI13+PSI14)*(0.25D0*(PSI13+PSI14)+PSI10)
11990          DDP = 0.25D0*(PSI13+PSI14)**2.0*PSI10-A9/4.D0
11991       CALL POLY32p1 (BBP, CCP, DDP, PSI9, ISLV)
11992         IF (ISLV.EQ.0) THEN
11993             PSI9 = MIN (MAX(PSI9,ZERO) , CHI9)
11994         ELSE
11995             PSI9 = ZERO
11996         ENDIF
11997       ENDIF
12000 !C *** CALCULATE SPECIATION ********************************************
12002       MOLAL (2) = PSI8 + PSI7                                     ! NAI
12003       MOLAL (3) = PSI4                                            ! NH4I
12004       MOLAL (4) = PSI6 + PSI7 + PSI14 + 2.D0*PSI16 + 2.D0*PSI17   ! CLI
12005       MOLAL (5) = PSI9 + PSI10                                    ! SO4I
12006       MOLAL (6) = ZERO                                            ! HSO4I
12007       MOLAL (7) = PSI5 + PSI8 + 2.D0*PSI12 + PSI13 + 2.D0*PSI15   ! NO3I
12008       MOLAL (8) = PSI11 + PSI12 + PSI17                           ! CAI
12009       MOLAL (9) = 2.D0*PSI9 + PSI13 + PSI14                       ! KI
12010       MOLAL (10)= PSI10 + PSI15 + PSI16                           ! MGI
12012 !C *** CALCULATE H+ *****************************************************
12014 !C      REST  = 2.D0*W(2) + W(4) + W(5)
12016 !C      DELT1 = 0.0d0
12017 !C      DELT2 = 0.0d0
12018 !C      IF (W(1)+W(6)+W(7)+W(8).GT.REST) THEN
12020 !CC *** CALCULATE EQUILIBRIUM CONSTANTS **********************************
12022 !C      ALFA1 = XK26*RH*(WATER/1.0)                   ! CO2(aq) + H2O
12023 !C      ALFA2 = XK27*(WATER/1.0)                      ! HCO3-
12025 !C      X     = W(1)+W(6)+W(7)+W(8) - REST            ! EXCESS OF CRUSTALS EQUALS CO2(aq)
12027 !C      DIAK  = SQRT( (ALFA1)**2.0 + 4.0D0*ALFA1*X)
12028 !C      DELT1 = 0.5*(-ALFA1 + DIAK)
12029 !C      DELT1 = MIN ( MAX (DELT1, ZERO), X)
12030 !C      DELT2 = ALFA2
12031 !C      DELT2 = MIN ( DELT2, DELT1)
12032 !C      MOLAL(1) = DELT1 + DELT2                      ! H+
12033 !C      ELSE
12035 !CC *** NO EXCESS OF CRUSTALS CALCULATE H+ *******************************
12037       SMIN      = 2.d0*MOLAL(5)+MOLAL(7)+MOLAL(4)-MOLAL(2)-MOLAL(3) &
12038                   - MOLAL(9) - 2.D0*MOLAL(10) - 2.D0*MOLAL(8)
12039       CALL CALCPH2p1 (SMIN, HI, OHI)
12040       MOLAL (1) = HI
12041 !C      ENDIF
12043       GNH3      = MAX(CHI4 - PSI4, TINY)
12044       GHNO3     = MAX(CHI5 - PSI5, TINY)
12045       GHCL      = MAX(CHI6 - PSI6, TINY)
12047       CNH4NO3   = ZERO
12048       CNH4CL    = ZERO
12049       CNACL     = ZERO
12050       CNANO3    = ZERO
12051       CK2SO4    = MAX (CHI9 - PSI9, ZERO)
12052       CMGSO4    = ZERO
12053       CCASO4    = CHI11
12054       CCANO32   = ZERO
12055       CKNO3     = MAX (CHI13 - PSI13, ZERO)
12056       CKCL      = ZERO
12057       CMGNO32   = ZERO
12058       CMGCL2    = ZERO
12059       CCACL2    = ZERO
12061       CALL CALCMR2p1                                    ! Water content
12063 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
12065       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
12066          CALL CALCACT2p1
12067       ELSE
12068          GOTO 20
12069       ENDIF
12070 10    CONTINUE
12072 !C *** CALCULATE FUNCTION VALUE FOR OUTER LOOP ***************************
12074 !C20    FUNCP11 = MOLAL(3)*MOLAL(4)/GHCL/GNH3/A6/A4 - ONE
12075 20    FUNCP112p1 = MOLAL(1)*MOLAL(4)/GHCL/A6 - ONE
12077       RETURN
12079 !C *** END OF FUNCTION FUNCP11 *******************************************
12081       END
12083 !C=======================================================================
12085 !C *** ISORROPIA CODE II
12086 !C *** SUBROUTINE CALCP10
12087 !C *** CASE P10
12089 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
12090 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; Rcr+Na >= 2.0 ; Rcr > 2)
12091 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
12092 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CaSO4, K2SO4, KNO3, MGSO4
12093 !C     4. Completely dissolved: CA(NO3)2, CACL2, KCL,
12094 !C                              MG(NO3)2, MGCL2, NANO3, NACL, NH4NO3, NH4CL
12096 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
12097 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
12098 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
12100 !C=======================================================================
12102       SUBROUTINE CALCP102p1
12103       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
12105       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,      &
12106                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,      &
12107                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,    &
12108                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,        &
12109                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6,  &
12110                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
12112 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
12114       CALAOU  = .TRUE.
12115       CHI11   = MIN (W(2), W(6))                    ! CCASO4
12116       FRCA    = MAX (W(6) - CHI11, ZERO)
12117       FRSO4   = MAX (W(2) - CHI11, ZERO)
12118       CHI9    = MIN (FRSO4, 0.5D0*W(7))             ! CK2SO4
12119       FRK     = MAX (W(7) - 2.D0*CHI9, ZERO)
12120       FRSO4   = MAX (FRSO4 - CHI9, ZERO)
12121       CHI10   = FRSO4                               ! CMGSO4
12122       FRMG    = MAX (W(8) - CHI10, ZERO)
12123       CHI7    = MIN (W(1), W(5))                    ! CNACL
12124       FRNA    = MAX (W(1) - CHI7, ZERO)
12125       FRCL    = MAX (W(5) - CHI7, ZERO)
12126       CHI12   = MIN (FRCA, 0.5D0*W(4))              ! CCANO32
12127       FRCA    = MAX (FRCA - CHI12, ZERO)
12128       FRNO3   = MAX (W(4) - 2.D0*CHI12, ZERO)
12129       CHI17   = MIN (FRCA, 0.5D0*FRCL)              ! CCACL2
12130       FRCA    = MAX (FRCA - CHI17, ZERO)
12131       FRCL    = MAX (FRCL - 2.D0*CHI17, ZERO)
12132       CHI15   = MIN (FRMG, 0.5D0*FRNO3)             ! CMGNO32
12133       FRMG    = MAX (FRMG - CHI15, ZERO)
12134       FRNO3   = MAX (FRNO3 - 2.D0*CHI15, ZERO)
12135       CHI16   = MIN (FRMG, 0.5D0*FRCL)              ! CMGCL2
12136       FRMG    = MAX (FRMG - CHI16, ZERO)
12137       FRCL    = MAX (FRCL - 2.D0*CHI16, ZERO)
12138       CHI8    = MIN (FRNA, FRNO3)                   ! CNANO3
12139       FRNA    = MAX (FRNA - CHI8, ZERO)
12140       FRNO3   = MAX (FRNO3 - CHI8, ZERO)
12141       CHI14   = MIN (FRK, FRCL)                     ! CKCL
12142       FRK     = MAX (FRK - CHI14, ZERO)
12143       FRCL    = MAX (FRCL - CHI14, ZERO)
12144       CHI13   = MIN (FRK, FRNO3)                    ! CKNO3
12145       FRK     = MAX (FRK - CHI13, ZERO)
12146       FRNO3   = MAX (FRNO3 - CHI13, ZERO)
12148       CHI5    = FRNO3                               ! HNO3(g)
12149       CHI6    = FRCL                                ! HCL(g)
12150       CHI4    = W(3)                                ! NH3(g)
12152       CHI3    = ZERO                                ! CNH4CL
12153       CHI1    = ZERO
12154       CHI2    = ZERO
12156       PSI6LO = TINY
12157       PSI6HI = CHI6-TINY    ! MIN(CHI6-TINY, CHI4)
12159 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
12161       X1 = PSI6LO
12162       Y1 = FUNCP102p1 (X1)
12163       IF (ABS(Y1).LE.EPS .OR. CHI6.LE.TINY) GOTO 50
12165 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
12167       DX = (PSI6HI-PSI6LO)/FLOAT(NDIV)
12168       DO 10 I=1,NDIV
12169          X2 = X1+DX
12170          Y2 = FUNCP102p1 (X2)
12171          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
12172          X1 = X2
12173          Y1 = Y2
12174 10    CONTINUE
12176 !C *** NO SUBDIVISION WITH SOLUTION; IF ABS(Y2)<EPS SOLUTION IS ASSUMED
12178       IF (ABS(Y2) .GT. EPS) Y2 = FUNCP102p1 (PSI6LO)
12179       GOTO 50
12181 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
12183 20    DO 30 I=1,MAXIT
12184          X3 = 0.5*(X1+X2)
12185          Y3 = FUNCP102p1 (X3)
12186          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
12187             Y2    = Y3
12188             X2    = X3
12189          ELSE
12190             Y1    = Y3
12191             X1    = X3
12192          ENDIF
12193          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
12194 30    CONTINUE
12195       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCP10')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
12197 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
12199 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
12200       Y3 = FUNCP102p1 (X3)
12202 !C *** CALCULATE HSO4 SPECIATION AND RETURN *******************************
12204 50    CONTINUE
12205       IF (MOLAL(1).GT.TINY .AND. MOLAL(5).GT.TINY) THEN
12206          CALL CALCHS42p1 (MOLAL(1), MOLAL(5), ZERO, DELTA)
12207          MOLAL(1) = MOLAL(1) - DELTA                     ! H+   EFFECT
12208          MOLAL(5) = MOLAL(5) - DELTA                     ! SO4  EFFECT
12209          MOLAL(6) = DELTA                                ! HSO4 EFFECT
12210       ENDIF
12212       RETURN
12214 !C *** END OF SUBROUTINE CALCP10 ******************************************
12216       END
12219 !C=======================================================================
12221 !C *** ISORROPIA CODE II
12222 !C *** SUBROUTINE FUNCP10
12223 !C *** CASE P10
12225 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
12226 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; Rcr+Na >= 2.0 ; Rcr > 2)
12227 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
12228 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CaSO4, K2SO4, KNO3, MGSO4
12229 !C     4. Completely dissolved: CA(NO3)2, CACL2, KCL,
12230 !C                              MG(NO3)2, MGCL2, NANO3, NACL, NH4NO3, NH4CL
12232 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
12233 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
12234 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
12236 !C=======================================================================
12238       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCP102p1 (X)
12239       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
12241       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,      &
12242                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,      &
12243                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,    &
12244                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,        &
12245                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6,  &
12246                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
12248 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
12250       PSI6   = X
12251       PSI1   = ZERO
12252       PSI2   = ZERO
12253       PSI3   = ZERO
12254       PSI7   = CHI7
12255       PSI8   = CHI8
12256       PSI9   = ZERO
12257       PSI10  = CHI10
12258       PSI11  = ZERO
12259       PSI12  = CHI12
12260       PSI13  = ZERO
12261       PSI14  = CHI14
12262       PSI15  = CHI15
12263       PSI16  = CHI16
12264       PSI17  = CHI17
12265       FRST   = .TRUE.
12266       CALAIN = .TRUE.
12268 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
12270       DO 10 I=1,NSWEEP
12272       A4  = (XK2/XKW)*R*TEMP*(GAMA(10)/GAMA(5))**2.0
12273       A5  = XK4 *R*TEMP*(WATER/GAMA(10))**2.0
12274       A6  = XK3 *R*TEMP*(WATER/GAMA(11))**2.0
12275       A9  = XK17 *(WATER/GAMA(17))**3.0
12276       A13 = XK19 *(WATER/GAMA(19))**2.0
12278 !C  CALCULATE DISSOCIATION QUANTITIES
12280       PSI5 = CHI5*(PSI6 + PSI7 + PSI14 + 2.D0*PSI16 + 2.D0*PSI17) - &
12281              A6/A5*(PSI8+2.D0*PSI12+PSI13+2.D0*PSI15)*(CHI6-PSI6-PSI3)
12282       PSI5 = PSI5/(A6/A5*(CHI6-PSI6-PSI3) + PSI6 + PSI7 + PSI14 + &
12283              2.D0*PSI16 + 2.D0*PSI17)
12284       PSI5 = MIN (MAX (PSI5, TINY) , CHI5)
12286       IF (W(3).GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN  ! First try 3rd order soln
12287          BB   =-(CHI4 + PSI6 + PSI5 + 1.d0/A4)
12288          CC   = CHI4*(PSI5+PSI6)
12289          DD   = MAX(BB*BB-4.d0*CC,ZERO)
12290          PSI4 =0.5d0*(-BB - SQRT(DD))
12291          PSI4 = MIN(MAX(PSI4,ZERO),CHI4)
12292       ELSE
12293          PSI4 = TINY
12294       ENDIF
12296       IF (CHI13.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN          !KNO3
12297          VHTA  = PSI5+PSI8+2.D0*PSI12+2.D0*PSI15+PSI14+2.D0*PSI9
12298          GKAMA = (PSI5+PSI8+2.D0*PSI12+2.D0*PSI15)*(2.D0*PSI9+PSI14)-A13
12299          DELTA = MAX(VHTA*VHTA-4.d0*GKAMA,ZERO)
12300          PSI13 =0.5d0*(-VHTA + SQRT(DELTA))
12301          PSI13 = MIN(MAX(PSI13,ZERO),CHI13)
12302       ENDIF
12304       IF (CHI9.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN          !K2SO4
12305          BBP = PSI10+PSI13+PSI14
12306          CCP = (PSI13+PSI14)*(0.25D0*(PSI13+PSI14)+PSI10)
12307          DDP = 0.25D0*(PSI13+PSI14)**2.0*PSI10-A9/4.D0
12308       CALL POLY32p1 (BBP, CCP, DDP, PSI9, ISLV)
12309         IF (ISLV.EQ.0) THEN
12310             PSI9 = MIN (MAX(PSI9,ZERO) , CHI9)
12311         ELSE
12312             PSI9 = ZERO
12313         ENDIF
12314       ENDIF
12317 !C *** CALCULATE SPECIATION ********************************************
12319       MOLAL (2) = PSI8 + PSI7                                     ! NAI
12320       MOLAL (3) = PSI4                                            ! NH4I
12321       MOLAL (4) = PSI6 + PSI7 + PSI14 + 2.D0*PSI16 + 2.D0*PSI17   ! CLI
12322       MOLAL (5) = PSI9 + PSI10                                    ! SO4I
12323       MOLAL (6) = ZERO                                            ! HSO4I
12324       MOLAL (7) = PSI5 + PSI8 + 2.D0*PSI12 + PSI13 + 2.D0*PSI15   ! NO3I
12325       MOLAL (8) = PSI11 + PSI12 + PSI17                           ! CAI
12326       MOLAL (9) = 2.D0*PSI9 + PSI13 + PSI14                       ! KI
12327       MOLAL (10)= PSI10 + PSI15 + PSI16                           ! MGI
12329 !C *** CALCULATE H+ *****************************************************
12331 !C      REST  = 2.D0*W(2) + W(4) + W(5)
12333 !C      DELT1 = 0.0d0
12334 !C      DELT2 = 0.0d0
12335 !C      IF (W(1)+W(6)+W(7)+W(8).GT.REST) THEN
12337 !CC *** CALCULATE EQUILIBRIUM CONSTANTS **********************************
12339 !C      ALFA1 = XK26*RH*(WATER/1.0)                   ! CO2(aq) + H2O
12340 !C      ALFA2 = XK27*(WATER/1.0)                      ! HCO3-
12342 !C      X     = W(1)+W(6)+W(7)+W(8) - REST            ! EXCESS OF CRUSTALS EQUALS CO2(aq)
12344 !C      DIAK  = SQRT( (ALFA1)**2.0 + 4.0D0*ALFA1*X)
12345 !C      DELT1 = 0.5*(-ALFA1 + DIAK)
12346 !C      DELT1 = MIN ( MAX (DELT1, ZERO), X)
12347 !C      DELT2 = ALFA2
12348 !C      DELT2 = MIN ( DELT2, DELT1)
12349 !C      MOLAL(1) = DELT1 + DELT2                      ! H+
12350 !C      ELSE
12352 !CC *** NO EXCESS OF CRUSTALS CALCULATE H+ *******************************
12354       SMIN      = 2.d0*MOLAL(5)+MOLAL(7)+MOLAL(4)-MOLAL(2)-MOLAL(3) &
12355                   - MOLAL(9) - 2.D0*MOLAL(10) - 2.D0*MOLAL(8)
12356       CALL CALCPH2p1 (SMIN, HI, OHI)
12357       MOLAL (1) = HI
12358 !C      ENDIF
12360       GNH3      = MAX(CHI4 - PSI4, TINY)
12361       GHNO3     = MAX(CHI5 - PSI5, TINY)
12362       GHCL      = MAX(CHI6 - PSI6, TINY)
12364       CNH4NO3   = ZERO
12365       CNH4CL    = ZERO
12366       CNACL     = ZERO
12367       CNANO3    = ZERO
12368       CK2SO4    = MAX (CHI9 - PSI9, ZERO)
12369       CMGSO4    = ZERO
12370       CCASO4    = CHI11
12371       CCANO32   = ZERO
12372       CKNO3     = MAX (CHI13 - PSI13, ZERO)
12373       CKCL      = ZERO
12374       CMGNO32   = ZERO
12375       CMGCL2    = ZERO
12376       CCACL2    = ZERO
12378       CALL CALCMR2p1                                    ! Water content
12380 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
12382       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
12383          CALL CALCACT2p1
12384       ELSE
12385          GOTO 20
12386       ENDIF
12387 10    CONTINUE
12389 !C *** CALCULATE FUNCTION VALUE FOR OUTER LOOP ***************************
12391 !C20    FUNCP10 = MOLAL(3)*MOLAL(4)/GHCL/GNH3/A6/A4 - ONE
12392 20    FUNCP102p1 = MOLAL(1)*MOLAL(4)/GHCL/A6 - ONE
12394       RETURN
12396 !C *** END OF FUNCTION FUNCP10 *******************************************
12398       END
12400 !C=======================================================================
12402 !C *** ISORROPIA CODE II
12403 !C *** SUBROUTINE CALCP9
12404 !C *** CASE P9
12406 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
12407 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; Rcr+Na >= 2.0 ; Rcr > 2)
12408 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
12409 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CaSO4, K2SO4, KNO3, MGSO4, KCL
12410 !C     4. Completely dissolved: CA(NO3)2, CACL2,
12411 !C                              MG(NO3)2, MGCL2, NANO3, NACL, NH4NO3, NH4CL
12413 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
12414 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
12415 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
12417 !C=======================================================================
12419       SUBROUTINE CALCP92p1
12420       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
12422       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,      &
12423                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,      &
12424                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,    &
12425                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,        &
12426                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6,  &
12427                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
12429 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
12431       CALAOU  = .TRUE.
12432       CHI11   = MIN (W(2), W(6))                    ! CCASO4
12433       FRCA    = MAX (W(6) - CHI11, ZERO)
12434       FRSO4   = MAX (W(2) - CHI11, ZERO)
12435       CHI9    = MIN (FRSO4, 0.5D0*W(7))             ! CK2SO4
12436       FRK     = MAX (W(7) - 2.D0*CHI9, ZERO)
12437       FRSO4   = MAX (FRSO4 - CHI9, ZERO)
12438       CHI10   = FRSO4                               ! CMGSO4
12439       FRMG    = MAX (W(8) - CHI10, ZERO)
12440       CHI7    = MIN (W(1), W(5))                    ! CNACL
12441       FRNA    = MAX (W(1) - CHI7, ZERO)
12442       FRCL    = MAX (W(5) - CHI7, ZERO)
12443       CHI12   = MIN (FRCA, 0.5D0*W(4))              ! CCANO32
12444       FRCA    = MAX (FRCA - CHI12, ZERO)
12445       FRNO3   = MAX (W(4) - 2.D0*CHI12, ZERO)
12446       CHI17   = MIN (FRCA, 0.5D0*FRCL)              ! CCACL2
12447       FRCA    = MAX (FRCA - CHI17, ZERO)
12448       FRCL    = MAX (FRCL - 2.D0*CHI17, ZERO)
12449       CHI15   = MIN (FRMG, 0.5D0*FRNO3)             ! CMGNO32
12450       FRMG    = MAX (FRMG - CHI15, ZERO)
12451       FRNO3   = MAX (FRNO3 - 2.D0*CHI15, ZERO)
12452       CHI16   = MIN (FRMG, 0.5D0*FRCL)              ! CMGCL2
12453       FRMG    = MAX (FRMG - CHI16, ZERO)
12454       FRCL    = MAX (FRCL - 2.D0*CHI16, ZERO)
12455       CHI8    = MIN (FRNA, FRNO3)                   ! CNANO3
12456       FRNA    = MAX (FRNA - CHI8, ZERO)
12457       FRNO3   = MAX (FRNO3 - CHI8, ZERO)
12458       CHI14   = MIN (FRK, FRCL)                     ! CKCL
12459       FRK     = MAX (FRK - CHI14, ZERO)
12460       FRCL    = MAX (FRCL - CHI14, ZERO)
12461       CHI13   = MIN (FRK, FRNO3)                    ! CKNO3
12462       FRK     = MAX (FRK - CHI13, ZERO)
12463       FRNO3   = MAX (FRNO3 - CHI13, ZERO)
12465       CHI5    = FRNO3                               ! HNO3(g)
12466       CHI6    = FRCL                                ! HCL(g)
12467       CHI4    = W(3)                                ! NH3(g)
12469       CHI3    = ZERO                                ! CNH4CL
12470       CHI1    = ZERO
12471       CHI2    = ZERO
12473       PSI6LO = TINY
12474       PSI6HI = CHI6-TINY    ! MIN(CHI6-TINY, CHI4)
12476 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
12478       X1 = PSI6LO
12479       Y1 = FUNCP92p1 (X1)
12480       IF (ABS(Y1).LE.EPS .OR. CHI6.LE.TINY) GOTO 50
12482 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
12484       DX = (PSI6HI-PSI6LO)/FLOAT(NDIV)
12485       DO 10 I=1,NDIV
12486          X2 = X1+DX
12487          Y2 = FUNCP92p1 (X2)
12488          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
12489          X1 = X2
12490          Y1 = Y2
12491 10    CONTINUE
12493 !C *** NO SUBDIVISION WITH SOLUTION; IF ABS(Y2)<EPS SOLUTION IS ASSUMED
12495       IF (ABS(Y2) .GT. EPS) Y2 = FUNCP92p1 (PSI6LO)
12496       GOTO 50
12498 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
12500 20    DO 30 I=1,MAXIT
12501          X3 = 0.5*(X1+X2)
12502          Y3 = FUNCP92p1 (X3)
12503          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
12504             Y2    = Y3
12505             X2    = X3
12506          ELSE
12507             Y1    = Y3
12508             X1    = X3
12509          ENDIF
12510          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
12511 30    CONTINUE
12512       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCP9')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
12514 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
12516 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
12517       Y3 = FUNCP92p1 (X3)
12519 !C *** CALCULATE HSO4 SPECIATION AND RETURN *******************************
12521 50    CONTINUE
12522       IF (MOLAL(1).GT.TINY .AND. MOLAL(5).GT.TINY) THEN
12523          CALL CALCHS42p1 (MOLAL(1), MOLAL(5), ZERO, DELTA)
12524          MOLAL(1) = MOLAL(1) - DELTA                     ! H+   EFFECT
12525          MOLAL(5) = MOLAL(5) - DELTA                     ! SO4  EFFECT
12526          MOLAL(6) = DELTA                                ! HSO4 EFFECT
12527       ENDIF
12529       RETURN
12531 !C *** END OF SUBROUTINE CALCP9 ******************************************
12533       END
12536 !C=======================================================================
12538 !C *** ISORROPIA CODE II
12539 !C *** SUBROUTINE FUNCP9
12540 !C *** CASE P9
12542 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
12543 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; Rcr+Na >= 2.0 ; Rcr > 2)
12544 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
12545 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CaSO4, K2SO4, KNO3, MGSO4, KCL
12546 !C     4. Completely dissolved: CA(NO3)2, CACL2,
12547 !C                              MG(NO3)2, MGCL2, NANO3, NACL, NH4NO3, NH4CL
12549 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
12550 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
12551 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
12553 !C=======================================================================
12555       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCP92p1 (X)
12556       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
12558       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,     &
12559                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,     &
12560                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,   &
12561                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,       &
12562                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6, &
12563                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
12565 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
12567       PSI6   = X
12568       PSI1   = ZERO
12569       PSI2   = ZERO
12570       PSI3   = ZERO
12571       PSI7   = CHI7
12572       PSI8   = CHI8
12573       PSI9   = ZERO
12574       PSI10  = CHI10
12575       PSI11  = ZERO
12576       PSI12  = CHI12
12577       PSI13  = ZERO
12578       PSI14  = ZERO
12579       PSI15  = CHI15
12580       PSI16  = CHI16
12581       PSI17  = CHI17
12582       FRST   = .TRUE.
12583       CALAIN = .TRUE.
12585 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
12587       DO 10 I=1,NSWEEP
12589       A4  = (XK2/XKW)*R*TEMP*(GAMA(10)/GAMA(5))**2.0
12590       A5  = XK4 *R*TEMP*(WATER/GAMA(10))**2.0
12591       A6  = XK3 *R*TEMP*(WATER/GAMA(11))**2.0
12592       A9  = XK17 *(WATER/GAMA(17))**3.0
12593       A13 = XK19 *(WATER/GAMA(19))**2.0
12594       A14 = XK20 *(WATER/GAMA(20))**2.0
12596 !C  CALCULATE DISSOCIATION QUANTITIES
12598       PSI5 = CHI5*(PSI6 + PSI7 + PSI14 + 2.D0*PSI16 + 2.D0*PSI17) - &
12599              A6/A5*(PSI8+2.D0*PSI12+PSI13+2.D0*PSI15)*(CHI6-PSI6-PSI3)
12600       PSI5 = PSI5/(A6/A5*(CHI6-PSI6-PSI3) + PSI6 + PSI7 + PSI14 + &
12601              2.D0*PSI16 + 2.D0*PSI17)
12602       PSI5 = MIN (MAX (PSI5, TINY) , CHI5)
12604       IF (W(3).GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN  ! First try 3rd order soln
12605          BB   =-(CHI4 + PSI6 + PSI5 + 1.d0/A4)
12606          CC   = CHI4*(PSI5+PSI6)
12607          DD   = MAX(BB*BB-4.d0*CC,ZERO)
12608          PSI4 =0.5d0*(-BB - SQRT(DD))
12609          PSI4 = MIN(MAX(PSI4,ZERO),CHI4)
12610       ELSE
12611          PSI4 = TINY
12612       ENDIF
12614       IF (CHI13.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN          !KNO3
12615          VHTA  = PSI5+PSI8+2.D0*PSI12+2.D0*PSI15+PSI14+2.D0*PSI9
12616          GKAMA = (PSI5+PSI8+2.D0*PSI12+2.D0*PSI15)*(2.D0*PSI9+PSI14)-A13
12617          DELTA = MAX(VHTA*VHTA-4.d0*GKAMA,ZERO)
12618          PSI13 = 0.5d0*(-VHTA + SQRT(DELTA))
12619          PSI13 = MIN(MAX(PSI13,ZERO),CHI13)
12620       ENDIF
12622       IF (CHI14.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN          !KCL
12623          PSI14 = A14/A13*(PSI5+PSI8+2.D0*PSI12+PSI13+2.D0*PSI15) - &
12624                  PSI6-PSI7-2.D0*PSI16-2.D0*PSI17
12625          PSI14 = MIN (MAX (PSI14, ZERO), CHI14)
12626       ENDIF
12628       IF (CHI9.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN          !K2SO4
12629          BBP = PSI10+PSI13+PSI14
12630          CCP = (PSI13+PSI14)*(0.25D0*(PSI13+PSI14)+PSI10)
12631          DDP = 0.25D0*(PSI13+PSI14)**2.0*PSI10-A9/4.D0
12632       CALL POLY32p1 (BBP, CCP, DDP, PSI9, ISLV)
12633         IF (ISLV.EQ.0) THEN
12634             PSI9 = MIN (MAX(PSI9,ZERO) , CHI9)
12635         ELSE
12636             PSI9 = ZERO
12637         ENDIF
12638       ENDIF
12641 !C *** CALCULATE SPECIATION ********************************************
12643       MOLAL (2) = PSI8 + PSI7                                     ! NAI
12644       MOLAL (3) = PSI4                                            ! NH4I
12645       MOLAL (4) = PSI6 + PSI7 + PSI14 + 2.D0*PSI16 + 2.D0*PSI17   ! CLI
12646       MOLAL (5) = PSI9 + PSI10                                    ! SO4I
12647       MOLAL (6) = ZERO                                            ! HSO4I
12648       MOLAL (7) = PSI5 + PSI8 + 2.D0*PSI12 + PSI13 + 2.D0*PSI15   ! NO3I
12649       MOLAL (8) = PSI11 + PSI12 + PSI17                           ! CAI
12650       MOLAL (9) = 2.D0*PSI9 + PSI13 + PSI14                       ! KI
12651       MOLAL (10)= PSI10 + PSI15 + PSI16                           ! MGI
12653 !C *** CALCULATE H+ *****************************************************
12655 !C      REST  = 2.D0*W(2) + W(4) + W(5)
12657 !C      DELT1 = 0.0d0
12658 !C      DELT2 = 0.0d0
12659 !C      IF (W(1)+W(6)+W(7)+W(8).GT.REST) THEN
12661 !CC *** CALCULATE EQUILIBRIUM CONSTANTS **********************************
12663 !C      ALFA1 = XK26*RH*(WATER/1.0)                   ! CO2(aq) + H2O
12664 !C      ALFA2 = XK27*(WATER/1.0)                      ! HCO3-
12666 !C      X     = W(1)+W(6)+W(7)+W(8) - REST            ! EXCESS OF CRUSTALS EQUALS CO2(aq)
12668 !C      DIAK  = SQRT( (ALFA1)**2.0 + 4.0D0*ALFA1*X)
12669 !C      DELT1 = 0.5*(-ALFA1 + DIAK)
12670 !C      DELT1 = MIN ( MAX (DELT1, ZERO), X)
12671 !C      DELT2 = ALFA2
12672 !C      DELT2 = MIN ( DELT2, DELT1)
12673 !C      MOLAL(1) = DELT1 + DELT2                      ! H+
12674 !C      ELSE
12676 !CC *** NO EXCESS OF CRUSTALS CALCULATE H+ *******************************
12678       SMIN      = 2.d0*MOLAL(5)+MOLAL(7)+MOLAL(4)-MOLAL(2)-MOLAL(3) &
12679                   - MOLAL(9) - 2.D0*MOLAL(10) - 2.D0*MOLAL(8)
12680       CALL CALCPH2p1 (SMIN, HI, OHI)
12681       MOLAL (1) = HI
12682 !C      ENDIF
12684       GNH3      = MAX(CHI4 - PSI4, TINY)
12685       GHNO3     = MAX(CHI5 - PSI5, TINY)
12686       GHCL      = MAX(CHI6 - PSI6, TINY)
12688       CNH4NO3   = ZERO
12689       CNH4CL    = ZERO
12690       CNACL     = ZERO
12691       CNANO3    = ZERO
12692       CK2SO4    = MAX (CHI9 - PSI9, ZERO)
12693       CMGSO4    = ZERO
12694       CCASO4    = CHI11
12695       CCANO32   = ZERO
12696       CKNO3     = MAX (CHI13 - PSI13, ZERO)
12697       CKCL      = MAX (CHI14 - PSI14, ZERO)
12698       CMGNO32   = ZERO
12699       CMGCL2    = ZERO
12700       CCACL2    = ZERO
12702       CALL CALCMR2p1                                    ! Water content
12704 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
12706       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
12707          CALL CALCACT2p1
12708       ELSE
12709          GOTO 20
12710       ENDIF
12711 10    CONTINUE
12713 !C *** CALCULATE FUNCTION VALUE FOR OUTER LOOP ***************************
12715 !C20    FUNCP9 = MOLAL(3)*MOLAL(4)/GHCL/GNH3/A6/A4 - ONE
12716 20    FUNCP92p1 = MOLAL(1)*MOLAL(4)/GHCL/A6 - ONE
12718       RETURN
12720 !C *** END OF FUNCTION FUNCP9 *******************************************
12722       END
12723 !C=======================================================================
12725 !C *** ISORROPIA CODE II
12726 !C *** SUBROUTINE CALCP8
12727 !C *** CASE P8
12729 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
12730 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; Rcr+Na >= 2.0 ; Rcr > 2)
12731 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
12732 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CaSO4, K2SO4, KNO3, MGSO4, KCL, NH4CL
12733 !C     4. Completely dissolved: CA(NO3)2, CACL2,
12734 !C                              MG(NO3)2, MGCL2, NANO3, NACL, NH4NO3
12736 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
12737 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
12738 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
12740 !C=======================================================================
12742       SUBROUTINE CALCP82p1
12743       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
12745       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,     &
12746                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,     &
12747                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,   &
12748                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,       &
12749                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6, &
12750                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
12752 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
12754       CALAOU  = .TRUE.
12755       CHI11   = MIN (W(2), W(6))                    ! CCASO4
12756       FRCA    = MAX (W(6) - CHI11, ZERO)
12757       FRSO4   = MAX (W(2) - CHI11, ZERO)
12758       CHI9    = MIN (FRSO4, 0.5D0*W(7))             ! CK2SO4
12759       FRK     = MAX (W(7) - 2.D0*CHI9, ZERO)
12760       FRSO4   = MAX (FRSO4 - CHI9, ZERO)
12761       CHI10   = FRSO4                               ! CMGSO4
12762       FRMG    = MAX (W(8) - CHI10, ZERO)
12763       CHI7    = MIN (W(1), W(5))                    ! CNACL
12764       FRNA    = MAX (W(1) - CHI7, ZERO)
12765       FRCL    = MAX (W(5) - CHI7, ZERO)
12766       CHI12   = MIN (FRCA, 0.5D0*W(4))              ! CCANO32
12767       FRCA    = MAX (FRCA - CHI12, ZERO)
12768       FRNO3   = MAX (W(4) - 2.D0*CHI12, ZERO)
12769       CHI17   = MIN (FRCA, 0.5D0*FRCL)              ! CCACL2
12770       FRCA    = MAX (FRCA - CHI17, ZERO)
12771       FRCL    = MAX (FRCL - 2.D0*CHI17, ZERO)
12772       CHI15   = MIN (FRMG, 0.5D0*FRNO3)             ! CMGNO32
12773       FRMG    = MAX (FRMG - CHI15, ZERO)
12774       FRNO3   = MAX (FRNO3 - 2.D0*CHI15, ZERO)
12775       CHI16   = MIN (FRMG, 0.5D0*FRCL)              ! CMGCL2
12776       FRMG    = MAX (FRMG - CHI16, ZERO)
12777       FRCL    = MAX (FRCL - 2.D0*CHI16, ZERO)
12778       CHI8    = MIN (FRNA, FRNO3)                   ! CNANO3
12779       FRNA    = MAX (FRNA - CHI8, ZERO)
12780       FRNO3   = MAX (FRNO3 - CHI8, ZERO)
12781       CHI14   = MIN (FRK, FRCL)                     ! CKCL
12782       FRK     = MAX (FRK - CHI14, ZERO)
12783       FRCL    = MAX (FRCL - CHI14, ZERO)
12784       CHI13   = MIN (FRK, FRNO3)                    ! CKNO3
12785       FRK     = MAX (FRK - CHI13, ZERO)
12786       FRNO3   = MAX (FRNO3 - CHI13, ZERO)
12788       CHI5    = FRNO3                               ! HNO3(g)
12789       CHI6    = FRCL                                ! HCL(g)
12790       CHI4    = W(3)                                ! NH3(g)
12792       CHI3    = ZERO                                ! CNH4CL
12793       CHI1    = ZERO
12794       CHI2    = ZERO
12796       PSI6LO = TINY
12797       PSI6HI = CHI6-TINY    ! MIN(CHI6-TINY, CHI4)
12799 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
12801       X1 = PSI6LO
12802       Y1 = FUNCP82p1 (X1)
12803       IF (ABS(Y1).LE.EPS .OR. CHI6.LE.TINY) GOTO 50
12805 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
12807       DX = (PSI6HI-PSI6LO)/FLOAT(NDIV)
12808       DO 10 I=1,NDIV
12809          X2 = X1+DX
12810          Y2 = FUNCP82p1 (X2)
12811          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
12812          X1 = X2
12813          Y1 = Y2
12814 10    CONTINUE
12816 !C *** NO SUBDIVISION WITH SOLUTION; IF ABS(Y2)<EPS SOLUTION IS ASSUMED
12818       IF (ABS(Y2) .GT. EPS) Y2 = FUNCP82p1 (PSI6LO)
12819       GOTO 50
12821 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
12823 20    DO 30 I=1,MAXIT
12824          X3 = 0.5*(X1+X2)
12825          Y3 = FUNCP82p1 (X3)
12826          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
12827             Y2    = Y3
12828             X2    = X3
12829          ELSE
12830             Y1    = Y3
12831             X1    = X3
12832          ENDIF
12833          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
12834 30    CONTINUE
12835       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCP8')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
12837 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
12839 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
12840       Y3 = FUNCP82p1 (X3)
12842 !C *** CALCULATE HSO4 SPECIATION AND RETURN *******************************
12844 50    CONTINUE
12845       IF (MOLAL(1).GT.TINY .AND. MOLAL(5).GT.TINY) THEN
12846          CALL CALCHS42p1 (MOLAL(1), MOLAL(5), ZERO, DELTA)
12847          MOLAL(1) = MOLAL(1) - DELTA                     ! H+   EFFECT
12848          MOLAL(5) = MOLAL(5) - DELTA                     ! SO4  EFFECT
12849          MOLAL(6) = DELTA                                ! HSO4 EFFECT
12850       ENDIF
12852       RETURN
12854 !C *** END OF SUBROUTINE CALCP8 ******************************************
12856       END
12859 !C=======================================================================
12861 !C *** ISORROPIA CODE II
12862 !C *** SUBROUTINE FUNCP8
12863 !C *** CASE P8
12865 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
12866 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; Rcr+Na >= 2.0 ; Rcr > 2)
12867 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
12868 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CaSO4, K2SO4, KNO3, MGSO4, KCL, NH4CL
12869 !C     4. Completely dissolved: CA(NO3)2, CACL2,
12870 !C                              MG(NO3)2, MGCL2, NANO3, NACL, NH4NO3
12872 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
12873 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
12874 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
12876 !C=======================================================================
12878       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCP82p1 (X)
12879       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
12881       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,      &
12882                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,      &
12883                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,    &
12884                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,        &
12885                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6,  &
12886                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
12888 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
12890       PSI6   = X
12891       PSI1   = ZERO
12892       PSI2   = ZERO
12893       PSI3   = ZERO
12894       PSI7   = CHI7
12895       PSI8   = CHI8
12896       PSI9   = ZERO
12897       PSI10  = CHI10
12898       PSI11  = ZERO
12899       PSI12  = CHI12
12900       PSI13  = ZERO
12901       PSI14  = ZERO
12902       PSI15  = CHI15
12903       PSI16  = CHI16
12904       PSI17  = CHI17
12905       FRST   = .TRUE.
12906       CALAIN = .TRUE.
12908 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
12910       DO 10 I=1,NSWEEP
12912       A4  = (XK2/XKW)*R*TEMP*(GAMA(10)/GAMA(5))**2.0
12913       A5  = XK4 *R*TEMP*(WATER/GAMA(10))**2.0
12914       A6  = XK3 *R*TEMP*(WATER/GAMA(11))**2.0
12915       A9  = XK17 *(WATER/GAMA(17))**3.0
12916       A13 = XK19 *(WATER/GAMA(19))**2.0
12917       A14 = XK20 *(WATER/GAMA(20))**2.0
12919 !C  CALCULATE DISSOCIATION QUANTITIES
12921       PSI5 = CHI5*(PSI6 + PSI7 + PSI14 + 2.D0*PSI16 + 2.D0*PSI17) - &
12922              A6/A5*(PSI8+2.D0*PSI12+PSI13+2.D0*PSI15)*(CHI6-PSI6-PSI3)
12923       PSI5 = PSI5/(A6/A5*(CHI6-PSI6-PSI3) + PSI6 + PSI7 + PSI14 + &
12924              2.D0*PSI16 + 2.D0*PSI17)
12925       PSI5 = MIN (MAX (PSI5, TINY) , CHI5)
12927       IF (W(3).GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN  ! First try 3rd order soln
12928          BB   =-(CHI4 + PSI6 + PSI5 + 1.d0/A4)
12929          CC   = CHI4*(PSI5+PSI6)
12930          DD   = MAX(BB*BB-4.d0*CC,ZERO)
12931          PSI4 =0.5d0*(-BB - SQRT(DD))
12932          PSI4 = MIN(MAX(PSI4,ZERO),CHI4)
12933       ELSE
12934          PSI4 = TINY
12935       ENDIF
12937       IF (CHI13.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN          !KNO3
12938          VHTA  = PSI5+PSI8+2.D0*PSI12+2.D0*PSI15+PSI14+2.D0*PSI9
12939          GKAMA = (PSI5+PSI8+2.D0*PSI12+2.D0*PSI15)*(2.D0*PSI9+PSI14)-A13
12940          DELTA = MAX(VHTA*VHTA-4.d0*GKAMA,ZERO)
12941          PSI13 = 0.5d0*(-VHTA + SQRT(DELTA))
12942          PSI13 = MIN(MAX(PSI13,ZERO),CHI13)
12943       ENDIF
12945       IF (CHI14.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN          !KCL
12946          PSI14 = A14/A13*(PSI5+PSI8+2.D0*PSI12+PSI13+2.D0*PSI15) - &
12947                  PSI6-PSI7-2.D0*PSI16-2.D0*PSI17
12948          PSI14 = MIN (MAX (PSI14, ZERO), CHI14)
12949       ENDIF
12951       IF (CHI9.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN          !K2SO4
12952          BBP = PSI10+PSI13+PSI14
12953          CCP = (PSI13+PSI14)*(0.25D0*(PSI13+PSI14)+PSI10)
12954          DDP = 0.25D0*(PSI13+PSI14)**2.0*PSI10-A9/4.D0
12955       CALL POLY32p1 (BBP, CCP, DDP, PSI9, ISLV)
12956         IF (ISLV.EQ.0) THEN
12957             PSI9 = MIN (MAX(PSI9,ZERO) , CHI9)
12958         ELSE
12959             PSI9 = ZERO
12960         ENDIF
12961       ENDIF
12964 !C *** CALCULATE SPECIATION ********************************************
12966       MOLAL (2) = PSI8 + PSI7                                     ! NAI
12967       MOLAL (3) = PSI4                                            ! NH4I
12968       MOLAL (4) = PSI6 + PSI7 + PSI14 + 2.D0*PSI16 + 2.D0*PSI17   ! CLI
12969       MOLAL (5) = PSI9 + PSI10                                    ! SO4I
12970       MOLAL (6) = ZERO                                            ! HSO4I
12971       MOLAL (7) = PSI5 + PSI8 + 2.D0*PSI12 + PSI13 + 2.D0*PSI15   ! NO3I
12972       MOLAL (8) = PSI11 + PSI12 + PSI17                           ! CAI
12973       MOLAL (9) = 2.D0*PSI9 + PSI13 + PSI14                       ! KI
12974       MOLAL (10)= PSI10 + PSI15 + PSI16                           ! MGI
12976 !C *** CALCULATE H+ *****************************************************
12978 !C      REST  = 2.D0*W(2) + W(4) + W(5)
12980 !C      DELT1 = 0.0d0
12981 !C      DELT2 = 0.0d0
12982 !C      IF (W(1)+W(6)+W(7)+W(8).GT.REST) THEN
12984 !CC *** CALCULATE EQUILIBRIUM CONSTANTS **********************************
12986 !C     ALFA1 = XK26*RH*(WATER/1.0)                   ! CO2(aq) + H2O
12987 !C     ALFA2 = XK27*(WATER/1.0)                      ! HCO3-
12989 !C      X     = W(1)+W(6)+W(7)+W(8) - REST            ! EXCESS OF CRUSTALS EQUALS CO2(aq)
12991 !C      DIAK  = SQRT( (ALFA1)**2.0 + 4.0D0*ALFA1*X)
12992 !C      DELT1 = 0.5*(-ALFA1 + DIAK)
12993 !C      DELT1 = MIN ( MAX (DELT1, ZERO), X)
12994 !C      DELT2 = ALFA2
12995 !C      DELT2 = MIN ( DELT2, DELT1)
12996 !C      MOLAL(1) = DELT1 + DELT2                      ! H+
12997 !C      ELSE
12999 !CC *** NO EXCESS OF CRUSTALS CALCULATE H+ *******************************
13001       SMIN      = 2.d0*MOLAL(5)+MOLAL(7)+MOLAL(4)-MOLAL(2)-MOLAL(3) &
13002                   - MOLAL(9) - 2.D0*MOLAL(10) - 2.D0*MOLAL(8)
13003       CALL CALCPH2p1 (SMIN, HI, OHI)
13004       MOLAL (1) = HI
13005 !C      ENDIF
13007       GNH3      = MAX(CHI4 - PSI4, TINY)
13008       GHNO3     = MAX(CHI5 - PSI5, TINY)
13009       GHCL      = MAX(CHI6 - PSI6, TINY)
13011       CNH4NO3   = ZERO
13012 !C      CNH4CL    = ZERO
13013       CNACL     = ZERO
13014       CNANO3    = ZERO
13015       CK2SO4    = MAX (CHI9 - PSI9, ZERO)
13016       CMGSO4    = ZERO
13017       CCASO4    = CHI11
13018       CCANO32   = ZERO
13019       CKNO3     = MAX (CHI13 - PSI13, ZERO)
13020       CKCL      = MAX (CHI14 - PSI14, ZERO)
13021       CMGNO32   = ZERO
13022       CMGCL2    = ZERO
13023       CCACL2    = ZERO
13025 !C *** NH4Cl(s) calculations
13027       A3   = XK6 /(R*TEMP*R*TEMP)
13028       IF (GNH3*GHCL.GT.A3) THEN
13029          DELT = MIN(GNH3, GHCL)
13030          BB = -(GNH3+GHCL)
13031          CC = GNH3*GHCL-A3
13032          DD = BB*BB - 4.D0*CC
13033          PSI31 = 0.5D0*(-BB + SQRT(DD))
13034          PSI32 = 0.5D0*(-BB - SQRT(DD))
13035          IF (DELT-PSI31.GT.ZERO .AND. PSI31.GT.ZERO) THEN
13036             PSI3 = PSI31
13037          ELSEIF (DELT-PSI32.GT.ZERO .AND. PSI32.GT.ZERO) THEN
13038             PSI3 = PSI32
13039          ELSE
13040             PSI3 = ZERO
13041          ENDIF
13042       ELSE
13043          PSI3 = ZERO
13044       ENDIF
13045       PSI3 = MAX(MIN(MIN(PSI3,CHI4-PSI4),CHI6-PSI6),ZERO)
13047 !C *** CALCULATE GAS / SOLID SPECIES (LIQUID IN MOLAL ALREADY) *********
13049       GNH3    = MAX(GNH3 - PSI3, TINY)
13050       GHCL    = MAX(GHCL - PSI3, TINY)
13051       CNH4CL  = PSI3
13053       CALL CALCMR2p1                                    ! Water content
13055 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
13057       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
13058          CALL CALCACT2p1
13059       ELSE
13060          GOTO 20
13061       ENDIF
13062 10    CONTINUE
13064 !C *** CALCULATE FUNCTION VALUE FOR OUTER LOOP ***************************
13066 !C20    FUNCP8 = MOLAL(3)*MOLAL(4)/GHCL/GNH3/A6/A4 - ONE
13067 20    FUNCP82p1 = MOLAL(1)*MOLAL(4)/GHCL/A6 - ONE
13069       RETURN
13071 !C *** END OF FUNCTION FUNCP8 *******************************************
13073       END
13074 !C=======================================================================
13076 !C *** ISORROPIA CODE II
13077 !C *** SUBROUTINE CALCP7
13078 !C *** CASE P7
13080 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
13081 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; Rcr+Na >= 2.0 ; Rcr > 2)
13082 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
13083 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CaSO4, K2SO4, KNO3, MGSO4, KCL, NH4CL, NACL
13084 !C     4. Completely dissolved: CA(NO3)2, CACL2,
13085 !C                              MG(NO3)2, MGCL2, NANO3, NH4NO3
13087 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
13088 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
13089 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
13091 !C=======================================================================
13093       SUBROUTINE CALCP72p1
13094       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
13096       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,      &
13097                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,      &
13098                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,    &
13099                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,        &
13100                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6,  &
13101                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
13103 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
13105       CALAOU  = .TRUE.
13106       CHI11   = MIN (W(2), W(6))                    ! CCASO4
13107       FRCA    = MAX (W(6) - CHI11, ZERO)
13108       FRSO4   = MAX (W(2) - CHI11, ZERO)
13109       CHI9    = MIN (FRSO4, 0.5D0*W(7))             ! CK2SO4
13110       FRK     = MAX (W(7) - 2.D0*CHI9, ZERO)
13111       FRSO4   = MAX (FRSO4 - CHI9, ZERO)
13112       CHI10   = FRSO4                               ! CMGSO4
13113       FRMG    = MAX (W(8) - CHI10, ZERO)
13114       CHI7    = MIN (W(1), W(5))                    ! CNACL
13115       FRNA    = MAX (W(1) - CHI7, ZERO)
13116       FRCL    = MAX (W(5) - CHI7, ZERO)
13117       CHI12   = MIN (FRCA, 0.5D0*W(4))              ! CCANO32
13118       FRCA    = MAX (FRCA - CHI12, ZERO)
13119       FRNO3   = MAX (W(4) - 2.D0*CHI12, ZERO)
13120       CHI17   = MIN (FRCA, 0.5D0*FRCL)              ! CCACL2
13121       FRCA    = MAX (FRCA - CHI17, ZERO)
13122       FRCL    = MAX (FRCL - 2.D0*CHI17, ZERO)
13123       CHI15   = MIN (FRMG, 0.5D0*FRNO3)             ! CMGNO32
13124       FRMG    = MAX (FRMG - CHI15, ZERO)
13125       FRNO3   = MAX (FRNO3 - 2.D0*CHI15, ZERO)
13126       CHI16   = MIN (FRMG, 0.5D0*FRCL)              ! CMGCL2
13127       FRMG    = MAX (FRMG - CHI16, ZERO)
13128       FRCL    = MAX (FRCL - 2.D0*CHI16, ZERO)
13129       CHI8    = MIN (FRNA, FRNO3)                   ! CNANO3
13130       FRNA    = MAX (FRNA - CHI8, ZERO)
13131       FRNO3   = MAX (FRNO3 - CHI8, ZERO)
13132       CHI14   = MIN (FRK, FRCL)                     ! CKCL
13133       FRK     = MAX (FRK - CHI14, ZERO)
13134       FRCL    = MAX (FRCL - CHI14, ZERO)
13135       CHI13   = MIN (FRK, FRNO3)                    ! CKNO3
13136       FRK     = MAX (FRK - CHI13, ZERO)
13137       FRNO3   = MAX (FRNO3 - CHI13, ZERO)
13139       CHI5    = FRNO3                               ! HNO3(g)
13140       CHI6    = FRCL                                ! HCL(g)
13141       CHI4    = W(3)                                ! NH3(g)
13143       CHI3    = ZERO                                ! CNH4CL
13144       CHI1    = ZERO
13145       CHI2    = ZERO
13147       PSI6LO = TINY
13148       PSI6HI = CHI6-TINY    ! MIN(CHI6-TINY, CHI4)
13150 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
13152       X1 = PSI6LO
13153       Y1 = FUNCP72p1 (X1)
13154       IF (ABS(Y1).LE.EPS .OR. CHI6.LE.TINY) GOTO 50
13156 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
13158       DX = (PSI6HI-PSI6LO)/FLOAT(NDIV)
13159       DO 10 I=1,NDIV
13160          X2 = X1+DX
13161          Y2 = FUNCP72p1 (X2)
13162          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
13163          X1 = X2
13164          Y1 = Y2
13165 10    CONTINUE
13167 !C *** NO SUBDIVISION WITH SOLUTION; IF ABS(Y2)<EPS SOLUTION IS ASSUMED
13169       IF (ABS(Y2) .GT. EPS) Y2 = FUNCP72p1 (PSI6LO)
13170       GOTO 50
13172 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
13174 20    DO 30 I=1,MAXIT
13175          X3 = 0.5*(X1+X2)
13176          Y3 = FUNCP72p1 (X3)
13177          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
13178             Y2    = Y3
13179             X2    = X3
13180          ELSE
13181             Y1    = Y3
13182             X1    = X3
13183          ENDIF
13184          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
13185 30    CONTINUE
13186       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCP7')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
13188 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
13190 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
13191       Y3 = FUNCP72p1 (X3)
13193 !C *** CALCULATE HSO4 SPECIATION AND RETURN *******************************
13195 50    CONTINUE
13196       IF (MOLAL(1).GT.TINY .AND. MOLAL(5).GT.TINY) THEN
13197          CALL CALCHS42p1 (MOLAL(1), MOLAL(5), ZERO, DELTA)
13198          MOLAL(1) = MOLAL(1) - DELTA                     ! H+   EFFECT
13199          MOLAL(5) = MOLAL(5) - DELTA                     ! SO4  EFFECT
13200          MOLAL(6) = DELTA                                ! HSO4 EFFECT
13201       ENDIF
13203       RETURN
13205 !C *** END OF SUBROUTINE CALCP7 ******************************************
13207       END
13210 !C=======================================================================
13212 !C *** ISORROPIA CODE II
13213 !C *** SUBROUTINE FUNCP7
13214 !C *** CASE P7
13216 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
13217 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; Rcr+Na >= 2.0 ; Rcr > 2)
13218 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
13219 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CaSO4, K2SO4, KNO3, MGSO4, KCL, NH4CL, NACL
13220 !C     4. Completely dissolved: CA(NO3)2, CACL2,
13221 !C                              MG(NO3)2, MGCL2, NANO3, NH4NO3
13223 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
13224 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
13225 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
13227 !C=======================================================================
13229       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCP72p1 (X)
13230       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
13232       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,      &
13233                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,      &
13234                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,    &
13235                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,        &
13236                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6,  &
13237                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
13239 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
13241       PSI6   = X
13242       PSI1   = ZERO
13243       PSI2   = ZERO
13244       PSI3   = ZERO
13245       PSI7   = ZERO
13246       PSI8   = CHI8
13247       PSI9   = ZERO
13248       PSI10  = CHI10
13249       PSI11  = ZERO
13250       PSI12  = CHI12
13251       PSI13  = ZERO
13252       PSI14  = ZERO
13253       PSI15  = CHI15
13254       PSI16  = CHI16
13255       PSI17  = CHI17
13256       FRST   = .TRUE.
13257       CALAIN = .TRUE.
13259 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
13261       DO 10 I=1,NSWEEP
13263       A4  = (XK2/XKW)*R*TEMP*(GAMA(10)/GAMA(5))**2.0
13264       A5  = XK4 *R*TEMP*(WATER/GAMA(10))**2.0
13265       A6  = XK3 *R*TEMP*(WATER/GAMA(11))**2.0
13266       A9  = XK17 *(WATER/GAMA(17))**3.0
13267       A13 = XK19 *(WATER/GAMA(19))**2.0
13268       A14 = XK20 *(WATER/GAMA(20))**2.0
13269       A7  = XK8 *(WATER/GAMA(1))**2.0
13271 !C  CALCULATE DISSOCIATION QUANTITIES
13273       PSI5 = CHI5*(PSI6 + PSI7 + PSI14 + 2.D0*PSI16 + 2.D0*PSI17) - &
13274              A6/A5*(PSI8+2.D0*PSI12+PSI13+2.D0*PSI15)*(CHI6-PSI6-PSI3)
13275       PSI5 = PSI5/(A6/A5*(CHI6-PSI6-PSI3) + PSI6 + PSI7 + PSI14 + &
13276              2.D0*PSI16 + 2.D0*PSI17)
13277       PSI5 = MIN (MAX (PSI5, TINY) , CHI5)
13279       IF (W(3).GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN  ! First try 3rd order soln
13280          BB   =-(CHI4 + PSI6 + PSI5 + 1.d0/A4)
13281          CC   = CHI4*(PSI5+PSI6)
13282          DD   = MAX(BB*BB-4.d0*CC,ZERO)
13283          PSI4 =0.5d0*(-BB - SQRT(DD))
13284          PSI4 = MIN(MAX(PSI4,ZERO),CHI4)
13285       ELSE
13286          PSI4 = TINY
13287       ENDIF
13289       IF (CHI13.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN          !KNO3
13290          VHTA  = PSI5+PSI8+2.D0*PSI12+2.D0*PSI15+PSI14+2.D0*PSI9
13291          GKAMA = (PSI5+PSI8+2.D0*PSI12+2.D0*PSI15)*(2.D0*PSI9+PSI14)-A13
13292          DELTA = MAX(VHTA*VHTA-4.d0*GKAMA,ZERO)
13293          PSI13 = 0.5d0*(-VHTA + SQRT(DELTA))
13294          PSI13 = MIN(MAX(PSI13,ZERO),CHI13)
13295       ENDIF
13297       IF (CHI14.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN          !KCL
13298          PSI14 = A14/A13*(PSI5+PSI8+2.D0*PSI12+PSI13+2.D0*PSI15) - &
13299                  PSI6-PSI7-2.D0*PSI16-2.D0*PSI17
13300          PSI14 = MIN (MAX (PSI14, ZERO), CHI14)
13301       ENDIF
13303       IF (CHI9.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN          !K2SO4
13304          BBP = PSI10+PSI13+PSI14
13305          CCP = (PSI13+PSI14)*(0.25D0*(PSI13+PSI14)+PSI10)
13306          DDP = 0.25D0*(PSI13+PSI14)**2.0*PSI10-A9/4.D0
13307       CALL POLY32p1 (BBP, CCP, DDP, PSI9, ISLV)
13308         IF (ISLV.EQ.0) THEN
13309             PSI9 = MIN (MAX(PSI9,ZERO) , CHI9)
13310         ELSE
13311             PSI9 = ZERO
13312         ENDIF
13313       ENDIF
13315       IF (CHI7.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN     ! NACL DISSOLUTION
13316          VITA = PSI6+PSI14+PSI8+2.D0*PSI16+2.D0*PSI17
13317          GKAMA= PSI8*(2.D0*PSI16+PSI6+PSI14+2.D0*PSI17)-A7
13318          DIAK = MAX(VITA*VITA - 4.0D0*GKAMA,ZERO)
13319          PSI7 = 0.5D0*( -VITA + SQRT(DIAK) )
13320          PSI7 = MAX(MIN(PSI7, CHI7), ZERO)
13321       ENDIF
13324 !C *** CALCULATE SPECIATION ********************************************
13326       MOLAL (2) = PSI8 + PSI7                                     ! NAI
13327       MOLAL (3) = PSI4                                            ! NH4I
13328       MOLAL (4) = PSI6 + PSI7 + PSI14 + 2.D0*PSI16 + 2.D0*PSI17   ! CLI
13329       MOLAL (5) = PSI9 + PSI10                                    ! SO4I
13330       MOLAL (6) = ZERO                                            ! HSO4I
13331       MOLAL (7) = PSI5 + PSI8 + 2.D0*PSI12 + PSI13 + 2.D0*PSI15   ! NO3I
13332       MOLAL (8) = PSI11 + PSI12 + PSI17                           ! CAI
13333       MOLAL (9) = 2.D0*PSI9 + PSI13 + PSI14                       ! KI
13334       MOLAL (10)= PSI10 + PSI15 + PSI16                           ! MGI
13336 !C *** CALCULATE H+ *****************************************************
13338 !C      REST  = 2.D0*W(2) + W(4) + W(5)
13340 !C      DELT1 = 0.0d0
13341 !C      DELT2 = 0.0d0
13342 !C      IF (W(1)+W(6)+W(7)+W(8).GT.REST) THEN
13344 !CC *** CALCULATE EQUILIBRIUM CONSTANTS **********************************
13346 !C      ALFA1 = XK26*RH*(WATER/1.0)                   ! CO2(aq) + H2O
13347 !C      ALFA2 = XK27*(WATER/1.0)                      ! HCO3-
13349 !C      X     = W(1)+W(6)+W(7)+W(8) - REST            ! EXCESS OF CRUSTALS EQUALS CO2(aq)
13351 !C      DIAK  = SQRT( (ALFA1)**2.0 + 4.0D0*ALFA1*X)
13352 !C      DELT1 = 0.5*(-ALFA1 + DIAK)
13353 !C      DELT1 = MIN ( MAX (DELT1, ZERO), X)
13354 !C      DELT2 = ALFA2
13355 !C      DELT2 = MIN ( DELT2, DELT1)
13356 !C      MOLAL(1) = DELT1 + DELT2                      ! H+
13357 !C      ELSE
13359 !CC *** NO EXCESS OF CRUSTALS CALCULATE H+ *******************************
13361       SMIN      = 2.d0*MOLAL(5)+MOLAL(7)+MOLAL(4)-MOLAL(2)-MOLAL(3) &
13362                   - MOLAL(9) - 2.D0*MOLAL(10) - 2.D0*MOLAL(8)
13363       CALL CALCPH2p1 (SMIN, HI, OHI)
13364       MOLAL (1) = HI
13365 !C      ENDIF
13367       GNH3      = MAX(CHI4 - PSI4, TINY)
13368       GHNO3     = MAX(CHI5 - PSI5, TINY)
13369       GHCL      = MAX(CHI6 - PSI6, TINY)
13371       CNH4NO3   = ZERO
13372 !C      CNH4CL    = ZERO
13373       CNACL     = MAX (CHI7 - PSI7, ZERO)
13374       CNANO3    = ZERO
13375       CK2SO4    = MAX (CHI9 - PSI9, ZERO)
13376       CMGSO4    = ZERO
13377       CCASO4    = CHI11
13378       CCANO32   = ZERO
13379       CKNO3     = MAX (CHI13 - PSI13, ZERO)
13380       CKCL      = MAX (CHI14 - PSI14, ZERO)
13381       CMGNO32   = ZERO
13382       CMGCL2    = ZERO
13383       CCACL2    = ZERO
13385 !C *** NH4Cl(s) calculations
13387       A3   = XK6 /(R*TEMP*R*TEMP)
13388       IF (GNH3*GHCL.GT.A3) THEN
13389          DELT = MIN(GNH3, GHCL)
13390          BB = -(GNH3+GHCL)
13391          CC = GNH3*GHCL-A3
13392          DD = BB*BB - 4.D0*CC
13393          PSI31 = 0.5D0*(-BB + SQRT(DD))
13394          PSI32 = 0.5D0*(-BB - SQRT(DD))
13395          IF (DELT-PSI31.GT.ZERO .AND. PSI31.GT.ZERO) THEN
13396             PSI3 = PSI31
13397          ELSEIF (DELT-PSI32.GT.ZERO .AND. PSI32.GT.ZERO) THEN
13398             PSI3 = PSI32
13399          ELSE
13400             PSI3 = ZERO
13401          ENDIF
13402       ELSE
13403          PSI3 = ZERO
13404       ENDIF
13405       PSI3 = MAX(MIN(MIN(PSI3,CHI4-PSI4),CHI6-PSI6),ZERO)
13407 !C *** CALCULATE GAS / SOLID SPECIES (LIQUID IN MOLAL ALREADY) *********
13409       GNH3    = MAX(GNH3 - PSI3, TINY)
13410       GHCL    = MAX(GHCL - PSI3, TINY)
13411       CNH4CL  = PSI3
13413       CALL CALCMR2p1                                    ! Water content
13415 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
13417       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
13418          CALL CALCACT2p1
13419       ELSE
13420          GOTO 20
13421       ENDIF
13422 10    CONTINUE
13424 !C *** CALCULATE FUNCTION VALUE FOR OUTER LOOP ***************************
13426 !C20    FUNCP7 = MOLAL(3)*MOLAL(4)/GHCL/GNH3/A6/A4 - ONE
13427 20    FUNCP72p1 = MOLAL(1)*MOLAL(4)/GHCL/A6 - ONE
13429       RETURN
13431 !C *** END OF FUNCTION FUNCP7 *******************************************
13433       END
13434 !C=======================================================================
13436 !C *** ISORROPIA CODE II
13437 !C *** SUBROUTINE CALCP6
13438 !C *** CASE P6
13440 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
13441 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; Rcr+Na >= 2.0 ; Rcr > 2)
13442 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
13443 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CaSO4, K2SO4, KNO3, MGSO4, KCL, NH4CL, NACL, NANO3
13444 !C     4. Completely dissolved: CA(NO3)2, CACL2,
13445 !C                              MG(NO3)2, MGCL2, NH4NO3
13447 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
13448 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
13449 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
13451 !C=======================================================================
13453       SUBROUTINE CALCP62p1
13454       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
13456       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,     &
13457                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,     &
13458                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,   &
13459                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,       &
13460                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6, &
13461                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
13463 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
13465       CALAOU  = .TRUE.
13466       CHI11   = MIN (W(2), W(6))                    ! CCASO4
13467       FRCA    = MAX (W(6) - CHI11, ZERO)
13468       FRSO4   = MAX (W(2) - CHI11, ZERO)
13469       CHI9    = MIN (FRSO4, 0.5D0*W(7))             ! CK2SO4
13470       FRK     = MAX (W(7) - 2.D0*CHI9, ZERO)
13471       FRSO4   = MAX (FRSO4 - CHI9, ZERO)
13472       CHI10   = FRSO4                               ! CMGSO4
13473       FRMG    = MAX (W(8) - CHI10, ZERO)
13474       CHI7    = MIN (W(1), W(5))                    ! CNACL
13475       FRNA    = MAX (W(1) - CHI7, ZERO)
13476       FRCL    = MAX (W(5) - CHI7, ZERO)
13477       CHI12   = MIN (FRCA, 0.5D0*W(4))              ! CCANO32
13478       FRCA    = MAX (FRCA - CHI12, ZERO)
13479       FRNO3   = MAX (W(4) - 2.D0*CHI12, ZERO)
13480       CHI17   = MIN (FRCA, 0.5D0*FRCL)              ! CCACL2
13481       FRCA    = MAX (FRCA - CHI17, ZERO)
13482       FRCL    = MAX (FRCL - 2.D0*CHI17, ZERO)
13483       CHI15   = MIN (FRMG, 0.5D0*FRNO3)             ! CMGNO32
13484       FRMG    = MAX (FRMG - CHI15, ZERO)
13485       FRNO3   = MAX (FRNO3 - 2.D0*CHI15, ZERO)
13486       CHI16   = MIN (FRMG, 0.5D0*FRCL)              ! CMGCL2
13487       FRMG    = MAX (FRMG - CHI16, ZERO)
13488       FRCL    = MAX (FRCL - 2.D0*CHI16, ZERO)
13489       CHI8    = MIN (FRNA, FRNO3)                   ! CNANO3
13490       FRNA    = MAX (FRNA - CHI8, ZERO)
13491       FRNO3   = MAX (FRNO3 - CHI8, ZERO)
13492       CHI14   = MIN (FRK, FRCL)                     ! CKCL
13493       FRK     = MAX (FRK - CHI14, ZERO)
13494       FRCL    = MAX (FRCL - CHI14, ZERO)
13495       CHI13   = MIN (FRK, FRNO3)                    ! CKNO3
13496       FRK     = MAX (FRK - CHI13, ZERO)
13497       FRNO3   = MAX (FRNO3 - CHI13, ZERO)
13499       CHI5    = FRNO3                               ! HNO3(g)
13500       CHI6    = FRCL                                ! HCL(g)
13501       CHI4    = W(3)                                ! NH3(g)
13503       CHI3    = ZERO                                ! CNH4CL
13504       CHI1    = ZERO
13505       CHI2    = ZERO
13507       PSI6LO = TINY
13508       PSI6HI = CHI6-TINY    ! MIN(CHI6-TINY, CHI4)
13510 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
13512       X1 = PSI6LO
13513       Y1 = FUNCP62p1 (X1)
13514       IF (ABS(Y1).LE.EPS .OR. CHI6.LE.TINY) GOTO 50
13516 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
13518       DX = (PSI6HI-PSI6LO)/FLOAT(NDIV)
13519       DO 10 I=1,NDIV
13520          X2 = X1+DX
13521          Y2 = FUNCP62p1 (X2)
13522          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
13523          X1 = X2
13524          Y1 = Y2
13525 10    CONTINUE
13527 !C *** NO SUBDIVISION WITH SOLUTION; IF ABS(Y2)<EPS SOLUTION IS ASSUMED
13529       IF (ABS(Y2) .GT. EPS) Y2 = FUNCP62p1 (PSI6LO)
13530       GOTO 50
13532 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
13534 20    DO 30 I=1,MAXIT
13535          X3 = 0.5*(X1+X2)
13536          Y3 = FUNCP62p1 (X3)
13537          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
13538             Y2    = Y3
13539             X2    = X3
13540          ELSE
13541             Y1    = Y3
13542             X1    = X3
13543          ENDIF
13544          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
13545 30    CONTINUE
13546       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCP6')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
13548 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
13550 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
13551       Y3 = FUNCP62p1 (X3)
13553 !C *** CALCULATE HSO4 SPECIATION AND RETURN *******************************
13555 50    CONTINUE
13556       IF (MOLAL(1).GT.TINY .AND. MOLAL(5).GT.TINY) THEN
13557          CALL CALCHS42p1 (MOLAL(1), MOLAL(5), ZERO, DELTA)
13558          MOLAL(1) = MOLAL(1) - DELTA                     ! H+   EFFECT
13559          MOLAL(5) = MOLAL(5) - DELTA                     ! SO4  EFFECT
13560          MOLAL(6) = DELTA                                ! HSO4 EFFECT
13561       ENDIF
13563       RETURN
13565 !C *** END OF SUBROUTINE CALCP6 ******************************************
13567       END
13570 !C=======================================================================
13572 !C *** ISORROPIA CODE II
13573 !C *** SUBROUTINE FUNCP6
13574 !C *** CASE P6
13576 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
13577 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; Rcr+Na >= 2.0 ; Rcr > 2)
13578 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
13579 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CaSO4, K2SO4, KNO3, MGSO4, KCL, NH4CL, NACL, NANO3
13580 !C     4. Completely dissolved: CA(NO3)2, CACL2,
13581 !C                              MG(NO3)2, MGCL2, NH4NO3
13583 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
13584 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
13585 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
13587 !C=======================================================================
13589       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCP62p1 (X)
13590       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
13592       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,     &
13593                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,     &
13594                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,   &
13595                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,       &
13596                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6, &
13597                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
13599 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
13601       PSI6   = X
13602       PSI1   = ZERO
13603       PSI2   = ZERO
13604       PSI3   = ZERO
13605       PSI7   = ZERO
13606       PSI8   = ZERO
13607       PSI9   = ZERO
13608       PSI10  = CHI10
13609       PSI11  = ZERO
13610       PSI12  = CHI12
13611       PSI13  = ZERO
13612       PSI14  = ZERO
13613       PSI15  = CHI15
13614       PSI16  = CHI16
13615       PSI17  = CHI17
13616       FRST   = .TRUE.
13617       CALAIN = .TRUE.
13619 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
13621       DO 10 I=1,NSWEEP
13623       A4  = (XK2/XKW)*R*TEMP*(GAMA(10)/GAMA(5))**2.0
13624       A5  = XK4 *R*TEMP*(WATER/GAMA(10))**2.0
13625       A6  = XK3 *R*TEMP*(WATER/GAMA(11))**2.0
13626       A9  = XK17 *(WATER/GAMA(17))**3.0
13627       A13 = XK19 *(WATER/GAMA(19))**2.0
13628       A14 = XK20 *(WATER/GAMA(20))**2.0
13629       A7  = XK8 *(WATER/GAMA(1))**2.0
13630       A8  = XK9 *(WATER/GAMA(3))**2.0
13632 !C  CALCULATE DISSOCIATION QUANTITIES
13634       PSI5 = CHI5*(PSI6 + PSI7 + PSI14 + 2.D0*PSI16 + 2.D0*PSI17) - &
13635              A6/A5*(PSI8+2.D0*PSI12+PSI13+2.D0*PSI15)*(CHI6-PSI6-PSI3)
13636       PSI5 = PSI5/(A6/A5*(CHI6-PSI6-PSI3) + PSI6 + PSI7 + PSI14 + &
13637              2.D0*PSI16 + 2.D0*PSI17)
13638       PSI5 = MIN (MAX (PSI5, TINY) , CHI5)
13640       IF (W(3).GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN  ! First try 3rd order soln
13641          BB   =-(CHI4 + PSI6 + PSI5 + 1.d0/A4)
13642          CC   = CHI4*(PSI5+PSI6)
13643          DD   = MAX(BB*BB-4.d0*CC,ZERO)
13644          PSI4 =0.5d0*(-BB - SQRT(DD))
13645          PSI4 = MIN(MAX(PSI4,ZERO),CHI4)
13646       ELSE
13647          PSI4 = TINY
13648       ENDIF
13650       IF (CHI13.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN          !KNO3
13651          VHTA  = PSI5+PSI8+2.D0*PSI12+2.D0*PSI15+PSI14+2.D0*PSI9
13652          GKAMA = (PSI5+PSI8+2.D0*PSI12+2.D0*PSI15)*(2.D0*PSI9+PSI14)-A13
13653          DELTA = MAX(VHTA*VHTA-4.d0*GKAMA,ZERO)
13654          PSI13 = 0.5d0*(-VHTA + SQRT(DELTA))
13655          PSI13 = MIN(MAX(PSI13,ZERO),CHI13)
13656       ENDIF
13658       IF (CHI14.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN          !KCL
13659          PSI14 = A14/A13*(PSI5+PSI8+2.D0*PSI12+PSI13+2.D0*PSI15) - &
13660                  PSI6-PSI7-2.D0*PSI16-2.D0*PSI17
13661          PSI14 = MIN (MAX (PSI14, ZERO), CHI14)
13662       ENDIF
13664       IF (CHI9.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN          !K2SO4
13665          BBP = PSI10+PSI13+PSI14
13666          CCP = (PSI13+PSI14)*(0.25D0*(PSI13+PSI14)+PSI10)
13667          DDP = 0.25D0*(PSI13+PSI14)**2.0*PSI10-A9/4.D0
13668       CALL POLY32p1 (BBP, CCP, DDP, PSI9, ISLV)
13669         IF (ISLV.EQ.0) THEN
13670             PSI9 = MIN (MAX(PSI9,ZERO) , CHI9)
13671         ELSE
13672             PSI9 = ZERO
13673         ENDIF
13674       ENDIF
13676       IF (CHI7.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN     ! NACL DISSOLUTION
13677          VITA = PSI6+PSI14+PSI8+2.D0*PSI16+2.D0*PSI17
13678          GKAMA= PSI8*(2.D0*PSI16+PSI6+PSI14+2.D0*PSI17)-A7
13679          DIAK = MAX(VITA*VITA - 4.0D0*GKAMA,ZERO)
13680          PSI7 = 0.5D0*( -VITA + SQRT(DIAK) )
13681          PSI7 = MAX(MIN(PSI7, CHI7), ZERO)
13682       ENDIF
13684       IF (CHI8.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN     ! NANO3 DISSOLUTION
13685 !C         VIT  = PSI5+PSI13+PSI7+2.D0*PSI12+2.D0*PSI15
13686 !C         GKAM = PSI7*(2.D0*PSI12+PSI5+PSI13+2.D0*PSI15)-A8
13687 !C         DIA  = MAX(VIT*VIT - 4.0D0*GKAM,ZERO)
13688 !C         PSI8 = 0.5D0*( -VIT + SQRT(DIA) )
13689           PSI8 = A8/A7*(PSI6+PSI7+PSI14+2.D0*PSI16+2.D0*PSI17)- &
13690                  PSI5-2.D0*PSI12-PSI13-2.D0*PSI15
13691           PSI8 = MAX(MIN(PSI8, CHI8), ZERO)
13692       ENDIF
13695 !C *** CALCULATE SPECIATION ********************************************
13697       MOLAL (2) = PSI8 + PSI7                                     ! NAI
13698       MOLAL (3) = PSI4                                            ! NH4I
13699       MOLAL (4) = PSI6 + PSI7 + PSI14 + 2.D0*PSI16 + 2.D0*PSI17   ! CLI
13700       MOLAL (5) = PSI9 + PSI10                                    ! SO4I
13701       MOLAL (6) = ZERO                                            ! HSO4I
13702       MOLAL (7) = PSI5 + PSI8 + 2.D0*PSI12 + PSI13 + 2.D0*PSI15   ! NO3I
13703       MOLAL (8) = PSI11 + PSI12 + PSI17                           ! CAI
13704       MOLAL (9) = 2.D0*PSI9 + PSI13 + PSI14                       ! KI
13705       MOLAL (10)= PSI10 + PSI15 + PSI16                           ! MGI
13707 !C *** CALCULATE H+ *****************************************************
13709 !C      REST  = 2.D0*W(2) + W(4) + W(5)
13711 !C      DELT1 = 0.0d0
13712 !C      DELT2 = 0.0d0
13713 !C      IF (W(1)+W(6)+W(7)+W(8).GT.REST) THEN
13715 !CC *** CALCULATE EQUILIBRIUM CONSTANTS **********************************
13717 !C      ALFA1 = XK26*RH*(WATER/1.0)                   ! CO2(aq) + H2O
13718 !C      ALFA2 = XK27*(WATER/1.0)                      ! HCO3-
13720 !C      X     = W(1)+W(6)+W(7)+W(8) - REST            ! EXCESS OF CRUSTALS EQUALS CO2(aq)
13722 !C      DIAK  = SQRT( (ALFA1)**2.0 + 4.0D0*ALFA1*X)
13723 !C      DELT1 = 0.5*(-ALFA1 + DIAK)
13724 !C      DELT1 = MIN ( MAX (DELT1, ZERO), X)
13725 !C      DELT2 = ALFA2
13726 !C      DELT2 = MIN ( DELT2, DELT1)
13727 !C      MOLAL(1) = DELT1 + DELT2                      ! H+
13728 !C      ELSE
13730 !CC *** NO EXCESS OF CRUSTALS CALCULATE H+ *******************************
13732       SMIN      = 2.d0*MOLAL(5)+MOLAL(7)+MOLAL(4)-MOLAL(2)-MOLAL(3) &
13733                   - MOLAL(9) - 2.D0*MOLAL(10) - 2.D0*MOLAL(8)
13734       CALL CALCPH2p1 (SMIN, HI, OHI)
13735       MOLAL (1) = HI
13736 !C      ENDIF
13738       GNH3      = MAX(CHI4 - PSI4, TINY)
13739       GHNO3     = MAX(CHI5 - PSI5, TINY)
13740       GHCL      = MAX(CHI6 - PSI6, TINY)
13742       CNH4NO3   = ZERO
13743 !C      CNH4CL    = ZERO
13744       CNACL     = MAX (CHI7 - PSI7, ZERO)
13745       CNANO3    = MAX (CHI8 - PSI8, ZERO)
13746       CK2SO4    = MAX (CHI9 - PSI9, ZERO)
13747       CMGSO4    = ZERO
13748       CCASO4    = CHI11
13749       CCANO32   = ZERO
13750       CKNO3     = MAX (CHI13 - PSI13, ZERO)
13751       CKCL      = MAX (CHI14 - PSI14, ZERO)
13752       CMGNO32   = ZERO
13753       CMGCL2    = ZERO
13754       CCACL2    = ZERO
13756 !C *** NH4Cl(s) calculations
13758       A3   = XK6 /(R*TEMP*R*TEMP)
13759       IF (GNH3*GHCL.GT.A3) THEN
13760          DELT = MIN(GNH3, GHCL)
13761          BB = -(GNH3+GHCL)
13762          CC = GNH3*GHCL-A3
13763          DD = BB*BB - 4.D0*CC
13764          PSI31 = 0.5D0*(-BB + SQRT(DD))
13765          PSI32 = 0.5D0*(-BB - SQRT(DD))
13766          IF (DELT-PSI31.GT.ZERO .AND. PSI31.GT.ZERO) THEN
13767             PSI3 = PSI31
13768          ELSEIF (DELT-PSI32.GT.ZERO .AND. PSI32.GT.ZERO) THEN
13769             PSI3 = PSI32
13770          ELSE
13771             PSI3 = ZERO
13772          ENDIF
13773       ELSE
13774          PSI3 = ZERO
13775       ENDIF
13776       PSI3 = MAX(MIN(MIN(PSI3,CHI4-PSI4),CHI6-PSI6),ZERO)
13778 !C *** CALCULATE GAS / SOLID SPECIES (LIQUID IN MOLAL ALREADY) *********
13780       GNH3    = MAX(GNH3 - PSI3, TINY)
13781       GHCL    = MAX(GHCL - PSI3, TINY)
13782       CNH4CL  = PSI3
13784       CALL CALCMR2p1                                    ! Water content
13786 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
13788       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
13789          CALL CALCACT2p1
13790       ELSE
13791          GOTO 20
13792       ENDIF
13793 10    CONTINUE
13795 !C *** CALCULATE FUNCTION VALUE FOR OUTER LOOP ***************************
13797 !C20    FUNCP6 = MOLAL(3)*MOLAL(4)/GHCL/GNH3/A6/A4 - ONE
13798 20    FUNCP62p1 = MOLAL(1)*MOLAL(4)/GHCL/A6 - ONE
13800       RETURN
13802 !C *** END OF FUNCTION FUNCP6 *******************************************
13804       END
13806 !C=======================================================================
13808 !C *** ISORROPIA CODE II
13809 !C *** SUBROUTINE CALCP5
13810 !C *** CASE P5
13812 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
13813 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; Rcr+Na >= 2.0 ; Rcr > 2)
13814 !C     2. SOLID AEROSOL ONLY
13815 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CaSO4, K2SO4, KNO3, KCL, MGSO4,
13816 !C                          NANO3, NACL, NH4NO3, NH4CL
13818 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
13819 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
13820 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS & ATHANASIOS NENES
13822 !C=======================================================================
13824       SUBROUTINE CALCP52p1
13825       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
13826       EXTERNAL CALCP1A2p1, CALCP62p1
13828 !C *** REGIME DEPENDS ON THE EXISTANCE OF WATER AND OF THE RH ************
13830       IF (W(4).GT.TINY)   THEN ! NO3 EXIST, WATER POSSIBLE
13831          SCASE = 'P5 ; SUBCASE 1'
13832          CALL CALCP5A2p1
13833          SCASE = 'P5 ; SUBCASE 1'
13834       ELSE                                      ! NO3, CL NON EXISTANT
13835          SCASE = 'P1 ; SUBCASE 1'
13836          CALL CALCP1A2p1
13837          SCASE = 'P1 ; SUBCASE 1'
13838       ENDIF
13840       IF (WATER.LE.TINY) THEN
13841          IF (RH.LT.DRMP5) THEN        ! ONLY SOLIDS
13842             WATER = TINY
13843             DO 10 I=1,NIONS
13844                MOLAL(I) = ZERO
13845 10          CONTINUE
13846             CALL CALCP1A2p1
13847             SCASE = 'P5 ; SUBCASE 2'
13848             RETURN
13849          ELSE
13850             SCASE = 'P5 ; SUBCASE 3'  ! MDRH REGION (CaSO4, K2SO4, KNO3, KCL, MGSO4,
13851 !C                                                    NANO3, NACL, NH4NO3, NH4CL)
13852             CALL CALCMDRH22p1 (RH, DRMP5, DRNH4NO3, CALCP1A2p1, CALCP62p1)
13853             SCASE = 'P5 ; SUBCASE 3'
13854          ENDIF
13855       ENDIF
13857       RETURN
13859 !C *** END OF SUBROUTINE CALCP5 ******************************************
13861       END
13863 !C=======================================================================
13865 !C *** ISORROPIA CODE II
13866 !C *** SUBROUTINE CALCP5A
13867 !C *** CASE P5A
13869 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
13870 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; Rcr+Na >= 2.0 ; Rcr > 2)
13871 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
13872 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CaSO4, K2SO4, KNO3, MGSO4, KCL, NH4CL, NACL, NANO3, NH4NO3
13873 !C     4. Completely dissolved: CA(NO3)2, CACL2,
13874 !C                              MG(NO3)2, MGCL2
13876 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
13877 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
13878 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
13880 !C=======================================================================
13882       SUBROUTINE CALCP5A2p1
13883       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
13885       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,      &
13886                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,      &
13887                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,    &
13888                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,        &
13889                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6,  &
13890                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
13892 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
13894       CALAOU  = .TRUE.
13895       CHI11   = MIN (W(2), W(6))                    ! CCASO4
13896       FRCA    = MAX (W(6) - CHI11, ZERO)
13897       FRSO4   = MAX (W(2) - CHI11, ZERO)
13898       CHI9    = MIN (FRSO4, 0.5D0*W(7))             ! CK2SO4
13899       FRK     = MAX (W(7) - 2.D0*CHI9, ZERO)
13900       FRSO4   = MAX (FRSO4 - CHI9, ZERO)
13901       CHI10   = FRSO4                               ! CMGSO4
13902       FRMG    = MAX (W(8) - CHI10, ZERO)
13903       CHI7    = MIN (W(1), W(5))                    ! CNACL
13904       FRNA    = MAX (W(1) - CHI7, ZERO)
13905       FRCL    = MAX (W(5) - CHI7, ZERO)
13906       CHI12   = MIN (FRCA, 0.5D0*W(4))              ! CCANO32
13907       FRCA    = MAX (FRCA - CHI12, ZERO)
13908       FRNO3   = MAX (W(4) - 2.D0*CHI12, ZERO)
13909       CHI17   = MIN (FRCA, 0.5D0*FRCL)              ! CCACL2
13910       FRCA    = MAX (FRCA - CHI17, ZERO)
13911       FRCL    = MAX (FRCL - 2.D0*CHI17, ZERO)
13912       CHI15   = MIN (FRMG, 0.5D0*FRNO3)             ! CMGNO32
13913       FRMG    = MAX (FRMG - CHI15, ZERO)
13914       FRNO3   = MAX (FRNO3 - 2.D0*CHI15, ZERO)
13915       CHI16   = MIN (FRMG, 0.5D0*FRCL)              ! CMGCL2
13916       FRMG    = MAX (FRMG - CHI16, ZERO)
13917       FRCL    = MAX (FRCL - 2.D0*CHI16, ZERO)
13918       CHI8    = MIN (FRNA, FRNO3)                   ! CNANO3
13919       FRNA    = MAX (FRNA - CHI8, ZERO)
13920       FRNO3   = MAX (FRNO3 - CHI8, ZERO)
13921       CHI14   = MIN (FRK, FRCL)                     ! CKCL
13922       FRK     = MAX (FRK - CHI14, ZERO)
13923       FRCL    = MAX (FRCL - CHI14, ZERO)
13924       CHI13   = MIN (FRK, FRNO3)                    ! CKNO3
13925       FRK     = MAX (FRK - CHI13, ZERO)
13926       FRNO3   = MAX (FRNO3 - CHI13, ZERO)
13928       CHI5    = FRNO3                               ! HNO3(g)
13929       CHI6    = FRCL                                ! HCL(g)
13930       CHI4    = W(3)                                ! NH3(g)
13932       CHI3    = ZERO                                ! CNH4CL
13933       CHI1    = ZERO
13934       CHI2    = ZERO
13936       PSI6LO = TINY
13937       PSI6HI = CHI6-TINY    ! MIN(CHI6-TINY, CHI4)
13939 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
13941       X1 = PSI6LO
13942       Y1 = FUNCP52p1 (X1)
13943       IF (ABS(Y1).LE.EPS .OR. CHI6.LE.TINY) GOTO 50
13945 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
13947       DX = (PSI6HI-PSI6LO)/FLOAT(NDIV)
13948       DO 10 I=1,NDIV
13949          X2 = X1+DX
13950          Y2 = FUNCP52p1 (X2)
13951          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
13952          X1 = X2
13953          Y1 = Y2
13954 10    CONTINUE
13956 !C *** NO SUBDIVISION WITH SOLUTION; IF ABS(Y2)<EPS SOLUTION IS ASSUMED
13958       IF (ABS(Y2) .GT. EPS) Y2 = FUNCP52p1 (PSI6LO)
13959       GOTO 50
13961 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
13963 20    DO 30 I=1,MAXIT
13964          X3 = 0.5*(X1+X2)
13965          Y3 = FUNCP52p1 (X3)
13966          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
13967             Y2    = Y3
13968             X2    = X3
13969          ELSE
13970             Y1    = Y3
13971             X1    = X3
13972          ENDIF
13973          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
13974 30    CONTINUE
13975       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCP5')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
13977 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
13979 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
13980       Y3 = FUNCP52p1 (X3)
13982 !C *** CALCULATE HSO4 SPECIATION AND RETURN *******************************
13984 50    CONTINUE
13985       IF (MOLAL(1).GT.TINY .AND. MOLAL(5).GT.TINY) THEN
13986          CALL CALCHS42p1 (MOLAL(1), MOLAL(5), ZERO, DELTA)
13987          MOLAL(1) = MOLAL(1) - DELTA                     ! H+   EFFECT
13988          MOLAL(5) = MOLAL(5) - DELTA                     ! SO4  EFFECT
13989          MOLAL(6) = DELTA                                ! HSO4 EFFECT
13990       ENDIF
13992       RETURN
13994 !C *** END OF SUBROUTINE CALCP5A ******************************************
13996       END
13999 !C=======================================================================
14001 !C *** ISORROPIA CODE II
14002 !C *** SUBROUTINE FUNCP5
14003 !C *** CASE P5
14005 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
14006 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; Rcr+Na >= 2.0 ; Rcr > 2)
14007 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
14008 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CaSO4, K2SO4, KNO3, MGSO4, KCL, NH4CL, NACL, NANO3, NH4NO3
14009 !C     4. Completely dissolved: CA(NO3)2, CACL2,
14010 !C                              MG(NO3)2, MGCL2
14012 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
14013 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
14014 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
14016 !C=======================================================================
14018       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCP52p1 (X)
14019       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
14021       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,      &
14022                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,      &
14023                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,    &
14024                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,        &
14025                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6,  &
14026                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
14028 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
14030       PSI6   = X
14031       PSI1   = ZERO
14032       PSI2   = ZERO
14033       PSI3   = ZERO
14034       PSI7   = ZERO
14035       PSI8   = ZERO
14036       PSI9   = ZERO
14037       PSI10  = CHI10
14038       PSI11  = ZERO
14039       PSI12  = CHI12
14040       PSI13  = ZERO
14041       PSI14  = ZERO
14042       PSI15  = CHI15
14043       PSI16  = CHI16
14044       PSI17  = CHI17
14045       FRST   = .TRUE.
14046       CALAIN = .TRUE.
14048 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
14050       DO 10 I=1,NSWEEP
14052       A4  = (XK2/XKW)*R*TEMP*(GAMA(10)/GAMA(5))**2.0
14053       A5  = XK4 *R*TEMP*(WATER/GAMA(10))**2.0
14054       A6  = XK3 *R*TEMP*(WATER/GAMA(11))**2.0
14055       A9  = XK17 *(WATER/GAMA(17))**3.0
14056       A13 = XK19 *(WATER/GAMA(19))**2.0
14057       A14 = XK20 *(WATER/GAMA(20))**2.0
14058       A7  = XK8 *(WATER/GAMA(1))**2.0
14059       A8  = XK9 *(WATER/GAMA(3))**2.0
14061 !C  CALCULATE DISSOCIATION QUANTITIES
14063       PSI5 = (CHI5-PSI2)*(PSI6 + PSI7 + PSI14 + 2.D0*PSI16 + 2.D0*PSI17) &
14064              - A6/A5*(PSI8+2.D0*PSI12+PSI13+2.D0*PSI15)*(CHI6-PSI6-PSI3)
14065       PSI5 = PSI5/(A6/A5*(CHI6-PSI6-PSI3) + PSI6 + PSI7 + PSI14 + &
14066              2.D0*PSI16 + 2.D0*PSI17)
14067       PSI5 = MIN (MAX (PSI5, TINY) , CHI5)
14069       IF (W(3).GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN  ! First try 3rd order soln
14070          BB   =-(CHI4 + PSI6 + PSI5 + 1.d0/A4)
14071          CC   = CHI4*(PSI5+PSI6)
14072          DD   = MAX(BB*BB-4.d0*CC,ZERO)
14073          PSI4 =0.5d0*(-BB - SQRT(DD))
14074          PSI4 = MIN(MAX(PSI4,ZERO),CHI4)
14075       ELSE
14076          PSI4 = TINY
14077       ENDIF
14079       IF (CHI13.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN          !KNO3
14080          VHTA  = PSI5+PSI8+2.D0*PSI12+2.D0*PSI15+PSI14+2.D0*PSI9
14081          GKAMA = (PSI5+PSI8+2.D0*PSI12+2.D0*PSI15)*(2.D0*PSI9+PSI14)-A13
14082          DELTA = MAX(VHTA*VHTA-4.d0*GKAMA,ZERO)
14083          PSI13 = 0.5d0*(-VHTA + SQRT(DELTA))
14084          PSI13 = MIN(MAX(PSI13,ZERO),CHI13)
14085       ENDIF
14087       IF (CHI14.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN          !KCL
14088          PSI14 = A14/A13*(PSI5+PSI8+2.D0*PSI12+PSI13+2.D0*PSI15) - &
14089                  PSI6-PSI7-2.D0*PSI16-2.D0*PSI17
14090          PSI14 = MIN (MAX (PSI14, ZERO), CHI14)
14091       ENDIF
14093       IF (CHI9.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN          !K2SO4
14094          BBP = PSI10+PSI13+PSI14
14095          CCP = (PSI13+PSI14)*(0.25D0*(PSI13+PSI14)+PSI10)
14096          DDP = 0.25D0*(PSI13+PSI14)**2.0*PSI10-A9/4.D0
14097       CALL POLY32p1 (BBP, CCP, DDP, PSI9, ISLV)
14098         IF (ISLV.EQ.0) THEN
14099             PSI9 = MIN (MAX(PSI9,ZERO) , CHI9)
14100         ELSE
14101             PSI9 = ZERO
14102         ENDIF
14103       ENDIF
14105       IF (CHI7.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN     ! NACL DISSOLUTION
14106          VITA = PSI6+PSI14+PSI8+2.D0*PSI16+2.D0*PSI17
14107          GKAMA= PSI8*(2.D0*PSI16+PSI6+PSI14+2.D0*PSI17)-A7
14108          DIAK = MAX(VITA*VITA - 4.0D0*GKAMA,ZERO)
14109          PSI7 = 0.5D0*( -VITA + SQRT(DIAK) )
14110          PSI7 = MAX(MIN(PSI7, CHI7), ZERO)
14111       ENDIF
14113       IF (CHI8.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN     ! NANO3 DISSOLUTION
14114 !C         VIT  = PSI5+PSI13+PSI7+2.D0*PSI12+2.D0*PSI15
14115 !C         GKAM = PSI7*(2.D0*PSI12+PSI5+PSI13+2.D0*PSI15)-A8
14116 !C         DIA  = MAX(VIT*VIT - 4.0D0*GKAM,ZERO)
14117 !C         PSI8 = 0.5D0*( -VIT + SQRT(DIA) )
14118           PSI8 = A8/A7*(PSI6+PSI7+PSI14+2.D0*PSI16+2.D0*PSI17)- &
14119                  PSI5-2.D0*PSI12-PSI13-2.D0*PSI15
14120           PSI8 = MAX(MIN(PSI8, CHI8), ZERO)
14121       ENDIF
14124 !C *** CALCULATE SPECIATION ********************************************
14126       MOLAL (2) = PSI8 + PSI7                                     ! NAI
14127       MOLAL (3) = PSI4                                            ! NH4I
14128       MOLAL (4) = PSI6 + PSI7 + PSI14 + 2.D0*PSI16 + 2.D0*PSI17   ! CLI
14129       MOLAL (5) = PSI9 + PSI10                                    ! SO4I
14130       MOLAL (6) = ZERO                                            ! HSO4I
14131       MOLAL (7) = PSI5 + PSI8 + 2.D0*PSI12 + PSI13 + 2.D0*PSI15   ! NO3I
14132       MOLAL (8) = PSI11 + PSI12 + PSI17                           ! CAI
14133       MOLAL (9) = 2.D0*PSI9 + PSI13 + PSI14                       ! KI
14134       MOLAL (10)= PSI10 + PSI15 + PSI16                           ! MGI
14136 !CC *** CALCULATE H+ *****************************************************
14138 !C      REST  = 2.D0*W(2) + W(4) + W(5)
14140 !C      DELT1 = 0.0d0
14141 !C      DELT2 = 0.0d0
14142 !C      IF (W(1)+W(6)+W(7)+W(8).GT.REST) THEN
14144 !CC *** CALCULATE EQUILIBRIUM CONSTANTS **********************************
14146 !C      ALFA1 = XK26*RH*(WATER/1.0)                   ! CO2(aq) + H2O
14147 !C      ALFA2 = XK27*(WATER/1.0)                      ! HCO3-
14149 !C      X     = W(1)+W(6)+W(7)+W(8) - REST            ! EXCESS OF CRUSTALS EQUALS CO2(aq)
14151 !C      DIAK  = SQRT( (ALFA1)**2.0 + 4.0D0*ALFA1*X)
14152 !C      DELT1 = 0.5*(-ALFA1 + DIAK)
14153 !C      DELT1 = MIN ( MAX (DELT1, ZERO), X)
14154 !C      DELT2 = ALFA2
14155 !C      DELT2 = MIN ( DELT2, DELT1)
14156 !C      MOLAL(1) = DELT1 + DELT2                      ! H+
14157 !C      ELSE
14159 !CC *** NO EXCESS OF CRUSTALS CALCULATE H+ *******************************
14161       SMIN      = 2.d0*MOLAL(5)+MOLAL(7)+MOLAL(4)-MOLAL(2)-MOLAL(3) &
14162                   - MOLAL(9) - 2.D0*MOLAL(10) - 2.D0*MOLAL(8)
14163       CALL CALCPH2p1 (SMIN, HI, OHI)
14164       MOLAL (1) = HI
14165 !C      ENDIF
14167       GNH3      = MAX(CHI4 - PSI4, TINY)
14168       GHNO3     = MAX(CHI5 - PSI5, TINY)
14169       GHCL      = MAX(CHI6 - PSI6, TINY)
14171 !C      CNH4NO3   = ZERO
14172 !C      CNH4CL    = ZERO
14173       CNACL     = MAX (CHI7 - PSI7, ZERO)
14174       CNANO3    = MAX (CHI8 - PSI8, ZERO)
14175       CK2SO4    = MAX (CHI9 - PSI9, ZERO)
14176       CMGSO4    = ZERO
14177       CCASO4    = CHI11
14178       CCANO32   = ZERO
14179       CKNO3     = MAX (CHI13 - PSI13, ZERO)
14180       CKCL      = MAX (CHI14 - PSI14, ZERO)
14181       CMGNO32   = ZERO
14182       CMGCL2    = ZERO
14183       CCACL2    = ZERO
14185 !C *** NH4Cl(s) calculations
14187       A3   = XK6 /(R*TEMP*R*TEMP)
14188       IF (GNH3*GHCL.GT.A3) THEN
14189          DELT = MIN(GNH3, GHCL)
14190          BB = -(GNH3+GHCL)
14191          CC = GNH3*GHCL-A3
14192          DD = BB*BB - 4.D0*CC
14193          PSI31 = 0.5D0*(-BB + SQRT(DD))
14194          PSI32 = 0.5D0*(-BB - SQRT(DD))
14195          IF (DELT-PSI31.GT.ZERO .AND. PSI31.GT.ZERO) THEN
14196             PSI3 = PSI31
14197          ELSEIF (DELT-PSI32.GT.ZERO .AND. PSI32.GT.ZERO) THEN
14198             PSI3 = PSI32
14199          ELSE
14200             PSI3 = ZERO
14201          ENDIF
14202       ELSE
14203          PSI3 = ZERO
14204       ENDIF
14205       PSI3 = MAX(MIN(MIN(PSI3,CHI4-PSI4),CHI6-PSI6),ZERO)
14207 !C *** CALCULATE GAS / SOLID SPECIES (LIQUID IN MOLAL ALREADY) *********
14209       GNH3    = MAX(GNH3 - PSI3, TINY)
14210       GHCL    = MAX(GHCL - PSI3, TINY)
14211       CNH4CL  = PSI3
14213 !C *** NH4NO3(s) calculations
14215       A2   = XK10 /(R*TEMP*R*TEMP)
14216       IF (GNH3*GHNO3.GT.A2) THEN
14217          DELT = MIN(GNH3, GHNO3)
14218          BB = -(GNH3+GHNO3)
14219          CC = GNH3*GHNO3-A2
14220          DD = BB*BB - 4.D0*CC
14221          PSI21 = 0.5D0*(-BB + SQRT(DD))
14222          PSI22 = 0.5D0*(-BB - SQRT(DD))
14223          IF (DELT-PSI21.GT.ZERO .AND. PSI21.GT.ZERO) THEN
14224             PSI2 = PSI21
14225          ELSEIF (DELT-PSI22.GT.ZERO .AND. PSI22.GT.ZERO) THEN
14226             PSI2 = PSI22
14227          ELSE
14228             PSI2 = ZERO
14229          ENDIF
14230       ELSE
14231          PSI2 = ZERO
14232       ENDIF
14233       PSI2 = MAX(MIN(MIN(PSI2,CHI4-PSI4-PSI3),CHI5-PSI5), ZERO)
14235 !C *** CALCULATE GAS / SOLID SPECIES (LIQUID IN MOLAL ALREADY) *********
14237       GNH3    = MAX(GNH3 - PSI2, TINY)
14238       GHCL    = MAX(GHNO3 - PSI2, TINY)
14239       CNH4NO3 = PSI2
14241       CALL CALCMR2p1                                    ! Water content
14243 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
14245       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
14246          CALL CALCACT2p1
14247       ELSE
14248          GOTO 20
14249       ENDIF
14250 10    CONTINUE
14252 !C *** CALCULATE FUNCTION VALUE FOR OUTER LOOP ***************************
14254 !C20    FUNCP5 = MOLAL(3)*MOLAL(4)/GHCL/GNH3/A6/A4 - ONE
14255 20    FUNCP52p1 = MOLAL(1)*MOLAL(4)/GHCL/A6 - ONE
14257       RETURN
14259 !C *** END OF FUNCTION FUNCP5 *******************************************
14261       END
14263 !C=======================================================================
14265 !C *** ISORROPIA CODE II
14266 !C *** SUBROUTINE CALCP4
14267 !C *** CASE P4
14269 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
14270 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; Rcr+Na >= 2.0 ; Rcr > 2)
14271 !C     2. SOLID AEROSOL ONLY
14272 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CaSO4, K2SO4, KNO3, KCL, MGSO4,
14273 !C                          MG(NO3)2, NANO3, NACL, NH4NO3, NH4CL
14275 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
14276 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
14277 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS & ATHANASIOS NENES
14279 !C=======================================================================
14281       SUBROUTINE CALCP42p1
14282       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
14283       EXTERNAL CALCP1A2p1, CALCP5A2p1
14285 !C *** REGIME DEPENDS ON THE EXISTANCE OF WATER AND OF THE RH ************
14287       IF (W(4).GT.TINY)   THEN ! NO3 EXIST, WATER POSSIBLE
14288          SCASE = 'P4 ; SUBCASE 1'
14289          CALL CALCP4A2p1
14290          SCASE = 'P4 ; SUBCASE 1'
14291       ELSE                                      ! NO3, CL NON EXISTANT
14292          SCASE = 'P1 ; SUBCASE 1'
14293          CALL CALCP1A2p1
14294          SCASE = 'P1 ; SUBCASE 1'
14295       ENDIF
14297       IF (WATER.LE.TINY) THEN
14298          IF (RH.LT.DRMP4) THEN        ! ONLY SOLIDS
14299             WATER = TINY
14300             DO 10 I=1,NIONS
14301                MOLAL(I) = ZERO
14302 10          CONTINUE
14303             CALL CALCP1A2p1
14304             SCASE = 'P4 ; SUBCASE 2'
14305             RETURN
14306          ELSE
14307             SCASE = 'P4 ; SUBCASE 3'  ! MDRH REGION (CaSO4, K2SO4, KNO3, KCL, MGSO4,
14308 !C                                                    MG(NO3)2, NANO3, NACL, NH4NO3, NH4CL)
14309             CALL CALCMDRH22p1 (RH, DRMP4, DRMGNO32, CALCP1A2p1, CALCP5A2p1)
14310             SCASE = 'P4 ; SUBCASE 3'
14311          ENDIF
14312       ENDIF
14314       RETURN
14316 !C *** END OF SUBROUTINE CALCP4 ******************************************
14318       END
14320 !C=======================================================================
14322 !C *** ISORROPIA CODE II
14323 !C *** SUBROUTINE CALCP4A
14324 !C *** CASE P4A
14326 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
14327 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; Rcr+Na >= 2.0 ; Rcr > 2)
14328 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
14329 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CaSO4, K2SO4, KNO3, MGSO4, KCL, NH4CL, NACL, NANO3, NH4NO3, MG(NO3)2
14330 !C     4. Completely dissolved: CA(NO3)2, CACL2, MGCL2
14332 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
14333 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
14334 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
14336 !C=======================================================================
14338       SUBROUTINE CALCP4A2p1
14339       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
14341       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,     &
14342                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,     &
14343                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,   &
14344                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,       &
14345                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6, &
14346                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
14348 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
14350       CALAOU  = .TRUE.
14351       CHI11   = MIN (W(2), W(6))                    ! CCASO4
14352       FRCA    = MAX (W(6) - CHI11, ZERO)
14353       FRSO4   = MAX (W(2) - CHI11, ZERO)
14354       CHI9    = MIN (FRSO4, 0.5D0*W(7))             ! CK2SO4
14355       FRK     = MAX (W(7) - 2.D0*CHI9, ZERO)
14356       FRSO4   = MAX (FRSO4 - CHI9, ZERO)
14357       CHI10   = FRSO4                               ! CMGSO4
14358       FRMG    = MAX (W(8) - CHI10, ZERO)
14359       CHI7    = MIN (W(1), W(5))                    ! CNACL
14360       FRNA    = MAX (W(1) - CHI7, ZERO)
14361       FRCL    = MAX (W(5) - CHI7, ZERO)
14362       CHI12   = MIN (FRCA, 0.5D0*W(4))              ! CCANO32
14363       FRCA    = MAX (FRCA - CHI12, ZERO)
14364       FRNO3   = MAX (W(4) - 2.D0*CHI12, ZERO)
14365       CHI17   = MIN (FRCA, 0.5D0*FRCL)              ! CCACL2
14366       FRCA    = MAX (FRCA - CHI17, ZERO)
14367       FRCL    = MAX (FRCL - 2.D0*CHI17, ZERO)
14368       CHI15   = MIN (FRMG, 0.5D0*FRNO3)             ! CMGNO32
14369       FRMG    = MAX (FRMG - CHI15, ZERO)
14370       FRNO3   = MAX (FRNO3 - 2.D0*CHI15, ZERO)
14371       CHI16   = MIN (FRMG, 0.5D0*FRCL)              ! CMGCL2
14372       FRMG    = MAX (FRMG - CHI16, ZERO)
14373       FRCL    = MAX (FRCL - 2.D0*CHI16, ZERO)
14374       CHI8    = MIN (FRNA, FRNO3)                   ! CNANO3
14375       FRNA    = MAX (FRNA - CHI8, ZERO)
14376       FRNO3   = MAX (FRNO3 - CHI8, ZERO)
14377       CHI14   = MIN (FRK, FRCL)                     ! CKCL
14378       FRK     = MAX (FRK - CHI14, ZERO)
14379       FRCL    = MAX (FRCL - CHI14, ZERO)
14380       CHI13   = MIN (FRK, FRNO3)                    ! CKNO3
14381       FRK     = MAX (FRK - CHI13, ZERO)
14382       FRNO3   = MAX (FRNO3 - CHI13, ZERO)
14384       CHI5    = FRNO3                               ! HNO3(g)
14385       CHI6    = FRCL                                ! HCL(g)
14386       CHI4    = W(3)                                ! NH3(g)
14388       CHI3    = ZERO                                ! CNH4CL
14389       CHI1    = ZERO
14390       CHI2    = ZERO
14392       PSI6LO = TINY
14393       PSI6HI = CHI6-TINY    ! MIN(CHI6-TINY, CHI4)
14395 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
14397       X1 = PSI6LO
14398       Y1 = FUNCP42p1 (X1)
14399       IF (ABS(Y1).LE.EPS .OR. CHI6.LE.TINY) GOTO 50
14401 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
14403       DX = (PSI6HI-PSI6LO)/FLOAT(NDIV)
14404       DO 10 I=1,NDIV
14405          X2 = X1+DX
14406          Y2 = FUNCP42p1 (X2)
14407          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
14408          X1 = X2
14409          Y1 = Y2
14410 10    CONTINUE
14412 !C *** NO SUBDIVISION WITH SOLUTION; IF ABS(Y2)<EPS SOLUTION IS ASSUMED
14414       IF (ABS(Y2) .GT. EPS) Y2 = FUNCP42p1 (PSI6LO)
14415       GOTO 50
14417 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
14419 20    DO 30 I=1,MAXIT
14420          X3 = 0.5*(X1+X2)
14421          Y3 = FUNCP42p1 (X3)
14422          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
14423             Y2    = Y3
14424             X2    = X3
14425          ELSE
14426             Y1    = Y3
14427             X1    = X3
14428          ENDIF
14429          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
14430 30    CONTINUE
14431       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCP4')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
14433 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
14435 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
14436       Y3 = FUNCP42p1 (X3)
14438 !C *** CALCULATE HSO4 SPECIATION AND RETURN *******************************
14440 50    CONTINUE
14441       IF (MOLAL(1).GT.TINY .AND. MOLAL(5).GT.TINY) THEN
14442          CALL CALCHS42p1 (MOLAL(1), MOLAL(5), ZERO, DELTA)
14443          MOLAL(1) = MOLAL(1) - DELTA                     ! H+   EFFECT
14444          MOLAL(5) = MOLAL(5) - DELTA                     ! SO4  EFFECT
14445          MOLAL(6) = DELTA                                ! HSO4 EFFECT
14446       ENDIF
14448       RETURN
14450 !C *** END OF SUBROUTINE CALCP4A ******************************************
14452       END
14455 !C=======================================================================
14457 !C *** ISORROPIA CODE II
14458 !C *** SUBROUTINE FUNCP4
14459 !C *** CASE P4
14461 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
14462 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; Rcr+Na >= 2.0 ; Rcr > 2)
14463 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
14464 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CaSO4, K2SO4, KNO3, MGSO4, KCL, NH4CL, NACL, NANO3, NH4NO3, MG(NO3)2
14465 !C     4. Completely dissolved: CA(NO3)2, CACL2, MGCL2
14467 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
14468 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
14469 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
14471 !C=======================================================================
14473       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCP42p1 (X)
14474       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
14476       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,      &
14477                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,      &
14478                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,    &
14479                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,        &
14480                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6,  &
14481                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
14483 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
14485       PSI6   = X
14486       PSI1   = ZERO
14487       PSI2   = ZERO
14488       PSI3   = ZERO
14489       PSI7   = ZERO
14490       PSI8   = ZERO
14491       PSI9   = ZERO
14492       PSI10  = CHI10
14493       PSI11  = ZERO
14494       PSI12  = CHI12
14495       PSI13  = ZERO
14496       PSI14  = ZERO
14497       PSI15  = CHI15
14498       PSI16  = CHI16
14499       PSI17  = CHI17
14500       FRST   = .TRUE.
14501       CALAIN = .TRUE.
14503 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
14505       DO 10 I=1,NSWEEP
14507       A4  = (XK2/XKW)*R*TEMP*(GAMA(10)/GAMA(5))**2.0
14508       A5  = XK4 *R*TEMP*(WATER/GAMA(10))**2.0
14509       A6  = XK3 *R*TEMP*(WATER/GAMA(11))**2.0
14510       A9  = XK17 *(WATER/GAMA(17))**3.0
14511       A13 = XK19 *(WATER/GAMA(19))**2.0
14512       A14 = XK20 *(WATER/GAMA(20))**2.0
14513       A7  = XK8 *(WATER/GAMA(1))**2.0
14514       A8  = XK9 *(WATER/GAMA(3))**2.0
14516 !C  CALCULATE DISSOCIATION QUANTITIES
14518       PSI5 = (CHI5-PSI2)*(PSI6 + PSI7 + PSI14 + 2.D0*PSI16 + 2.D0*PSI17) &
14519              - A6/A5*(PSI8+2.D0*PSI12+PSI13+2.D0*PSI15)*(CHI6-PSI6-PSI3)
14520       PSI5 = PSI5/(A6/A5*(CHI6-PSI6-PSI3) + PSI6 + PSI7 + PSI14 + &
14521              2.D0*PSI16 + 2.D0*PSI17)
14522       PSI5 = MIN (MAX (PSI5, TINY) , CHI5)
14524       IF (W(3).GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN  ! First try 3rd order soln
14525          BB   =-(CHI4 + PSI6 + PSI5 + 1.d0/A4)
14526          CC   = CHI4*(PSI5+PSI6)
14527          DD   = MAX(BB*BB-4.d0*CC,ZERO)
14528          PSI4 =0.5d0*(-BB - SQRT(DD))
14529          PSI4 = MIN(MAX(PSI4,ZERO),CHI4)
14530       ELSE
14531          PSI4 = TINY
14532       ENDIF
14534       IF (CHI13.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN          !KNO3
14535          VHTA  = PSI5+PSI8+2.D0*PSI12+2.D0*PSI15+PSI14+2.D0*PSI9
14536          GKAMA = (PSI5+PSI8+2.D0*PSI12+2.D0*PSI15)*(2.D0*PSI9+PSI14)-A13
14537          DELTA = MAX(VHTA*VHTA-4.d0*GKAMA,ZERO)
14538          PSI13 = 0.5d0*(-VHTA + SQRT(DELTA))
14539          PSI13 = MIN(MAX(PSI13,ZERO),CHI13)
14540       ENDIF
14542       IF (CHI14.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN          !KCL
14543          PSI14 = A14/A13*(PSI5+PSI8+2.D0*PSI12+PSI13+2.D0*PSI15) - &
14544                  PSI6-PSI7-2.D0*PSI16-2.D0*PSI17
14545          PSI14 = MIN (MAX (PSI14, ZERO), CHI14)
14546       ENDIF
14548       IF (CHI9.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN          !K2SO4
14549          BBP = PSI10+PSI13+PSI14
14550          CCP = (PSI13+PSI14)*(0.25D0*(PSI13+PSI14)+PSI10)
14551          DDP = 0.25D0*(PSI13+PSI14)**2.0*PSI10-A9/4.D0
14552       CALL POLY32p1 (BBP, CCP, DDP, PSI9, ISLV)
14553         IF (ISLV.EQ.0) THEN
14554             PSI9 = MIN (MAX(PSI9,ZERO) , CHI9)
14555         ELSE
14556             PSI9 = ZERO
14557         ENDIF
14558       ENDIF
14560       IF (CHI7.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN     ! NACL DISSOLUTION
14561          VITA = PSI6+PSI14+PSI8+2.D0*PSI16+2.D0*PSI17
14562          GKAMA= PSI8*(2.D0*PSI16+PSI6+PSI14+2.D0*PSI17)-A7
14563          DIAK = MAX(VITA*VITA - 4.0D0*GKAMA,ZERO)
14564          PSI7 = 0.5D0*( -VITA + SQRT(DIAK) )
14565          PSI7 = MAX(MIN(PSI7, CHI7), ZERO)
14566       ENDIF
14568       IF (CHI8.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN     ! NANO3 DISSOLUTION
14569 !C         VIT  = PSI5+PSI13+PSI7+2.D0*PSI12+2.D0*PSI15
14570 !C         GKAM = PSI7*(2.D0*PSI12+PSI5+PSI13+2.D0*PSI15)-A8
14571 !C         DIA  = MAX(VIT*VIT - 4.0D0*GKAM,ZERO)
14572 !C         PSI8 = 0.5D0*( -VIT + SQRT(DIA) )
14573           PSI8 = A8/A7*(PSI6+PSI7+PSI14+2.D0*PSI16+2.D0*PSI17)- &
14574                  PSI5-2.D0*PSI12-PSI13-2.D0*PSI15
14575           PSI8 = MAX(MIN(PSI8, CHI8), ZERO)
14576       ENDIF
14579 !C *** CALCULATE SPECIATION ********************************************
14581       MOLAL (2) = PSI8 + PSI7                                     ! NAI
14582       MOLAL (3) = PSI4                                            ! NH4I
14583       MOLAL (4) = PSI6 + PSI7 + PSI14 + 2.D0*PSI16 + 2.D0*PSI17   ! CLI
14584       MOLAL (5) = PSI9 + PSI10                                    ! SO4I
14585       MOLAL (6) = ZERO                                            ! HSO4I
14586       MOLAL (7) = PSI5 + PSI8 + 2.D0*PSI12 + PSI13 + 2.D0*PSI15   ! NO3I
14587       MOLAL (8) = PSI11 + PSI12 + PSI17                           ! CAI
14588       MOLAL (9) = 2.D0*PSI9 + PSI13 + PSI14                       ! KI
14589       MOLAL (10)= PSI10 + PSI15 + PSI16                           ! MGI
14591 !C *** CALCULATE H+ *****************************************************
14593 !C      REST  = 2.D0*W(2) + W(4) + W(5)
14595 !C      DELT1 = 0.0d0
14596 !C      DELT2 = 0.0d0
14597 !C      IF (W(1)+W(6)+W(7)+W(8).GT.REST) THEN
14599 !CC *** CALCULATE EQUILIBRIUM CONSTANTS **********************************
14601 !C      ALFA1 = XK26*RH*(WATER/1.0)                   ! CO2(aq) + H2O
14602 !C      ALFA2 = XK27*(WATER/1.0)                      ! HCO3-
14604 !C      X     = W(1)+W(6)+W(7)+W(8) - REST            ! EXCESS OF CRUSTALS EQUALS CO2(aq)
14606 !C      DIAK  = SQRT( (ALFA1)**2.0 + 4.0D0*ALFA1*X)
14607 !C      DELT1 = 0.5*(-ALFA1 + DIAK)
14608 !C      DELT1 = MIN ( MAX (DELT1, ZERO), X)
14609 !C      DELT2 = ALFA2
14610 !C      DELT2 = MIN ( DELT2, DELT1)
14611 !C      MOLAL(1) = DELT1 + DELT2                      ! H+
14612 !C      ELSE
14614 !CC *** NO EXCESS OF CRUSTALS CALCULATE H+ *******************************
14616       SMIN      = 2.d0*MOLAL(5)+MOLAL(7)+MOLAL(4)-MOLAL(2)-MOLAL(3) &
14617                   - MOLAL(9) - 2.D0*MOLAL(10) - 2.D0*MOLAL(8)
14618       CALL CALCPH2p1 (SMIN, HI, OHI)
14619       MOLAL (1) = HI
14620 !C      ENDIF
14622       GNH3      = MAX(CHI4 - PSI4, TINY)
14623       GHNO3     = MAX(CHI5 - PSI5, TINY)
14624       GHCL      = MAX(CHI6 - PSI6, TINY)
14626 !C      CNH4CL    = ZERO
14627 !C      CNH4NO3   = ZERO
14628       CNACL     = MAX (CHI7 - PSI7, ZERO)
14629       CNANO3    = MAX (CHI8 - PSI8, ZERO)
14630       CK2SO4    = MAX (CHI9 - PSI9, ZERO)
14631       CMGSO4    = ZERO
14632       CCASO4    = CHI11
14633       CCANO32   = ZERO
14634       CKNO3     = MAX (CHI13 - PSI13, ZERO)
14635       CKCL      = MAX (CHI14 - PSI14, ZERO)
14636       CMGNO32   = ZERO
14637       CMGCL2    = ZERO
14638       CCACL2    = ZERO
14640 !C *** NH4Cl(s) calculations
14642       A3   = XK6 /(R*TEMP*R*TEMP)
14643       IF (GNH3*GHCL.GT.A3) THEN
14644          DELT = MIN(GNH3, GHCL)
14645          BB = -(GNH3+GHCL)
14646          CC = GNH3*GHCL-A3
14647          DD = BB*BB - 4.D0*CC
14648          PSI31 = 0.5D0*(-BB + SQRT(DD))
14649          PSI32 = 0.5D0*(-BB - SQRT(DD))
14650          IF (DELT-PSI31.GT.ZERO .AND. PSI31.GT.ZERO) THEN
14651             PSI3 = PSI31
14652          ELSEIF (DELT-PSI32.GT.ZERO .AND. PSI32.GT.ZERO) THEN
14653             PSI3 = PSI32
14654          ELSE
14655             PSI3 = ZERO
14656          ENDIF
14657       ELSE
14658          PSI3 = ZERO
14659       ENDIF
14660       PSI3 = MAX(MIN(MIN(PSI3,CHI4-PSI4),CHI6-PSI6),ZERO)
14662 !C *** CALCULATE GAS / SOLID SPECIES (LIQUID IN MOLAL ALREADY) *********
14664       GNH3    = MAX(GNH3 - PSI3, TINY)
14665       GHCL    = MAX(GHCL - PSI3, TINY)
14666       CNH4CL  = PSI3
14668 !C *** NH4NO3(s) calculations
14670       A2   = XK10 /(R*TEMP*R*TEMP)
14671       IF (GNH3*GHNO3.GT.A2) THEN
14672          DELT = MIN(GNH3, GHNO3)
14673          BB = -(GNH3+GHNO3)
14674          CC = GNH3*GHNO3-A2
14675          DD = BB*BB - 4.D0*CC
14676          PSI21 = 0.5D0*(-BB + SQRT(DD))
14677          PSI22 = 0.5D0*(-BB - SQRT(DD))
14678          IF (DELT-PSI21.GT.ZERO .AND. PSI21.GT.ZERO) THEN
14679             PSI2 = PSI21
14680          ELSEIF (DELT-PSI22.GT.ZERO .AND. PSI22.GT.ZERO) THEN
14681             PSI2 = PSI22
14682          ELSE
14683             PSI2 = ZERO
14684          ENDIF
14685       ELSE
14686          PSI2 = ZERO
14687       ENDIF
14688       PSI2 = MAX(MIN(MIN(PSI2,CHI4-PSI4-PSI3),CHI5-PSI5), ZERO)
14690 !C *** CALCULATE GAS / SOLID SPECIES (LIQUID IN MOLAL ALREADY) *********
14692       GNH3    = MAX(GNH3 - PSI2, TINY)
14693       GHCL    = MAX(GHNO3 - PSI2, TINY)
14694       CNH4NO3 = PSI2
14696       CALL CALCMR2p1                                    ! Water content
14698 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
14700       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
14701          CALL CALCACT2p1
14702       ELSE
14703          GOTO 20
14704       ENDIF
14705 10    CONTINUE
14707 !C *** CALCULATE FUNCTION VALUE FOR OUTER LOOP ***************************
14709 !C20    FUNCP4 = MOLAL(3)*MOLAL(4)/GHCL/GNH3/A6/A4 - ONE
14710 20    FUNCP42p1 = MOLAL(1)*MOLAL(4)/GHCL/A6 - ONE
14712       RETURN
14714 !C *** END OF FUNCTION FUNCP4 *******************************************
14716       END
14718 !C=======================================================================
14720 !C *** ISORROPIA CODE II
14721 !C *** SUBROUTINE CALCP3
14722 !C *** CASE P3
14724 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
14725 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; Rcr+Na >= 2.0 ; Rcr > 2)
14726 !C     2. SOLID AEROSOL ONLY
14727 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CaSO4, CA(NO3)2, K2SO4, KNO3, KCL, MGSO4,
14728 !C                          MG(NO3)2, NANO3, NACL, NH4NO3, NH4CL
14730 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
14731 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
14732 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS & ATHANASIOS NENES
14734 !C=======================================================================
14736       SUBROUTINE CALCP32p1
14737       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
14738       EXTERNAL CALCP1A2p1, CALCP4A2p1
14740 !C *** REGIME DEPENDS ON THE EXISTANCE OF WATER AND OF THE RH ************
14742       IF (W(4).GT.TINY .AND. W(5).GT.TINY) THEN ! NO3,CL EXIST, WATER POSSIBLE
14743          SCASE = 'P3 ; SUBCASE 1'
14744          CALL CALCP3A2p1
14745          SCASE = 'P3 ; SUBCASE 1'
14746       ELSE                                      ! NO3, CL NON EXISTANT
14747          SCASE = 'P1 ; SUBCASE 1'
14748          CALL CALCP1A2p1
14749          SCASE = 'P1 ; SUBCASE 1'
14750       ENDIF
14752       IF (WATER.LE.TINY) THEN
14753          IF (RH.LT.DRMP3) THEN        ! ONLY SOLIDS
14754             WATER = TINY
14755             DO 10 I=1,NIONS
14756                MOLAL(I) = ZERO
14757 10          CONTINUE
14758             CALL CALCP1A2p1
14759             SCASE = 'P3 ; SUBCASE 2'
14760             RETURN
14761          ELSE
14762             SCASE = 'P3 ; SUBCASE 3'  ! MDRH REGION (CaSO4, CA(NO3)2, K2SO4, KNO3, KCL, MGSO4,
14763 !C                                                    MG(NO3)2, NANO3, NACL, NH4NO3, NH4CL)
14764             CALL CALCMDRH22p1 (RH, DRMP3, DRCANO32, CALCP1A2p1, CALCP4A2p1)
14765             SCASE = 'P3 ; SUBCASE 3'
14766          ENDIF
14767       ENDIF
14769       RETURN
14771 !C *** END OF SUBROUTINE CALCP3 ******************************************
14773       END
14775 !C=======================================================================
14777 !C *** ISORROPIA CODE II
14778 !C *** SUBROUTINE CALCP3A
14779 !C *** CASE P3A
14781 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
14782 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; Rcr+Na >= 2.0 ; Rcr > 2)
14783 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
14784 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CaSO4, K2SO4, KNO3, MGSO4, KCL, NH4CL, NACL,
14785 !C                          NANO3, NH4NO3, MG(NO3)2, CA(NO3)2
14786 !C     4. Completely dissolved: CACL2, MGCL2
14788 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
14789 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
14790 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
14792 !C=======================================================================
14794       SUBROUTINE CALCP3A2p1
14795       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
14797       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,      &
14798                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,      &
14799                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,    &
14800                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,        &
14801                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6,  &
14802                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
14804 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
14806       CALAOU  = .TRUE.
14807       CHI11   = MIN (W(2), W(6))                    ! CCASO4
14808       FRCA    = MAX (W(6) - CHI11, ZERO)
14809       FRSO4   = MAX (W(2) - CHI11, ZERO)
14810       CHI9    = MIN (FRSO4, 0.5D0*W(7))             ! CK2SO4
14811       FRK     = MAX (W(7) - 2.D0*CHI9, ZERO)
14812       FRSO4   = MAX (FRSO4 - CHI9, ZERO)
14813       CHI10   = FRSO4                               ! CMGSO4
14814       FRMG    = MAX (W(8) - CHI10, ZERO)
14815       CHI7    = MIN (W(1), W(5))                    ! CNACL
14816       FRNA    = MAX (W(1) - CHI7, ZERO)
14817       FRCL    = MAX (W(5) - CHI7, ZERO)
14818       CHI12   = MIN (FRCA, 0.5D0*W(4))              ! CCANO32
14819       FRCA    = MAX (FRCA - CHI12, ZERO)
14820       FRNO3   = MAX (W(4) - 2.D0*CHI12, ZERO)
14821       CHI17   = MIN (FRCA, 0.5D0*FRCL)              ! CCACL2
14822       FRCA    = MAX (FRCA - CHI17, ZERO)
14823       FRCL    = MAX (FRCL - 2.D0*CHI17, ZERO)
14824       CHI15   = MIN (FRMG, 0.5D0*FRNO3)             ! CMGNO32
14825       FRMG    = MAX (FRMG - CHI15, ZERO)
14826       FRNO3   = MAX (FRNO3 - 2.D0*CHI15, ZERO)
14827       CHI16   = MIN (FRMG, 0.5D0*FRCL)              ! CMGCL2
14828       FRMG    = MAX (FRMG - CHI16, ZERO)
14829       FRCL    = MAX (FRCL - 2.D0*CHI16, ZERO)
14830       CHI8    = MIN (FRNA, FRNO3)                   ! CNANO3
14831       FRNA    = MAX (FRNA - CHI8, ZERO)
14832       FRNO3   = MAX (FRNO3 - CHI8, ZERO)
14833       CHI14   = MIN (FRK, FRCL)                     ! CKCL
14834       FRK     = MAX (FRK - CHI14, ZERO)
14835       FRCL    = MAX (FRCL - CHI14, ZERO)
14836       CHI13   = MIN (FRK, FRNO3)                    ! CKNO3
14837       FRK     = MAX (FRK - CHI13, ZERO)
14838       FRNO3   = MAX (FRNO3 - CHI13, ZERO)
14840       CHI5    = FRNO3                               ! HNO3(g)
14841       CHI6    = FRCL                                ! HCL(g)
14842       CHI4    = W(3)                                ! NH3(g)
14844       CHI3    = ZERO                                ! CNH4CL
14845       CHI1    = ZERO
14846       CHI2    = ZERO
14848       PSI6LO = TINY
14849       PSI6HI = CHI6-TINY    ! MIN(CHI6-TINY, CHI4)
14851 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
14853       X1 = PSI6LO
14854       Y1 = FUNCP32p1 (X1)
14855       IF (ABS(Y1).LE.EPS .OR. CHI6.LE.TINY) GOTO 50
14857 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
14859       DX = (PSI6HI-PSI6LO)/FLOAT(NDIV)
14860       DO 10 I=1,NDIV
14861          X2 = X1+DX
14862          Y2 = FUNCP32p1 (X2)
14863          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
14864          X1 = X2
14865          Y1 = Y2
14866 10    CONTINUE
14868 !C *** NO SUBDIVISION WITH SOLUTION; IF ABS(Y2)<EPS SOLUTION IS ASSUMED
14870       IF (ABS(Y2) .GT. EPS) Y2 = FUNCP32p1 (PSI6LO)
14871       GOTO 50
14873 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
14875 20    DO 30 I=1,MAXIT
14876          X3 = 0.5*(X1+X2)
14877          Y3 = FUNCP32p1 (X3)
14878          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
14879             Y2    = Y3
14880             X2    = X3
14881          ELSE
14882             Y1    = Y3
14883             X1    = X3
14884          ENDIF
14885          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
14886 30    CONTINUE
14887       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCP3')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
14889 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
14891 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
14892       Y3 = FUNCP32p1 (X3)
14894 !C *** CALCULATE HSO4 SPECIATION AND RETURN *******************************
14896 50    CONTINUE
14897       IF (MOLAL(1).GT.TINY .AND. MOLAL(5).GT.TINY) THEN
14898          CALL CALCHS42p1 (MOLAL(1), MOLAL(5), ZERO, DELTA)
14899          MOLAL(1) = MOLAL(1) - DELTA                     ! H+   EFFECT
14900          MOLAL(5) = MOLAL(5) - DELTA                     ! SO4  EFFECT
14901          MOLAL(6) = DELTA                                ! HSO4 EFFECT
14902       ENDIF
14904       RETURN
14906 !C *** END OF SUBROUTINE CALCP3A ******************************************
14908       END
14911 !C=======================================================================
14913 !C *** ISORROPIA CODE II
14914 !C *** SUBROUTINE FUNCP3
14915 !C *** CASE P3
14917 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
14918 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; Rcr+Na >= 2.0 ; Rcr > 2)
14919 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
14920 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CaSO4, K2SO4, KNO3, MGSO4, KCL, NH4CL, NACL,
14921 !C                          NANO3, NH4NO3, MG(NO3)2, CA(NO3)2
14922 !C     4. Completely dissolved: CACL2, MGCL2
14924 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
14925 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
14926 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
14928 !C=======================================================================
14930       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCP32p1 (X)
14931       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
14933       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,      &
14934                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,      &
14935                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,    &
14936                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,        &
14937                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6,  &
14938                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
14940 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
14942       PSI6   = X
14943       PSI1   = ZERO
14944       PSI2   = ZERO
14945       PSI3   = ZERO
14946       PSI7   = ZERO
14947       PSI8   = ZERO
14948       PSI9   = ZERO
14949       PSI10  = CHI10
14950       PSI11  = ZERO
14951       PSI12  = CHI12
14952       PSI13  = ZERO
14953       PSI14  = ZERO
14954       PSI15  = CHI15
14955       PSI16  = CHI16
14956       PSI17  = CHI17
14957       FRST   = .TRUE.
14958       CALAIN = .TRUE.
14960 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
14962       DO 10 I=1,NSWEEP
14964       A4  = (XK2/XKW)*R*TEMP*(GAMA(10)/GAMA(5))**2.0
14965       A5  = XK4 *R*TEMP*(WATER/GAMA(10))**2.0
14966       A6  = XK3 *R*TEMP*(WATER/GAMA(11))**2.0
14967       A9  = XK17 *(WATER/GAMA(17))**3.0
14968       A13 = XK19 *(WATER/GAMA(19))**2.0
14969       A14 = XK20 *(WATER/GAMA(20))**2.0
14970       A7  = XK8 *(WATER/GAMA(1))**2.0
14971       A8  = XK9 *(WATER/GAMA(3))**2.0
14973 !C  CALCULATE DISSOCIATION QUANTITIES
14975       PSI5 = (CHI5-PSI2)*(PSI6 + PSI7 + PSI14 + 2.D0*PSI16 + 2.D0*PSI17) &
14976              - A6/A5*(PSI8+2.D0*PSI12+PSI13+2.D0*PSI15)*(CHI6-PSI6-PSI3)
14977       PSI5 = PSI5/(A6/A5*(CHI6-PSI6-PSI3) + PSI6 + PSI7 + PSI14 + &
14978              2.D0*PSI16 + 2.D0*PSI17)
14979       PSI5 = MIN (MAX (PSI5, TINY) , CHI5)
14981       IF (W(3).GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN  ! First try 3rd order soln
14982          BB   =-(CHI4 + PSI6 + PSI5 + 1.d0/A4)
14983          CC   = CHI4*(PSI5+PSI6)
14984          DD   = MAX(BB*BB-4.d0*CC,ZERO)
14985          PSI4 =0.5d0*(-BB - SQRT(DD))
14986          PSI4 = MIN(MAX(PSI4,ZERO),CHI4)
14987       ELSE
14988          PSI4 = TINY
14989       ENDIF
14991       IF (CHI13.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN          !KNO3
14992          VHTA  = PSI5+PSI8+2.D0*PSI12+2.D0*PSI15+PSI14+2.D0*PSI9
14993          GKAMA = (PSI5+PSI8+2.D0*PSI12+2.D0*PSI15)*(2.D0*PSI9+PSI14)-A13
14994          DELTA = MAX(VHTA*VHTA-4.d0*GKAMA,ZERO)
14995          PSI13 = 0.5d0*(-VHTA + SQRT(DELTA))
14996          PSI13 = MIN(MAX(PSI13,ZERO),CHI13)
14997       ENDIF
14999       IF (CHI14.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN          !KCL
15000          PSI14 = A14/A13*(PSI5+PSI8+2.D0*PSI12+PSI13+2.D0*PSI15) - &
15001                  PSI6-PSI7-2.D0*PSI16-2.D0*PSI17
15002          PSI14 = MIN (MAX (PSI14, ZERO), CHI14)
15003       ENDIF
15005       IF (CHI9.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN          !K2SO4
15006          BBP = PSI10+PSI13+PSI14
15007          CCP = (PSI13+PSI14)*(0.25D0*(PSI13+PSI14)+PSI10)
15008          DDP = 0.25D0*(PSI13+PSI14)**2.0*PSI10-A9/4.D0
15009       CALL POLY32p1 (BBP, CCP, DDP, PSI9, ISLV)
15010         IF (ISLV.EQ.0) THEN
15011             PSI9 = MIN (MAX(PSI9,ZERO) , CHI9)
15012         ELSE
15013             PSI9 = ZERO
15014         ENDIF
15015       ENDIF
15017       IF (CHI7.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN     ! NACL DISSOLUTION
15018          VITA = PSI6+PSI14+PSI8+2.D0*PSI16+2.D0*PSI17
15019          GKAMA= PSI8*(2.D0*PSI16+PSI6+PSI14+2.D0*PSI17)-A7
15020          DIAK = MAX(VITA*VITA - 4.0D0*GKAMA,ZERO)
15021          PSI7 = 0.5D0*( -VITA + SQRT(DIAK) )
15022          PSI7 = MAX(MIN(PSI7, CHI7), ZERO)
15023       ENDIF
15025       IF (CHI8.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN     ! NANO3 DISSOLUTION
15026 !C         VIT  = PSI5+PSI13+PSI7+2.D0*PSI12+2.D0*PSI15
15027 !C         GKAM = PSI7*(2.D0*PSI12+PSI5+PSI13+2.D0*PSI15)-A8
15028 !C         DIA  = MAX(VIT*VIT - 4.0D0*GKAM,ZERO)
15029 !C         PSI8 = 0.5D0*( -VIT + SQRT(DIA) )
15030           PSI8 = A8/A7*(PSI6+PSI7+PSI14+2.D0*PSI16+2.D0*PSI17)- &
15031                  PSI5-2.D0*PSI12-PSI13-2.D0*PSI15
15032           PSI8 = MAX(MIN(PSI8, CHI8), ZERO)
15033       ENDIF
15036 !C *** CALCULATE SPECIATION ********************************************
15038       MOLAL (2) = PSI8 + PSI7                                     ! NAI
15039       MOLAL (3) = PSI4                                            ! NH4I
15040       MOLAL (4) = PSI6 + PSI7 + PSI14 + 2.D0*PSI16 + 2.D0*PSI17   ! CLI
15041       MOLAL (5) = PSI9 + PSI10                                    ! SO4I
15042       MOLAL (6) = ZERO                                            ! HSO4I
15043       MOLAL (7) = PSI5 + PSI8 + 2.D0*PSI12 + PSI13 + 2.D0*PSI15   ! NO3I
15044       MOLAL (8) = PSI11 + PSI12 + PSI17                           ! CAI
15045       MOLAL (9) = 2.D0*PSI9 + PSI13 + PSI14                       ! KI
15046       MOLAL (10)= PSI10 + PSI15 + PSI16                           ! MGI
15048 !C *** CALCULATE H+ *****************************************************
15050 !C      REST  = 2.D0*W(2) + W(4) + W(5)
15052 !C      DELT1 = 0.0d0
15053 !C      DELT2 = 0.0d0
15054 !C      IF (W(1)+W(6)+W(7)+W(8).GT.REST) THEN
15056 !CC *** CALCULATE EQUILIBRIUM CONSTANTS **********************************
15058 !C      ALFA1 = XK26*RH*(WATER/1.0)                   ! CO2(aq) + H2O
15059 !C      ALFA2 = XK27*(WATER/1.0)                      ! HCO3-
15061 !C      X     = W(1)+W(6)+W(7)+W(8) - REST            ! EXCESS OF CRUSTALS EQUALS CO2(aq)
15063 !C      DIAK  = SQRT( (ALFA1)**2.0 + 4.0D0*ALFA1*X)
15064 !C      DELT1 = 0.5*(-ALFA1 + DIAK)
15065 !C      DELT1 = MIN ( MAX (DELT1, ZERO), X)
15066 !C      DELT2 = ALFA2
15067 !C      DELT2 = MIN ( DELT2, DELT1)
15068 !C      MOLAL(1) = DELT1 + DELT2                      ! H+
15069 !C      ELSE
15071 !CC *** NO EXCESS OF CRUSTALS CALCULATE H+ *******************************
15073       SMIN      = 2.d0*MOLAL(5)+MOLAL(7)+MOLAL(4)-MOLAL(2)-MOLAL(3) &
15074                   - MOLAL(9) - 2.D0*MOLAL(10) - 2.D0*MOLAL(8)
15075       CALL CALCPH2p1 (SMIN, HI, OHI)
15076       MOLAL (1) = HI
15077 !C      ENDIF
15079       GNH3      = MAX(CHI4 - PSI4, TINY)
15080       GHNO3     = MAX(CHI5 - PSI5, TINY)
15081       GHCL      = MAX(CHI6 - PSI6, TINY)
15083 !C      CNH4CL    = ZERO
15084 !C      CNH4NO3   = ZERO
15085       CNACL     = MAX (CHI7 - PSI7, ZERO)
15086       CNANO3    = MAX (CHI8 - PSI8, ZERO)
15087       CK2SO4    = MAX (CHI9 - PSI9, ZERO)
15088       CMGSO4    = ZERO
15089       CCASO4    = CHI11
15090       CCANO32   = ZERO
15091       CKNO3     = MAX (CHI13 - PSI13, ZERO)
15092       CKCL      = MAX (CHI14 - PSI14, ZERO)
15093       CMGNO32   = ZERO
15094       CMGCL2    = ZERO
15095       CCACL2    = ZERO
15097 !C *** NH4Cl(s) calculations
15099       A3   = XK6 /(R*TEMP*R*TEMP)
15100       IF (GNH3*GHCL.GT.A3) THEN
15101          DELT = MIN(GNH3, GHCL)
15102          BB = -(GNH3+GHCL)
15103          CC = GNH3*GHCL-A3
15104          DD = BB*BB - 4.D0*CC
15105          PSI31 = 0.5D0*(-BB + SQRT(DD))
15106          PSI32 = 0.5D0*(-BB - SQRT(DD))
15107          IF (DELT-PSI31.GT.ZERO .AND. PSI31.GT.ZERO) THEN
15108             PSI3 = PSI31
15109          ELSEIF (DELT-PSI32.GT.ZERO .AND. PSI32.GT.ZERO) THEN
15110             PSI3 = PSI32
15111          ELSE
15112             PSI3 = ZERO
15113          ENDIF
15114       ELSE
15115          PSI3 = ZERO
15116       ENDIF
15117       PSI3 = MAX(MIN(MIN(PSI3,CHI4-PSI4),CHI6-PSI6), ZERO)
15119 !C *** CALCULATE GAS / SOLID SPECIES (LIQUID IN MOLAL ALREADY) *********
15121       GNH3    = MAX(GNH3 - PSI3, TINY)
15122       GHCL    = MAX(GHCL - PSI3, TINY)
15123       CNH4CL  = PSI3
15125 !C *** NH4NO3(s) calculations
15127       A2   = XK10 /(R*TEMP*R*TEMP)
15128       IF (GNH3*GHNO3.GT.A2) THEN
15129          DELT = MIN(GNH3, GHNO3)
15130          BB = -(GNH3+GHNO3)
15131          CC = GNH3*GHNO3-A2
15132          DD = BB*BB - 4.D0*CC
15133          PSI21 = 0.5D0*(-BB + SQRT(DD))
15134          PSI22 = 0.5D0*(-BB - SQRT(DD))
15135          IF (DELT-PSI21.GT.ZERO .AND. PSI21.GT.ZERO) THEN
15136             PSI2 = PSI21
15137          ELSEIF (DELT-PSI22.GT.ZERO .AND. PSI22.GT.ZERO) THEN
15138             PSI2 = PSI22
15139          ELSE
15140             PSI2 = ZERO
15141          ENDIF
15142       ELSE
15143          PSI2 = ZERO
15144       ENDIF
15145       PSI2 = MAX(MIN(MIN(PSI2,CHI4-PSI4-PSI3),CHI5-PSI5),ZERO)
15147 !C *** CALCULATE GAS / SOLID SPECIES (LIQUID IN MOLAL ALREADY) *********
15149       GNH3    = MAX(GNH3 - PSI2, TINY)
15150       GHCL    = MAX(GHNO3 - PSI2, TINY)
15151       CNH4NO3 = PSI2
15153       CALL CALCMR2p1                                    ! Water content
15155 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
15157       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
15158          CALL CALCACT2p1
15159       ELSE
15160          GOTO 20
15161       ENDIF
15162 10    CONTINUE
15164 !C *** CALCULATE FUNCTION VALUE FOR OUTER LOOP ***************************
15166 !C20    FUNCP3 = MOLAL(3)*MOLAL(4)/GHCL/GNH3/A6/A4 - ONE
15167 20    FUNCP32p1 = MOLAL(1)*MOLAL(4)/GHCL/A6 - ONE
15169       RETURN
15171 !C *** END OF FUNCTION FUNCP3 *******************************************
15173       END
15175 !C=======================================================================
15177 !C *** ISORROPIA CODE II
15178 !C *** SUBROUTINE CALCP2
15179 !C *** CASE P2
15181 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
15182 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; Rcr+Na >= 2.0 ; Rcr > 2)
15183 !C     2. SOLID AEROSOL ONLY
15184 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CaSO4, CA(NO3)2, K2SO4, KNO3, KCL, MGSO4,
15185 !C                          MG(NO3)2, MGCL2, NANO3, NACL, NH4NO3, NH4CL
15187 !C     THERE ARE THREE REGIMES IN THIS CASE:
15188 !C     1. CACL2(s) POSSIBLE. LIQUID & SOLID AEROSOL (SUBROUTINE CALCL2A)
15189 !C     2. CACL2(s) NOT POSSIBLE, AND RH < MDRH. SOLID AEROSOL ONLY
15190 !C     3. CACL2(s) NOT POSSIBLE, AND RH >= MDRH. SOLID & LIQUID AEROSOL
15192 !C     REGIMES 2. AND 3. ARE CONSIDERED TO BE THE SAME AS CASES P1A, P2B
15193 !C     RESPECTIVELY
15194 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
15195 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
15196 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS & ATHANASIOS NENES
15198 !C=======================================================================
15201       SUBROUTINE CALCP22p1
15202       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
15203       EXTERNAL CALCP1A2p1, CALCP3A2p1, CALCP4A2p1, CALCP5A2p1, CALCP62p1
15205 !C *** FIND DRY COMPOSITION **********************************************
15207       CALL CALCP1A2p1
15209 !C *** REGIME DEPENDS UPON THE POSSIBLE SOLIDS & RH **********************
15211       IF (CCACL2.GT.TINY) THEN
15212          SCASE = 'P2 ; SUBCASE 1'
15213          CALL CALCP2A2p1
15214          SCASE = 'P2 ; SUBCASE 1'
15215       ENDIF
15217       IF (WATER.LE.TINY) THEN
15218          IF (RH.LT.DRMP2) THEN             ! ONLY SOLIDS
15219             WATER = TINY
15220             DO 10 I=1,NIONS
15221                MOLAL(I) = ZERO
15222 10          CONTINUE
15223             CALL CALCP1A2p1
15224             SCASE = 'P2 ; SUBCASE 2'
15225          ELSE
15226             IF (CMGCL2.GT. TINY) THEN
15227                SCASE = 'P2 ; SUBCASE 3'    ! MDRH (CaSO4, CA(NO3)2, K2SO4, KNO3, KCL, MGSO4, MGCL2,
15228 !C                                                  MG(NO3)2, NANO3, NACL, NH4NO3, NH4CL)
15229                CALL CALCMDRH22p1 (RH, DRMP2, DRMGCL2, CALCP1A2p1, CALCP3A2p1)
15230                SCASE = 'P2 ; SUBCASE 3'
15231             ENDIF
15232             IF (WATER.LE.TINY .AND. RH.GE.DRMP3 .AND. RH.LT.DRMP4) THEN
15233                SCASE = 'P2 ; SUBCASE 4'    ! MDRH (CaSO4, K2SO4, KNO3, KCL, MGSO4, CANO32,
15234 !C                                                  MG(NO3)2, NANO3, NACL, NH4NO3, NH4CL)
15235                CALL CALCMDRH22p1 (RH, DRMP3, DRCANO32, CALCP1A2p1, CALCP4A2p1)
15236                SCASE = 'P2 ; SUBCASE 4'
15237             ENDIF
15238             IF (WATER.LE.TINY .AND. RH.GE.DRMP4 .AND. RH.LT.DRMP5) THEN
15239                SCASE = 'P2 ; SUBCASE 5'    ! MDRH (CaSO4, K2SO4, KNO3, KCL, MGSO4,
15240 !C                                                  MGNO32, NANO3, NACL, NH4NO3, NH4CL)
15241                CALL CALCMDRH22p1 (RH, DRMP4, DRMGNO32, CALCP1A2p1, CALCP5A2p1)
15242                SCASE = 'P2 ; SUBCASE 5'
15243             ENDIF
15244             IF (WATER.LE.TINY .AND. RH.GE.DRMP5) THEN
15245                SCASE = 'P2 ; SUBCASE 6'    ! MDRH (CaSO4, K2SO4, KNO3, KCL, MGSO4,
15246 !C                                                  NANO3, NACL, NH4NO3, NH4CL)
15247                CALL CALCMDRH22p1 (RH, DRMP5, DRNH4NO3, CALCP1A2p1, CALCP62p1)
15248                SCASE = 'P2 ; SUBCASE 6'
15249             ELSE
15250                WATER = TINY
15251                DO 20 I=1,NIONS
15252                   MOLAL(I) = ZERO
15253 20             CONTINUE
15254                CALL CALCP1A2p1
15255                SCASE = 'P2 ; SUBCASE 2'
15256             ENDIF
15257          ENDIF
15258       ENDIF
15260       RETURN
15262 !C *** END OF SUBROUTINE CALCP2 ******************************************
15264       END
15266 !C=======================================================================
15268 !C *** ISORROPIA CODE II
15269 !C *** SUBROUTINE CALCP2A
15270 !C *** CASE P2A
15272 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
15273 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; Rcr+Na >= 2.0 ; Rcr > 2)
15274 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
15275 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CaSO4, K2SO4, KNO3, MGSO4, KCL, NH4CL, NACL,
15276 !C                          NANO3, NH4NO3, MG(NO3)2, CA(NO3)2
15277 !C     4. Completely dissolved: CACL2
15279 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
15280 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
15281 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
15283 !C=======================================================================
15285       SUBROUTINE CALCP2A2p1
15286       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
15288       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,      &
15289                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,      &
15290                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,    &
15291                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,        &
15292                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6,  &
15293                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
15295 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
15297       CALAOU  = .TRUE.
15298       CHI11   = MIN (W(2), W(6))                    ! CCASO4
15299       FRCA    = MAX (W(6) - CHI11, ZERO)
15300       FRSO4   = MAX (W(2) - CHI11, ZERO)
15301       CHI9    = MIN (FRSO4, 0.5D0*W(7))             ! CK2SO4
15302       FRK     = MAX (W(7) - 2.D0*CHI9, ZERO)
15303       FRSO4   = MAX (FRSO4 - CHI9, ZERO)
15304       CHI10   = FRSO4                               ! CMGSO4
15305       FRMG    = MAX (W(8) - CHI10, ZERO)
15306       CHI7    = MIN (W(1), W(5))                    ! CNACL
15307       FRNA    = MAX (W(1) - CHI7, ZERO)
15308       FRCL    = MAX (W(5) - CHI7, ZERO)
15309       CHI12   = MIN (FRCA, 0.5D0*W(4))              ! CCANO32
15310       FRCA    = MAX (FRCA - CHI12, ZERO)
15311       FRNO3   = MAX (W(4) - 2.D0*CHI12, ZERO)
15312       CHI17   = MIN (FRCA, 0.5D0*FRCL)              ! CCACL2
15313       FRCA    = MAX (FRCA - CHI17, ZERO)
15314       FRCL    = MAX (FRCL - 2.D0*CHI17, ZERO)
15315       CHI15   = MIN (FRMG, 0.5D0*FRNO3)             ! CMGNO32
15316       FRMG    = MAX (FRMG - CHI15, ZERO)
15317       FRNO3   = MAX (FRNO3 - 2.D0*CHI15, ZERO)
15318       CHI16   = MIN (FRMG, 0.5D0*FRCL)              ! CMGCL2
15319       FRMG    = MAX (FRMG - CHI16, ZERO)
15320       FRCL    = MAX (FRCL - 2.D0*CHI16, ZERO)
15321       CHI8    = MIN (FRNA, FRNO3)                   ! CNANO3
15322       FRNA    = MAX (FRNA - CHI8, ZERO)
15323       FRNO3   = MAX (FRNO3 - CHI8, ZERO)
15324       CHI14   = MIN (FRK, FRCL)                     ! CKCL
15325       FRK     = MAX (FRK - CHI14, ZERO)
15326       FRCL    = MAX (FRCL - CHI14, ZERO)
15327       CHI13   = MIN (FRK, FRNO3)                    ! CKNO3
15328       FRK     = MAX (FRK - CHI13, ZERO)
15329       FRNO3   = MAX (FRNO3 - CHI13, ZERO)
15331       CHI5    = FRNO3                               ! HNO3(g)
15332       CHI6    = FRCL                                ! HCL(g)
15333       CHI4    = W(3)                                ! NH3(g)
15335       CHI3    = ZERO                                ! CNH4CL
15336       CHI1    = ZERO
15337       CHI2    = ZERO
15339       PSI6LO = TINY
15340       PSI6HI = CHI6-TINY    ! MIN(CHI6-TINY, CHI4)
15342 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
15344       X1 = PSI6LO
15345       Y1 = FUNCP2A2p1 (X1)
15346       IF (ABS(Y1).LE.EPS .OR. CHI6.LE.TINY) GOTO 50
15348 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
15350       DX = (PSI6HI-PSI6LO)/FLOAT(NDIV)
15351       DO 10 I=1,NDIV
15352          X2 = X1+DX
15353          Y2 = FUNCP2A2p1 (X2)
15354          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
15355          X1 = X2
15356          Y1 = Y2
15357 10    CONTINUE
15359 !C *** NO SUBDIVISION WITH SOLUTION; IF ABS(Y2)<EPS SOLUTION IS ASSUMED
15361       IF (ABS(Y2) .GT. EPS) Y2 = FUNCP2A2p1(PSI6LO)
15362       GOTO 50
15364 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
15366 20    DO 30 I=1,MAXIT
15367          X3 = 0.5*(X1+X2)
15368          Y3 = FUNCP2A2p1 (X3)
15369          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
15370             Y2    = Y3
15371             X2    = X3
15372          ELSE
15373             Y1    = Y3
15374             X1    = X3
15375          ENDIF
15376          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
15377 30    CONTINUE
15378       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCP2A')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
15380 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
15382 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
15383       Y3 = FUNCP2A2p1 (X3)
15385 !C *** CALCULATE HSO4 SPECIATION AND RETURN *******************************
15387 50    CONTINUE
15388       IF (MOLAL(1).GT.TINY .AND. MOLAL(5).GT.TINY) THEN
15389          CALL CALCHS42p1 (MOLAL(1), MOLAL(5), ZERO, DELTA)
15390          MOLAL(1) = MOLAL(1) - DELTA                     ! H+   EFFECT
15391          MOLAL(5) = MOLAL(5) - DELTA                     ! SO4  EFFECT
15392          MOLAL(6) = DELTA                                ! HSO4 EFFECT
15393       ENDIF
15395       RETURN
15397 !C *** END OF SUBROUTINE CALCP2A ******************************************
15399       END
15402 !C=======================================================================
15404 !C *** ISORROPIA CODE II
15405 !C *** SUBROUTINE FUNCP2A
15406 !C *** CASE P2A
15408 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
15409 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; Rcr+Na >= 2.0 ; Rcr > 2)
15410 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
15411 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CaSO4, K2SO4, KNO3, MGSO4, KCL, NH4CL, NACL,
15412 !C                          NANO3, NH4NO3, MG(NO3)2, CA(NO3)2, MGCL2
15413 !C     4. Completely dissolved: CACL2
15415 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
15416 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
15417 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
15419 !C=======================================================================
15421       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCP2A2p1 (X)
15422       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
15424       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,      &
15425                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,      &
15426                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,    &
15427                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,        &
15428                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6,  &
15429                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
15431 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
15433       PSI6   = X
15434       PSI1   = ZERO
15435       PSI2   = ZERO
15436       PSI3   = ZERO
15437       PSI7   = ZERO
15438       PSI8   = ZERO
15439       PSI9   = ZERO
15440       PSI10  = CHI10
15441       PSI11  = ZERO
15442       PSI12  = CHI12
15443       PSI13  = ZERO
15444       PSI14  = ZERO
15445       PSI15  = CHI15
15446       PSI16  = CHI16
15447       PSI17  = CHI17
15448       FRST   = .TRUE.
15449       CALAIN = .TRUE.
15451 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
15453       DO 10 I=1,NSWEEP
15455       A4  = (XK2/XKW)*R*TEMP*(GAMA(10)/GAMA(5))**2.0
15456       A5  = XK4 *R*TEMP*(WATER/GAMA(10))**2.0
15457       A6  = XK3 *R*TEMP*(WATER/GAMA(11))**2.0
15458       A9  = XK17 *(WATER/GAMA(17))**3.0
15459       A13 = XK19 *(WATER/GAMA(19))**2.0
15460       A14 = XK20 *(WATER/GAMA(20))**2.0
15461       A7  = XK8 *(WATER/GAMA(1))**2.0
15462       A8  = XK9 *(WATER/GAMA(3))**2.0
15464 !C  CALCULATE DISSOCIATION QUANTITIES
15466       PSI5 = (CHI5-PSI2)*(PSI6 + PSI7 + PSI14 + 2.D0*PSI16 + 2.D0*PSI17) &
15467              - A6/A5*(PSI8+2.D0*PSI12+PSI13+2.D0*PSI15)*(CHI6-PSI6-PSI3)
15468       PSI5 = PSI5/(A6/A5*(CHI6-PSI6-PSI3) + PSI6 + PSI7 + PSI14 + &
15469              2.D0*PSI16 + 2.D0*PSI17)
15470       PSI5 = MIN (MAX (PSI5, TINY) , CHI5)
15472       IF (W(3).GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN  ! First try 3rd order soln
15473          BB   =-(CHI4 + PSI6 + PSI5 + 1.d0/A4)
15474          CC   = CHI4*(PSI5+PSI6)
15475          DD   = MAX(BB*BB-4.d0*CC,ZERO)
15476          PSI4 =0.5d0*(-BB - SQRT(DD))
15477          PSI4 = MIN(MAX(PSI4,ZERO),CHI4)
15478       ELSE
15479          PSI4 = TINY
15480       ENDIF
15482       IF (CHI13.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN          !KNO3
15483          VHTA  = PSI5+PSI8+2.D0*PSI12+2.D0*PSI15+PSI14+2.D0*PSI9
15484          GKAMA = (PSI5+PSI8+2.D0*PSI12+2.D0*PSI15)*(2.D0*PSI9+PSI14)-A13
15485          DELTA = MAX(VHTA*VHTA-4.d0*GKAMA,ZERO)
15486          PSI13 = 0.5d0*(-VHTA + SQRT(DELTA))
15487          PSI13 = MIN(MAX(PSI13,ZERO),CHI13)
15488       ENDIF
15490       IF (CHI14.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN          !KCL
15491          PSI14 = A14/A13*(PSI5+PSI8+2.D0*PSI12+PSI13+2.D0*PSI15) - &
15492                  PSI6-PSI7-2.D0*PSI16-2.D0*PSI17
15493          PSI14 = MIN (MAX (PSI14, ZERO), CHI14)
15494       ENDIF
15496       IF (CHI9.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN          !K2SO4
15497          BBP = PSI10+PSI13+PSI14
15498          CCP = (PSI13+PSI14)*(0.25D0*(PSI13+PSI14)+PSI10)
15499          DDP = 0.25D0*(PSI13+PSI14)**2.0*PSI10-A9/4.D0
15500       CALL POLY32p1 (BBP, CCP, DDP, PSI9, ISLV)
15501         IF (ISLV.EQ.0) THEN
15502             PSI9 = MIN (MAX(PSI9,ZERO) , CHI9)
15503         ELSE
15504             PSI9 = ZERO
15505         ENDIF
15506       ENDIF
15508       IF (CHI7.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN     ! NACL DISSOLUTION
15509          VITA = PSI6+PSI14+PSI8+2.D0*PSI16+2.D0*PSI17
15510          GKAMA= PSI8*(2.D0*PSI16+PSI6+PSI14+2.D0*PSI17)-A7
15511          DIAK = MAX(VITA*VITA - 4.0D0*GKAMA,ZERO)
15512          PSI7 = 0.5D0*( -VITA + SQRT(DIAK) )
15513          PSI7 = MAX(MIN(PSI7, CHI7), ZERO)
15514       ENDIF
15516       IF (CHI8.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN     ! NANO3 DISSOLUTION
15517 !C         VIT  = PSI5+PSI13+PSI7+2.D0*PSI12+2.D0*PSI15
15518 !C         GKAM = PSI7*(2.D0*PSI12+PSI5+PSI13+2.D0*PSI15)-A8
15519 !C         DIA  = MAX(VIT*VIT - 4.0D0*GKAM,ZERO)
15520 !C         PSI8 = 0.5D0*( -VIT + SQRT(DIA) )
15521           PSI8 = A8/A7*(PSI6+PSI7+PSI14+2.D0*PSI16+2.D0*PSI17)- &
15522                  PSI5-2.D0*PSI12-PSI13-2.D0*PSI15
15523           PSI8 = MAX(MIN(PSI8, CHI8), ZERO)
15524       ENDIF
15527 !C *** CALCULATE SPECIATION ********************************************
15529       MOLAL (2) = PSI8 + PSI7                                     ! NAI
15530       MOLAL (3) = PSI4                                            ! NH4I
15531       MOLAL (4) = PSI6 + PSI7 + PSI14 + 2.D0*PSI16 + 2.D0*PSI17   ! CLI
15532       MOLAL (5) = PSI9 + PSI10                                    ! SO4I
15533       MOLAL (6) = ZERO                                            ! HSO4I
15534       MOLAL (7) = PSI5 + PSI8 + 2.D0*PSI12 + PSI13 + 2.D0*PSI15   ! NO3I
15535       MOLAL (8) = PSI11 + PSI12 + PSI17                           ! CAI
15536       MOLAL (9) = 2.D0*PSI9 + PSI13 + PSI14                       ! KI
15537       MOLAL (10)= PSI10 + PSI15 + PSI16                           ! MGI
15539 !C *** CALCULATE H+ *****************************************************
15541 !C      REST  = 2.D0*W(2) + W(4) + W(5)
15543 !C      DELT1 = 0.0d0
15544 !C      DELT2 = 0.0d0
15545 !C      IF (W(1)+W(6)+W(7)+W(8).GT.REST) THEN
15547 !CC *** CALCULATE EQUILIBRIUM CONSTANTS **********************************
15549 !C      ALFA1 = XK26*RH*(WATER/1.0)                   ! CO2(aq) + H2O
15550 !C      ALFA2 = XK27*(WATER/1.0)                      ! HCO3-
15552 !C      X     = W(1)+W(6)+W(7)+W(8) - REST            ! EXCESS OF CRUSTALS EQUALS CO2(aq)
15554 !C      DIAK  = SQRT( (ALFA1)**2.0 + 4.0D0*ALFA1*X)
15555 !C      DELT1 = 0.5*(-ALFA1 + DIAK)
15556 !C      DELT1 = MIN ( MAX (DELT1, ZERO), X)
15557 !C      DELT2 = ALFA2
15558 !C      DELT2 = MIN ( DELT2, DELT1)
15559 !C      MOLAL(1) = DELT1 + DELT2                      ! H+
15560 !C      ELSE
15562 !CC *** NO EXCESS OF CRUSTALS CALCULATE H+ *******************************
15564       SMIN      = 2.d0*MOLAL(5)+MOLAL(7)+MOLAL(4)-MOLAL(2)-MOLAL(3) &
15565                   - MOLAL(9) - 2.D0*MOLAL(10) - 2.D0*MOLAL(8)
15566       CALL CALCPH2p1 (SMIN, HI, OHI)
15567       MOLAL (1) = HI
15568 !C      ENDIF
15570       GNH3      = MAX(CHI4 - PSI4, TINY)
15571       GHNO3     = MAX(CHI5 - PSI5, TINY)
15572       GHCL      = MAX(CHI6 - PSI6, TINY)
15574 !C      CNH4CL    = ZERO
15575 !C      CNH4NO3   = ZERO
15576       CNACL     = MAX (CHI7 - PSI7, ZERO)
15577       CNANO3    = MAX (CHI8 - PSI8, ZERO)
15578       CK2SO4    = MAX (CHI9 - PSI9, ZERO)
15579       CMGSO4    = ZERO
15580       CCASO4    = CHI11
15581       CCANO32   = ZERO
15582       CKNO3     = MAX (CHI13 - PSI13, ZERO)
15583       CKCL      = MAX (CHI14 - PSI14, ZERO)
15584       CMGNO32   = ZERO
15585       CMGCL2    = ZERO
15586       CCACL2    = ZERO
15588 !C *** NH4Cl(s) calculations
15590       A3   = XK6 /(R*TEMP*R*TEMP)
15591       IF (GNH3*GHCL.GT.A3) THEN
15592          DELT = MIN(GNH3, GHCL)
15593          BB = -(GNH3+GHCL)
15594          CC = GNH3*GHCL-A3
15595          DD = BB*BB - 4.D0*CC
15596          PSI31 = 0.5D0*(-BB + SQRT(DD))
15597          PSI32 = 0.5D0*(-BB - SQRT(DD))
15598          IF (DELT-PSI31.GT.ZERO .AND. PSI31.GT.ZERO) THEN
15599             PSI3 = PSI31
15600          ELSEIF (DELT-PSI32.GT.ZERO .AND. PSI32.GT.ZERO) THEN
15601             PSI3 = PSI32
15602          ELSE
15603             PSI3 = ZERO
15604          ENDIF
15605       ELSE
15606          PSI3 = ZERO
15607       ENDIF
15608       PSI3 = MAX(MIN(MIN(PSI3,CHI4-PSI4),CHI6-PSI6),ZERO)
15610 !C *** CALCULATE GAS / SOLID SPECIES (LIQUID IN MOLAL ALREADY) *********
15612       GNH3    = MAX(GNH3 - PSI3, TINY)
15613       GHCL    = MAX(GHCL - PSI3, TINY)
15614       CNH4CL  = PSI3
15616 !C *** NH4NO3(s) calculations
15618       A2   = XK10 /(R*TEMP*R*TEMP)
15619       IF (GNH3*GHNO3.GT.A2) THEN
15620          DELT = MIN(GNH3, GHNO3)
15621          BB = -(GNH3+GHNO3)
15622          CC = GNH3*GHNO3-A2
15623          DD = BB*BB - 4.D0*CC
15624          PSI21 = 0.5D0*(-BB + SQRT(DD))
15625          PSI22 = 0.5D0*(-BB - SQRT(DD))
15626          IF (DELT-PSI21.GT.ZERO .AND. PSI21.GT.ZERO) THEN
15627             PSI2 = PSI21
15628          ELSEIF (DELT-PSI22.GT.ZERO .AND. PSI22.GT.ZERO) THEN
15629             PSI2 = PSI22
15630          ELSE
15631             PSI2 = ZERO
15632          ENDIF
15633       ELSE
15634          PSI2 = ZERO
15635       ENDIF
15636       PSI2 = MAX(MIN(MIN(PSI2,CHI4-PSI4-PSI3),CHI5-PSI5),ZERO)
15638 !C *** CALCULATE GAS / SOLID SPECIES (LIQUID IN MOLAL ALREADY) *********
15640       GNH3    = MAX (GNH3 - PSI2, TINY)
15641       GHCL    = MAX (GHNO3 - PSI2, TINY)
15642       CNH4NO3 = PSI2
15644       CALL CALCMR2p1                                    ! Water content
15646 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
15648       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
15649          CALL CALCACT2p1
15650       ELSE
15651          GOTO 20
15652       ENDIF
15653 10    CONTINUE
15655 !C *** CALCULATE FUNCTION VALUE FOR OUTER LOOP ***************************
15657 !C20    FUNCP2A = MOLAL(3)*MOLAL(4)/GHCL/GNH3/A6/A4 - ONE
15658 20    FUNCP2A2p1 = MOLAL(1)*MOLAL(4)/GHCL/A6 - ONE
15660       RETURN
15662 !C *** END OF FUNCTION FUNCP2A *******************************************
15664       END
15667 !C=======================================================================
15669 !C *** ISORROPIA CODE II
15670 !C *** SUBROUTINE CALCP1
15671 !C *** CASE P1
15673 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
15674 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; Rcr+Na >= 2.0 ; Rcr > 2)
15675 !C     2. SOLID AEROSOL ONLY
15676 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CaSO4, CA(NO3)2, CACL2, K2SO4, KNO3, KCL, MGSO4,
15677 !C                          MG(NO3)2, MGCL2, NANO3, NACL, NH4NO3, NH4CL
15679 !C     THERE ARE TWO POSSIBLE REGIMES HERE, DEPENDING ON RELATIVE HUMIDITY:
15680 !C     1. WHEN RH >= MDRH ; LIQUID PHASE POSSIBLE (MDRH REGION)
15681 !C     2. WHEN RH < MDRH  ; ONLY SOLID PHASE POSSIBLE (SUBROUTINE CALCP1A)
15683 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
15684 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
15685 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS & ATHANASIOS NENES
15687 !C=======================================================================
15689       SUBROUTINE CALCP12p1
15690       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
15691       EXTERNAL CALCP1A2p1, CALCP2A2p1
15693 !C *** REGIME DEPENDS UPON THE AMBIENT RELATIVE HUMIDITY *****************
15695       IF (RH.LT.DRMP1) THEN
15696          SCASE = 'P1 ; SUBCASE 1'
15697          CALL CALCP1A2p1              ! SOLID PHASE ONLY POSSIBLE
15698          SCASE = 'P1 ; SUBCASE 1'
15699       ELSE
15700          SCASE = 'P1 ; SUBCASE 2'  ! LIQUID & SOLID PHASE POSSIBLE
15701          CALL CALCMDRH22p1 (RH, DRMP1, DRCACL2, CALCP1A2p1, CALCP2A2p1)
15702          SCASE = 'P1 ; SUBCASE 2'
15703       ENDIF
15706       RETURN
15708 !C *** END OF SUBROUTINE CALCP1 ******************************************
15710       END
15712 !C=======================================================================
15714 !C *** ISORROPIA CODE II
15715 !C *** SUBROUTINE CALCP1A
15716 !C *** CASE P1A
15718 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
15719 !C     1. SULFATE POOR (SULRAT > 2.0) ; Rcr+Na >= 2.0 ; Rcr > 2)
15720 !C     2. SOLID AEROSOL ONLY
15721 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CaSO4, CA(NO3)2, CACL2, K2SO4, KNO3, KCL, MGSO4,
15722 !C                          MG(NO3)2, MGCL2, NANO3, NACL, NH4NO3, NH4CL
15724 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
15725 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
15726 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
15728 !C=======================================================================
15730       SUBROUTINE CALCP1A2p1
15731       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
15732       DOUBLE PRECISION LAMDA, LAMDA1, LAMDA2, KAPA, KAPA1, KAPA2, NAFR, &
15733                        NO3FR
15735 !C *** CALCULATE NON VOLATILE SOLIDS ***********************************
15737       CCASO4  = MIN (W(2), W(6))                    !SOLID CASO4
15738       CAFR    = MAX (W(6) - CCASO4, ZERO)
15739       SO4FR   = MAX (W(2) - CCASO4, ZERO)
15740       CK2SO4  = MIN (SO4FR, 0.5D0*W(7))             !SOLID K2SO4
15741       FRK     = MAX (W(7) - 2.D0*CK2SO4, ZERO)
15742       SO4FR   = MAX (SO4FR - CK2SO4, ZERO)
15743       CMGSO4  = SO4FR                               !SOLID MGSO4
15744       FRMG    = MAX (W(8) - CMGSO4, ZERO)
15745       CNACL   = MIN (W(1), W(5))                    !SOLID NACL
15746       NAFR    = MAX (W(1) - CNACL, ZERO)
15747       CLFR    = MAX (W(5) - CNACL, ZERO)
15748       CCANO32 = MIN (CAFR, 0.5D0*W(4))              !SOLID CA(NO3)2
15749       CAFR    = MAX (CAFR - CCANO32, ZERO)
15750       NO3FR   = MAX (W(4) - 2.D0*CCANO32, ZERO)
15751       CCACL2  = MIN (CAFR, 0.5D0*CLFR)              !SOLID CACL2
15752       CAFR    = MAX (CAFR - CCACL2, ZERO)
15753       CLFR    = MAX (CLFR - 2.D0*CCACL2, ZERO)
15754       CMGNO32 = MIN (FRMG, 0.5D0*NO3FR)             !SOLID MG(NO3)2
15755       FRMG    = MAX (FRMG - CMGNO32, ZERO)
15756       NO3FR   = MAX (NO3FR - 2.D0*CMGNO32, ZERO)
15757       CMGCL2  = MIN (FRMG, 0.5D0*CLFR)              !SOLID MGCL2
15758       FRMG    = MAX (FRMG - CMGCL2, ZERO)
15759       CLFR    = MAX (CLFR - 2.D0*CMGCL2, ZERO)
15760       CNANO3  = MIN (NAFR, NO3FR)                   !SOLID NANO3
15761       NAFR    = MAX (NAFR - CNANO3, ZERO)
15762       NO3FR   = MAX (NO3FR - CNANO3, ZERO)
15763       CKCL    = MIN (FRK, CLFR)                     !SOLID KCL
15764       FRK     = MAX (FRK - CKCL, ZERO)
15765       CLFR    = MAX (CLFR - CKCL, ZERO)
15766       CKNO3   = MIN (FRK, NO3FR)                    !SOLID KNO3
15767       FRK     = MAX (FRK - CKNO3, ZERO)
15768       NO3FR   = MAX (NO3FR - CKNO3, ZERO)
15770 !C *** CALCULATE VOLATILE SPECIES **************************************
15772       ALF     = W(3)                     ! FREE NH3
15773       BET     = CLFR                     ! FREE CL
15774       GAM     = NO3FR                    ! FREE NO3
15776       RTSQ    = R*TEMP*R*TEMP
15777       A1      = XK6/RTSQ
15778       A2      = XK10/RTSQ
15780       THETA1  = GAM - BET*(A2/A1)
15781       THETA2  = A2/A1
15783 !C QUADRATIC EQUATION SOLUTION
15785       BB      = (THETA1-ALF-BET*(ONE+THETA2))/(ONE+THETA2)
15786       CC      = (ALF*BET-A1-BET*THETA1)/(ONE+THETA2)
15787       DD      = BB*BB - 4.0D0*CC
15788       IF (DD.LT.ZERO) GOTO 100   ! Solve each reaction seperately
15790 !C TWO ROOTS FOR KAPA, CHECK AND SEE IF ANY VALID
15792       SQDD    = SQRT(DD)
15793       KAPA1   = 0.5D0*(-BB+SQDD)
15794       KAPA2   = 0.5D0*(-BB-SQDD)
15795       LAMDA1  = THETA1 + THETA2*KAPA1
15796       LAMDA2  = THETA1 + THETA2*KAPA2
15798       IF (KAPA1.GE.ZERO .AND. LAMDA1.GE.ZERO) THEN
15799          IF (ALF-KAPA1-LAMDA1.GE.ZERO .AND. &
15800              BET-KAPA1.GE.ZERO .AND. GAM-LAMDA1.GE.ZERO) THEN
15801              KAPA = KAPA1
15802              LAMDA= LAMDA1
15803              GOTO 200
15804          ENDIF
15805       ENDIF
15807       IF (KAPA2.GE.ZERO .AND. LAMDA2.GE.ZERO) THEN
15808          IF (ALF-KAPA2-LAMDA2.GE.ZERO .AND. &
15809              BET-KAPA2.GE.ZERO .AND. GAM-LAMDA2.GE.ZERO) THEN
15810              KAPA = KAPA2
15811              LAMDA= LAMDA2
15812              GOTO 200
15813          ENDIF
15814       ENDIF
15816 !C SEPERATE SOLUTION OF NH4CL & NH4NO3 EQUILIBRIA
15818 100   KAPA  = ZERO
15819       LAMDA = ZERO
15820       DD1   = (ALF+BET)*(ALF+BET) - 4.0D0*(ALF*BET-A1)
15821       DD2   = (ALF+GAM)*(ALF+GAM) - 4.0D0*(ALF*GAM-A2)
15823 !C NH4CL EQUILIBRIUM
15825       IF (DD1.GE.ZERO) THEN
15826          SQDD1 = SQRT(DD1)
15827          KAPA1 = 0.5D0*(ALF+BET + SQDD1)
15828          KAPA2 = 0.5D0*(ALF+BET - SQDD1)
15830          IF (KAPA1.GE.ZERO .AND. KAPA1.LE.MIN(ALF,BET)) THEN
15831             KAPA = KAPA1
15832          ELSE IF (KAPA2.GE.ZERO .AND. KAPA2.LE.MIN(ALF,BET)) THEN
15833             KAPA = KAPA2
15834          ELSE
15835             KAPA = ZERO
15836          ENDIF
15837       ENDIF
15839 !C NH4NO3 EQUILIBRIUM
15841       IF (DD2.GE.ZERO) THEN
15842          SQDD2 = SQRT(DD2)
15843          LAMDA1= 0.5D0*(ALF+GAM + SQDD2)
15844          LAMDA2= 0.5D0*(ALF+GAM - SQDD2)
15846          IF (LAMDA1.GE.ZERO .AND. LAMDA1.LE.MIN(ALF,GAM)) THEN
15847             LAMDA = LAMDA1
15848          ELSE IF (LAMDA2.GE.ZERO .AND. LAMDA2.LE.MIN(ALF,GAM)) THEN
15849             LAMDA = LAMDA2
15850          ELSE
15851             LAMDA = ZERO
15852          ENDIF
15853       ENDIF
15855 !C IF BOTH KAPA, LAMDA ARE > 0, THEN APPLY EXISTANCE CRITERION
15857       IF (KAPA.GT.ZERO .AND. LAMDA.GT.ZERO) THEN
15858          IF (BET .LT. LAMDA/THETA1) THEN
15859             KAPA = ZERO
15860          ELSE
15861             LAMDA= ZERO
15862          ENDIF
15863       ENDIF
15865 !C *** CALCULATE COMPOSITION OF VOLATILE SPECIES ***********************
15867 200   CONTINUE
15868       CNH4NO3 = LAMDA
15869       CNH4CL  = KAPA
15871       GNH3    = ALF - KAPA - LAMDA
15872       GHNO3   = GAM - LAMDA
15873       GHCL    = BET - KAPA
15875       RETURN
15877 !C *** END OF SUBROUTINE CALCP1A *****************************************
15879       END
15881 !C======================================================================
15883 !C *** ISORROPIA CODE
15884 !C *** SUBROUTINE CALCL9
15885 !C *** CASE L9
15887 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
15888 !C     1. SULFATE RICH, NO FREE ACID (1.0 <= SULRAT < 2.0)
15889 !C     2. SOLID & LIQUID AEROSOL POSSIBLE
15890 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CASO4
15891 !C     4. COMPLETELY DISSOLVED: NH4HSO4, NAHSO4, LC, (NH4)2SO4, KHSO4, MGSO4, NA2SO4, K2SO4
15893 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
15894 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
15895 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
15897 !C=======================================================================
15899       SUBROUTINE CALCL92p1
15900       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
15901       DOUBLE PRECISION LAMDA
15902       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,       &
15903                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,       &
15904                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,     &
15905                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,         &
15906                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6,   &
15907                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
15909 !C *** FIND DRY COMPOSITION **********************************************
15911       CALL CALCL1A2p1
15913 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
15915       CHI1 = CNH4HS4               ! Save from CALCL1 run
15916       CHI2 = CLC
15917       CHI3 = CNAHSO4
15918       CHI4 = CNA2SO4
15919       CHI5 = CNH42S4
15920       CHI6 = CK2SO4
15921       CHI7 = CMGSO4
15922       CHI8 = CKHSO4
15924       PSI1 = CNH4HS4               ! ASSIGN INITIAL PSI's
15925       PSI2 = CLC
15926       PSI3 = CNAHSO4
15927       PSI4 = CNA2SO4
15928       PSI5 = CNH42S4
15929       PSI6 = CK2SO4
15930       PSI7 = CMGSO4
15931       PSI8 = CKHSO4
15933       CALAOU = .TRUE.              ! Outer loop activity calculation flag
15934       FRST   = .TRUE.
15935       CALAIN = .TRUE.
15937 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
15939       DO 10 I=1,NSWEEP
15941       A9 = XK1 *WATER/GAMA(7)*(GAMA(8)/GAMA(7))**2.
15943 !C  CALCULATE DISSOCIATION QUANTITIES
15945       BB   = PSI7 + PSI6 + PSI5 + PSI4 + PSI2 + A9              ! LAMDA
15946       CC   = -A9*(PSI8 + PSI1 + PSI2 + PSI3)
15947       DD   = MAX(BB*BB - 4.D0*CC, ZERO)
15948       LAMDA= 0.5D0*(-BB + SQRT(DD))
15949       LAMDA= MIN(MAX (LAMDA, TINY), PSI8+PSI3+PSI2+PSI1)
15951 !C *** CALCULATE SPECIATION ********************************************
15953       MOLAL(1) = LAMDA                                            ! HI
15954       MOLAL(2) = 2.D0*PSI4 + PSI3                                 ! NAI
15955       MOLAL(3) = 3.D0*PSI2 + 2.D0*PSI5 + PSI1                     ! NH4I
15956       MOLAL(5) = PSI2 + PSI4 + PSI5 + PSI6 + PSI7 + LAMDA         ! SO4I
15957       MOLAL(6) = PSI2 + PSI3 + PSI1 + PSI8 - LAMDA                ! HSO4I
15958       MOLAL(9) = PSI8 + 2.0D0*PSI6                                ! KI
15959       MOLAL(10)= PSI7                                             ! MGI
15961       CLC      = ZERO
15962       CNAHSO4  = ZERO
15963       CNA2SO4  = ZERO
15964       CNH42S4  = ZERO
15965       CNH4HS4  = ZERO
15966       CK2SO4   = ZERO
15967       CMGSO4   = ZERO
15968       CKHSO4   = ZERO
15970       CALL CALCMR2p1                                         ! Water content
15973 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
15975       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
15976          CALL CALCACT2p1
15977       ELSE
15978          GOTO 20
15979       ENDIF
15980 10    CONTINUE
15982 20    RETURN
15984 !C *** END OF SUBROUTINE CALCL9 *****************************************
15986       END
15987 !C=======================================================================
15989 !C *** ISORROPIA CODE
15990 !C *** SUBROUTINE CALCL8
15991 !C *** CASE L8
15993 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
15994 !C     1. SULFATE RICH, NO FREE ACID (1.0 <= SULRAT < 2.0)
15995 !C     2. SOLID & LIQUID AEROSOL POSSIBLE
15996 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : K2SO4, CASO4
15997 !C     4. COMPLETELY DISSOLVED: NH4HSO4, NAHSO4, LC, (NH4)2SO4, KHSO4, MGSO4, NA2SO4
15999 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
16000 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
16001 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
16003 !C=======================================================================
16005       SUBROUTINE CALCL82p1
16006       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
16007       DOUBLE PRECISION LAMDA
16008       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,      &
16009                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,      &
16010                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,    &
16011                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,        &
16012                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6,  &
16013                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
16015 !C *** FIND DRY COMPOSITION **********************************************
16017       CALL CALCL1A2p1
16019 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
16021       CHI1 = CNH4HS4               ! Save from CALCL1 run
16022       CHI2 = CLC
16023       CHI3 = CNAHSO4
16024       CHI4 = CNA2SO4
16025       CHI5 = CNH42S4
16026       CHI6 = CK2SO4
16027       CHI7 = CMGSO4
16028       CHI8 = CKHSO4
16030       PSI1 = CNH4HS4               ! ASSIGN INITIAL PSI's
16031       PSI2 = CLC
16032       PSI3 = CNAHSO4
16033       PSI4 = CNA2SO4
16034       PSI5 = CNH42S4
16035       PSI6 = ZERO
16036       PSI7 = CMGSO4
16037       PSI8 = CKHSO4
16039       CALAOU = .TRUE.              ! Outer loop activity calculation flag
16040       PSI6LO = ZERO                ! Low  limit
16041       PSI6HI = CHI6                ! High limit
16043 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
16045        IF (CHI6.LE.TINY) THEN
16046          Y1 = FUNCL82p1 (ZERO)
16047          GOTO 50
16048       ENDIF
16050       X1 = PSI6HI
16051       Y1 = FUNCL82p1 (X1)
16052       YHI= Y1                      ! Save Y-value at HI position
16054 !C *** YHI < 0.0 THE SOLUTION IS ALWAYS UNDERSATURATED WITH K2SO4 *********
16056       IF (ABS(Y1).LE.EPS .OR. YHI.LT.ZERO) GOTO 50
16058 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
16060       DX = (PSI6HI-PSI6LO)/FLOAT(NDIV)
16061       DO 10 I=1,NDIV
16062          X2 = X1-DX
16063          Y2 = FUNCL82p1 (X2)
16064          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
16065          X1 = X2
16066          Y1 = Y2
16067 10    CONTINUE
16069 !C *** { YLO, YHI } > 0.0 THE SOLUTION IS ALWAYS SUPERSATURATED WITH K2SO4
16071       YLO= Y1                      ! Save Y-value at Hi position
16072       IF (YLO.GT.ZERO .AND. YHI.GT.ZERO) THEN
16073          Y3 = FUNCL82p1 (ZERO)
16074          GOTO 50
16075       ELSE IF (ABS(Y2) .LT. EPS) THEN   ! X2 IS A SOLUTION
16076          GOTO 50
16077       ELSE
16078          CALL PUSHERR2p1 (0001, 'CALCL8')    ! WARNING ERROR: NO SOLUTION
16079          GOTO 50
16080       ENDIF
16081 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
16083 20    DO 30 I=1,MAXIT
16084          X3 = 0.5*(X1+X2)
16085          Y3 = FUNCL82p1 (X3)
16086          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
16087             Y2    = Y3
16088             X2    = X3
16089          ELSE
16090             Y1    = Y3
16091             X1    = X3
16092          ENDIF
16093          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
16094 30    CONTINUE
16095       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCL8')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
16097 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
16099 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
16100       Y3 = FUNCL82p1 (X3)
16102 50    RETURN
16104 !C *** END OF SUBROUTINE CALCL8 *****************************************
16106       END
16108 !C=======================================================================
16110 !C *** ISORROPIA CODE II
16111 !C *** FUNCTION FUNCL8
16112 !C *** CASE L8
16114 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
16115 !C     1. SULFATE RICH, NO FREE ACID (1.0 <= SULRAT < 2.0)
16116 !C     2. SOLID & LIQUID AEROSOL POSSIBLE
16117 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : K2SO4, CASO4
16118 !C     4. COMPLETELY DISSOLVED: NH4HSO4, NAHSO4, LC, (NH4)2SO4, KHSO4, MGSO4, NA2SO4
16120 !C     SOLUTION IS SAVED IN COMMON BLOCK /CASE/
16121 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
16122 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
16123 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
16125 !C=======================================================================
16127       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCL82p1 (P6)
16128       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
16129       DOUBLE PRECISION LAMDA
16130       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,      &
16131                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,      &
16132                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,    &
16133                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,        &
16134                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6,  &
16135                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
16137 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
16139       PSI6   = P6
16141 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
16143       FRST   = .TRUE.
16144       CALAIN = .TRUE.
16146 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
16148       DO 10 I=1,NSWEEP
16150       A9 = XK1*(WATER)*(GAMA(8)**2.0)/(GAMA(7)**3.0)
16152 !C  CALCULATE DISSOCIATION QUANTITIES
16154       BB   = PSI7 + PSI6 + PSI5 + PSI4 + PSI2 + A9              ! LAMDA
16155       CC   = -A9*(PSI8 + PSI1 + PSI2 + PSI3)
16156       DD   = BB*BB - 4.D0*CC
16157       LAMDA= 0.5D0*(-BB + SQRT(DD))
16158       LAMDA= MIN(MAX (LAMDA, TINY), PSI8+PSI3+PSI2+PSI1)
16160 !C *** CALCULATE SPECIATION ********************************************
16162       MOLAL(1) = LAMDA                                            ! HI
16163       MOLAL(2) = 2.D0*PSI4 + PSI3                                 ! NAI
16164       MOLAL(3) = 3.D0*PSI2 + 2.D0*PSI5 + PSI1                     ! NH4I
16165       MOLAL(5) = PSI2 + PSI4 + PSI5 + PSI6 + PSI7 + LAMDA         ! SO4I
16166       MOLAL(6) = MAX(PSI2 + PSI3 + PSI1 + PSI8 - LAMDA, TINY)     ! HSO4I
16167       MOLAL(9) = PSI8 + 2.0*PSI6                                  ! KI
16168       MOLAL(10)= PSI7                                             ! MGI
16170       CLC      = ZERO
16171       CNAHSO4  = ZERO
16172       CNA2SO4  = ZERO
16173       CNH42S4  = ZERO
16174       CNH4HS4  = ZERO
16175       CK2SO4   = MAX(CHI6 - PSI6, ZERO)
16176       CMGSO4   = ZERO
16177       CKHSO4   = ZERO
16178       CALL CALCMR2p1                                       ! Water content
16180 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
16182       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
16183          CALL CALCACT2p1
16184       ELSE
16185          GOTO 20
16186       ENDIF
16187 10    CONTINUE
16189 !C *** CALCULATE OBJECTIVE FUNCTION ************************************
16191 20    A6 = XK17*(WATER/GAMA(17))**3.0
16192       FUNCL82p1 = MOLAL(9)*MOLAL(9)*MOLAL(5)/A6 - ONE
16193       RETURN
16195 !C *** END OF FUNCTION FUNCL8 ****************************************
16197       END
16199 !C=======================================================================
16201 !C *** ISORROPIA CODE II
16202 !C *** SUBROUTINE CALCL7
16203 !C *** CASE L7
16205 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
16206 !C     1. SULFATE RICH, NO FREE ACID (1.0 <= SO4RAT < 2.0)
16207 !C     2. SOLID & LIQUID AEROSOL POSSIBLE
16208 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : K2SO4, CASO4, NA2SO4
16209 !C     4. COMPLETELY DISSOLVED: NH4HSO4, NAHSO4, LC, (NH4)2SO4, KHSO4, MGSO4
16211 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
16212 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
16213 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
16215 !C=======================================================================
16217       SUBROUTINE CALCL72p1
16218       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
16219       DOUBLE PRECISION LAMDA
16220       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,       &
16221                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,       &
16222                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,     &
16223                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,         &
16224                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6,   &
16225                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
16227 !C *** FIND DRY COMPOSITION **********************************************
16229       CALL CALCL1A2p1
16231 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
16233       CHI1 = CNH4HS4               ! Save from CALCL1 run
16234       CHI2 = CLC
16235       CHI3 = CNAHSO4
16236       CHI4 = CNA2SO4
16237       CHI5 = CNH42S4
16238       CHI6 = CK2SO4
16239       CHI7 = CMGSO4
16240       CHI8 = CKHSO4
16242       PSI1 = CNH4HS4               ! ASSIGN INITIAL PSI's
16243       PSI2 = CLC
16244       PSI3 = CNAHSO4
16245       PSI4 = ZERO
16246       PSI5 = CNH42S4
16247       PSI6 = ZERO
16248       PSI7 = CMGSO4
16249       PSI8 = CKHSO4
16251       CALAOU = .TRUE.              ! Outer loop activity calculation flag
16252       PSI4LO = ZERO                ! Low  limit
16253       PSI4HI = CHI4                ! High limit
16255 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
16257        IF (CHI4.LE.TINY) THEN
16258          Y1 = FUNCL72p1 (ZERO)
16259          GOTO 50
16260       ENDIF
16262       X1 = PSI4HI
16263       Y1 = FUNCL72p1 (X1)
16264       YHI= Y1                      ! Save Y-value at HI position
16266 !C *** YHI < 0.0 THE SOLUTION IS ALWAYS UNDERSATURATED WITH K2SO4 *********
16268       IF (ABS(Y1).LE.EPS .OR. YHI.LT.ZERO) GOTO 50
16270 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
16272       DX = (PSI4HI-PSI4LO)/FLOAT(NDIV)
16273       DO 10 I=1,NDIV
16274          X2 = X1-DX
16275          Y2 = FUNCL72p1 (X2)
16276          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
16277          X1 = X2
16278          Y1 = Y2
16279 10    CONTINUE
16281 !C *** { YLO, YHI } > 0.0 THE SOLUTION IS ALWAYS SUPERSATURATED WITH K2SO4
16283       YLO= Y1                      ! Save Y-value at Hi position
16284       IF (YLO.GT.ZERO .AND. YHI.GT.ZERO) THEN
16285          Y3 = FUNCL72p1 (ZERO)
16286          GOTO 50
16287       ELSE IF (ABS(Y2) .LT. EPS) THEN   ! X2 IS A SOLUTION
16288          GOTO 50
16289       ELSE
16290          CALL PUSHERR2p1 (0001, 'CALCL7')    ! WARNING ERROR: NO SOLUTION
16291          GOTO 50
16292       ENDIF
16293 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
16295 20    DO 30 I=1,MAXIT
16296          X3 = 0.5*(X1+X2)
16297          Y3 = FUNCL72p1 (X3)
16298          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
16299             Y2    = Y3
16300             X2    = X3
16301          ELSE
16302             Y1    = Y3
16303             X1    = X3
16304          ENDIF
16305          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
16306 30    CONTINUE
16307       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCL7')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
16309 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
16311 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
16312       Y3 = FUNCL72p1 (X3)
16314 50    RETURN
16316 !C *** END OF SUBROUTINE CALCL7 *****************************************
16318       END
16320 !C=======================================================================
16322 !C *** ISORROPIA CODE II
16323 !C *** FUNCTION FUNCL7
16324 !C *** CASE L7
16326 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
16327 !C     1. SULFATE RICH, NO FREE ACID (1.0 <= SULRAT < 2.0)
16328 !C     2. SOLID & LIQUID AEROSOL POSSIBLE
16329 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : K2SO4, CASO4, NA2SO4
16330 !C     4. COMPLETELY DISSOLVED: NH4HSO4, NAHSO4, LC, (NH4)2SO4, KHSO4, MGSO4
16332 !C     SOLUTION IS SAVED IN COMMON BLOCK /CASE/
16333 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
16334 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
16335 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
16337 !C=======================================================================
16339       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCL72p1 (P4)
16340       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
16341       DOUBLE PRECISION LAMDA
16342       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,      &
16343                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,      &
16344                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,    &
16345                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,        &
16346                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6,  &
16347                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
16349 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
16351       PSI4   = P4
16353 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
16355       FRST   = .TRUE.
16356       CALAIN = .TRUE.
16358 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
16360       DO 10 I=1,NSWEEP
16362       A4 = XK5 *(WATER/GAMA(2))**3.0
16363       A6 = XK17*(WATER/GAMA(17))**3.0
16364       A9 = XK1*(WATER)*(GAMA(8)**2.0)/(GAMA(7)**3.0)
16366 !C  CALCULATE DISSOCIATION QUANTITIES
16368 !C      PSI6 = 0.5*(SQRT(A6/A4)*(2.D0*PSI4+PSI3)-PSI8)             ! PSI6
16369 !C      PSI6 = MIN (MAX (PSI6, ZERO), CHI6)
16371       IF (CHI6.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN
16372          AA   = PSI5+PSI4+PSI2+PSI7+PSI8+LAMDA
16373          BB   = PSI8*(PSI5+PSI4+PSI2+PSI7+0.25D0*PSI8+LAMDA)
16374          CC   = 0.25D0*(PSI8*PSI8*(PSI5+PSI4+PSI2+PSI7+LAMDA)-A6)
16375          CALL POLY32p1 (AA, BB, CC, PSI6, ISLV)
16376          IF (ISLV.EQ.0) THEN
16377             PSI6 = MIN (PSI6, CHI6)
16378          ELSE
16379             PSI6 = ZERO
16380          ENDIF
16381       ENDIF
16383       BB   = PSI7 + PSI6 + PSI5 + PSI4 + PSI2 + A9              ! LAMDA
16384       CC   = -A9*(PSI8 + PSI1 + PSI2 + PSI3)
16385       DD   = BB*BB - 4.D0*CC
16386       LAMDA= 0.5D0*(-BB + SQRT(DD))
16387       LAMDA= MIN(MAX (LAMDA, TINY), PSI8+PSI3+PSI2+PSI1)
16390 !C *** CALCULATE SPECIATION ********************************************
16392       MOLAL(1) = LAMDA                                            ! HI
16393       MOLAL(2) = 2.D0*PSI4 + PSI3                                 ! NAI
16394       MOLAL(3) = 3.D0*PSI2 + 2.D0*PSI5 + PSI1                     ! NH4I
16395       MOLAL(5) = PSI2 + PSI4 + PSI5 + PSI6 + PSI7 + LAMDA         ! SO4I
16396       MOLAL(6) = MAX(PSI2 + PSI3 + PSI1 + PSI8 - LAMDA, TINY)     ! HSO4I
16397       MOLAL(9) = PSI8 + 2.0*PSI6                                  ! KI
16398       MOLAL(10)= PSI7                                             ! MGI
16400       CLC      = ZERO
16401       CNAHSO4  = ZERO
16402       CNA2SO4  = MAX(CHI4 - PSI4, ZERO)
16403       CNH42S4  = ZERO
16404       CNH4HS4  = ZERO
16405       CK2SO4   = MAX(CHI6 - PSI6, ZERO)
16406       CMGSO4   = ZERO
16407       CKHSO4   = ZERO
16408       CALL CALCMR2p1                                       ! Water content
16410 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
16412       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
16413          CALL CALCACT2p1
16414       ELSE
16415          GOTO 20
16416       ENDIF
16417 10    CONTINUE
16419 !C *** CALCULATE OBJECTIVE FUNCTION ************************************
16421 20    A4     = XK5 *(WATER/GAMA(2))**3.0
16422       FUNCL72p1 = MOLAL(5)*MOLAL(2)*MOLAL(2)/A4 - ONE
16423       RETURN
16425 !C *** END OF FUNCTION FUNCL7 ****************************************
16427       END
16430 !C=======================================================================
16432 !C *** ISORROPIA CODE II
16433 !C *** SUBROUTINE CALCL6
16434 !C *** CASE L6
16436 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
16437 !C     1. SULFATE RICH, NO FREE ACID (1.0 <= SO4RAT < 2.0)
16438 !C     2. SOLID & LIQUID AEROSOL POSSIBLE
16439 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : K2SO4, CASO4, MGSO4, NA2SO4
16440 !C     4. COMPLETELY DISSOLVED: NH4HSO4, NAHSO4, LC, (NH4)2SO4, KHSO4
16442 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
16443 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
16444 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
16446 !C=======================================================================
16448       SUBROUTINE CALCL62p1
16449       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
16450       DOUBLE PRECISION LAMDA
16451       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,      &
16452                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,      &
16453                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,    &
16454                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,        &
16455                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6,  &
16456                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
16458 !C *** FIND DRY COMPOSITION **********************************************
16460       CALL CALCL1A2p1
16462 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
16464       CHI1 = CNH4HS4               ! Save from CALCL1 run
16465       CHI2 = CLC
16466       CHI3 = CNAHSO4
16467       CHI4 = CNA2SO4
16468       CHI5 = CNH42S4
16469       CHI6 = CK2SO4
16470       CHI7 = CMGSO4
16471       CHI8 = CKHSO4
16473       PSI1 = CNH4HS4               ! ASSIGN INITIAL PSI's
16474       PSI2 = CLC
16475       PSI3 = CNAHSO4
16476       PSI4 = ZERO
16477       PSI5 = CNH42S4
16478       PSI6 = ZERO
16479       PSI7 = ZERO
16480       PSI8 = CKHSO4
16482       CALAOU = .TRUE.              ! Outer loop activity calculation flag
16483       PSI4LO = ZERO                ! Low  limit
16484       PSI4HI = CHI4                ! High limit
16486 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
16488        IF (CHI4.LE.TINY) THEN
16489          Y1 = FUNCL62p1 (ZERO)
16490          GOTO 50
16491       ENDIF
16493       X1 = PSI4HI
16494       Y1 = FUNCL62p1 (X1)
16495       YHI= Y1                      ! Save Y-value at HI position
16497 !C *** YHI < 0.0 THE SOLUTION IS ALWAYS UNDERSATURATED WITH K2SO4 *********
16499       IF (ABS(Y1).LE.EPS .OR. YHI.LT.ZERO) GOTO 50
16501 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
16503       DX = (PSI4HI-PSI4LO)/FLOAT(NDIV)
16504       DO 10 I=1,NDIV
16505          X2 = X1-DX
16506          Y2 = FUNCL62p1 (X2)
16507          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
16508          X1 = X2
16509          Y1 = Y2
16510 10    CONTINUE
16512 !C *** { YLO, YHI } > 0.0 THE SOLUTION IS ALWAYS SUPERSATURATED WITH K2SO4
16514       YLO= Y1                      ! Save Y-value at Hi position
16515       IF (YLO.GT.ZERO .AND. YHI.GT.ZERO) THEN
16516          Y3 = FUNCL62p1 (ZERO)
16517          GOTO 50
16518       ELSE IF (ABS(Y2) .LT. EPS) THEN   ! X2 IS A SOLUTION
16519          GOTO 50
16520       ELSE
16521          CALL PUSHERR2p1 (0001, 'CALCL6')    ! WARNING ERROR: NO SOLUTION
16522          GOTO 50
16523       ENDIF
16525 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
16527 20    DO 30 I=1,MAXIT
16528          X3 = 0.5*(X1+X2)
16529          Y3 = FUNCL62p1 (X3)
16530          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
16531             Y2    = Y3
16532             X2    = X3
16533          ELSE
16534             Y1    = Y3
16535             X1    = X3
16536          ENDIF
16537          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
16538 30    CONTINUE
16539       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCL6')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
16541 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
16543 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
16544       Y3 = FUNCL62p1 (X3)
16546 50    RETURN
16548 !C *** END OF SUBROUTINE CALCL6 *****************************************
16550       END
16552 !C=======================================================================
16554 !C *** ISORROPIA CODE II
16555 !C *** FUNCTION FUNCL6
16556 !C *** CASE L6
16558 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
16559 !C     1. SULFATE RICH, NO FREE ACID (1.0 <= SULRAT < 2.0)
16560 !C     2. SOLID & LIQUID AEROSOL POSSIBLE
16561 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : K2SO4, CASO4, MGSO4, NA2SO4
16563 !C     SOLUTION IS SAVED IN COMMON BLOCK /CASE/
16564 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
16565 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
16566 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
16568 !C=======================================================================
16570       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCL62p1 (P4)
16571       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
16572       DOUBLE PRECISION LAMDA
16573       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,      &
16574                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,      &
16575                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,    &
16576                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,        &
16577                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6,  &
16578                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
16580 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
16582       PSI4   = P4
16584 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
16586       FRST   = .TRUE.
16587       CALAIN = .TRUE.
16589 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
16591       DO 10 I=1,NSWEEP
16593       A4 = XK5*(WATER/GAMA(2))**3.0
16594       A6 = XK17*(WATER/GAMA(17))**3.0
16595       A9 = XK1*(WATER)*(GAMA(8)**2.0)/(GAMA(7)**3.0)
16597 !C  CALCULATE DISSOCIATION QUANTITIES
16599 !C      PSI6 = 0.5*(SQRT(A6/A4)*(2.D0*PSI4+PSI3)-PSI8)             ! PSI6
16600 !C      PSI6 = MIN (MAX (PSI6, ZERO), CHI6)
16602       IF (CHI6.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN
16603          AA   = PSI5+PSI4+PSI2+PSI7+PSI8+LAMDA
16604          BB   = PSI8*(PSI5+PSI4+PSI2+PSI7+0.25D0*PSI8+LAMDA)
16605          CC   = 0.25D0*(PSI8*PSI8*(PSI5+PSI4+PSI2+PSI7+LAMDA)-A6)
16606          CALL POLY32p1 (AA, BB, CC, PSI6, ISLV)
16607          IF (ISLV.EQ.0) THEN
16608             PSI6 = MIN (PSI6, CHI6)
16609          ELSE
16610             PSI6 = ZERO
16611          ENDIF
16612       ENDIF
16614       PSI7 = CHI7
16616       BB   = PSI7 + PSI6 + PSI5 + PSI4 + PSI2 + A9               ! LAMDA
16617       CC   = -A9*(PSI8 + PSI1 + PSI2 + PSI3)
16618       DD   = BB*BB - 4.D0*CC
16619       LAMDA= 0.5D0*(-BB + SQRT(DD))
16620       LAMDA= MIN(MAX (LAMDA, TINY), PSI8+PSI3+PSI2+PSI1)
16622 !C *** CALCULATE SPECIATION ********************************************
16624       MOLAL(1) = LAMDA                                            ! HI
16625       MOLAL(2) = 2.D0*PSI4 + PSI3                                 ! NAI
16626       MOLAL(3) = 3.D0*PSI2 + 2.D0*PSI5 + PSI1                     ! NH4I
16627       MOLAL(5) = PSI2 + PSI4 + PSI5 + PSI6 + PSI7 + LAMDA         ! SO4I
16628       MOLAL(6) = MAX(PSI2 + PSI3 + PSI1 + PSI8 - LAMDA, TINY)     ! HSO4I
16629       MOLAL(9) = PSI8 + 2.0*PSI6                                  ! KI
16630       MOLAL(10)= PSI7                                             ! MGI
16632       CLC      = ZERO
16633       CNAHSO4  = ZERO
16634       CNA2SO4  = MAX(CHI4 - PSI4, ZERO)
16635       CNH42S4  = ZERO
16636       CNH4HS4  = ZERO
16637       CK2SO4   = MAX(CHI6 - PSI6, ZERO)
16638       CMGSO4   = ZERO
16639       CKHSO4   = ZERO
16640       CALL CALCMR2p1                                       ! Water content
16642 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
16644       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
16645          CALL CALCACT2p1
16646       ELSE
16647          GOTO 20
16648       ENDIF
16649 10    CONTINUE
16651 !C *** CALCULATE OBJECTIVE FUNCTION ************************************
16653 20    A4 = XK5 *(WATER/GAMA(2))**3.0
16654       FUNCL62p1 = MOLAL(5)*MOLAL(2)*MOLAL(2)/A4 - ONE
16655       RETURN
16657 !C *** END OF FUNCTION FUNCL6 ****************************************
16659       END
16661 !C=======================================================================
16663 !C *** ISORROPIA CODE II
16664 !C *** SUBROUTINE CALCL5
16665 !C *** CASE L5
16667 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
16668 !C     1. SULFATE RICH, NO FREE ACID (1.0 <= SO4RAT < 2.0)
16669 !C     2. SOLID & LIQUID AEROSOL POSSIBLE
16670 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : K2SO4, CASO4, MGSO4, KHSO4, NA2SO4
16671 !C     4. COMPLETELY DISSOLVED: NH4HSO4, NAHSO4, LC, (NH4)2SO4
16673 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
16674 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
16675 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
16677 !C=======================================================================
16679       SUBROUTINE CALCL52p1
16680       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
16681       DOUBLE PRECISION LAMDA
16682       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,      &
16683                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,      &
16684                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,    &
16685                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,        &
16686                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6,  &
16687                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
16689 !C *** FIND DRY COMPOSITION **********************************************
16691       CALL CALCL1A2p1
16693 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
16695       CHI1 = CNH4HS4               ! Save from CALCL1 run
16696       CHI2 = CLC
16697       CHI3 = CNAHSO4
16698       CHI4 = CNA2SO4
16699       CHI5 = CNH42S4
16700       CHI6 = CK2SO4
16701       CHI7 = CMGSO4
16702       CHI8 = CKHSO4
16704       PSI1 = CNH4HS4               ! ASSIGN INITIAL PSI's
16705       PSI2 = CLC
16706       PSI3 = CNAHSO4
16707       PSI4 = ZERO
16708       PSI5 = CNH42S4
16709       PSI6 = ZERO
16710       PSI7 = ZERO
16711       PSI8 = ZERO
16713       CALAOU = .TRUE.              ! Outer loop activity calculation flag
16714       PSI4LO = ZERO                ! Low  limit
16715       PSI4HI = CHI4                ! High limit
16718 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
16720       IF (CHI4.LE.TINY) THEN
16721          Y1 = FUNCL52p1 (ZERO)
16722          GOTO 50
16723       ENDIF
16725       X1 = PSI4HI
16726       Y1 = FUNCL52p1 (X1)
16727       YHI= Y1                      ! Save Y-value at HI position
16729 !C *** YHI < 0.0 THE SOLUTION IS ALWAYS UNDERSATURATED WITH NA2SO4 *********
16731       IF (ABS(Y1).LE.EPS .OR. YHI.LT.ZERO) GOTO 50
16733 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
16736       DX = (PSI4HI-PSI4LO)/FLOAT(NDIV)
16737       DO 10 I=1,NDIV
16738          X2 = MAX(X1-DX, PSI4LO)
16739          Y2 = FUNCL52p1 (X2)
16740          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
16741          X1 = X2
16742          Y1 = Y2
16743 10    CONTINUE
16745 !C *** { YLO, YHI } > 0.0 THE SOLUTION IS ALWAYS SUPERSATURATED WITH NA2SO4
16747       YLO= Y1                      ! Save Y-value at Hi position
16748       IF (YLO.GT.ZERO .AND. YHI.GT.ZERO) THEN
16749          Y3 = FUNCL52p1 (ZERO)
16750          GOTO 50
16751       ELSE IF (ABS(Y2) .LT. EPS) THEN   ! X2 IS A SOLUTION
16752          GOTO 50
16753       ELSE
16754          CALL PUSHERR2p1 (0001, 'CALCL5')    ! WARNING ERROR: NO SOLUTION
16755          GOTO 50
16756       ENDIF
16758 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
16760 20    DO 30 I=1,MAXIT
16761          X3 = 0.5*(X1+X2)
16762          Y3 = FUNCL52p1 (X3)
16763          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
16764             Y2    = Y3
16765             X2    = X3
16766          ELSE
16767             Y1    = Y3
16768             X1    = X3
16769          ENDIF
16770          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
16771 30    CONTINUE
16772       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCL5')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
16774 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
16776 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
16777       Y3 = FUNCL52p1 (X3)
16779 50    RETURN
16781 !C *** END OF SUBROUTINE CALCL5 *****************************************
16783       END
16785 !C=======================================================================
16787 !C *** ISORROPIA CODE II
16788 !C *** FUNCTION FUNCL5
16789 !C *** CASE L5
16791 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
16792 !C     1. SULFATE RICH, NO FREE ACID (1.0 <= SULRAT < 2.0)
16793 !C     2. SOLID & LIQUID AEROSOL POSSIBLE
16794 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : K2SO4, CASO4, MGSO4, KHSO4, NA2SO4
16795 !C     4. COMPLETELY DISSOLVED: NH4HSO4, NAHSO4, LC, (NH4)2SO4
16797 !C     SOLUTION IS SAVED IN COMMON BLOCK /CASE/
16798 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
16799 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
16800 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
16802 !C=======================================================================
16804       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCL52p1 (P4)
16805       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
16806       DOUBLE PRECISION LAMDA
16807       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,      &
16808                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,      &
16809                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,    &
16810                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,        &
16811                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6,  &
16812                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
16814 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
16816       PSI4   = P4
16818 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
16820       FRST   = .TRUE.
16821       CALAIN = .TRUE.
16823 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
16825       DO 10 I=1,NSWEEP
16827       A4 = XK5*(WATER/GAMA(2))**3.0
16828       A6 = XK17*(WATER/GAMA(17))**3.0
16829       A8 = XK18*(WATER/GAMA(18))**2.0
16830       A9 = XK1*(WATER)*(GAMA(8)**2.0)/(GAMA(7)**3.0)
16832 !C  CALCULATE DISSOCIATION QUANTITIES
16834 !C      PSI6 = 0.5*(SQRT(A6/A4)*(2.D0*PSI4+PSI3)-PSI8)             ! PSI6
16835 !C      PSI6 = MIN (MAX (PSI6, ZERO), CHI6)
16837       IF (CHI6.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN
16838          AA   = PSI5+PSI4+PSI2+PSI7+PSI8+LAMDA
16839          BB   = PSI8*(PSI5+PSI4+PSI2+PSI7+0.25D0*PSI8+LAMDA)
16840          CC   = 0.25D0*(PSI8*PSI8*(PSI5+PSI4+PSI2+PSI7+LAMDA)-A6)
16841          CALL POLY32p1 (AA, BB, CC, PSI6, ISLV)
16842          IF (ISLV.EQ.0) THEN
16843             PSI6 = MIN (PSI6, CHI6)
16844          ELSE
16845             PSI6 = ZERO
16846          ENDIF
16847       ENDIF
16849       PSI7 = CHI7
16851       BB   = PSI7 + PSI6 + PSI5 + PSI4 + PSI2 + A9               ! LAMDA
16852       CC   = -A9*(PSI8 + PSI1 + PSI2 + PSI3)
16853       DD   = MAX(BB*BB - 4.D0*CC, ZERO)
16854       LAMDA= 0.5D0*(-BB + SQRT(DD))
16855       LAMDA= MIN(MAX (LAMDA, TINY), PSI8+PSI3+PSI2+PSI1)
16857       BITA = PSI3 + PSI2 + PSI1 + 2.D0*PSI6 - LAMDA
16858       CAMA = 2.D0*PSI6*(PSI3 + PSI2 + PSI1 - LAMDA) - A8
16859       DELT  = MAX(BITA*BITA - 4.D0*CAMA, ZERO)
16860       PSI8 = 0.5D0*(-BITA + SQRT(DELT))
16861       PSI8 = MIN(MAX (PSI8, ZERO), CHI8)
16863 !C *** CALCULATE SPECIATION ********************************************
16865       MOLAL(1) = LAMDA                                            ! HI
16866       MOLAL(2) = 2.D0*PSI4 + PSI3                                 ! NAI
16867       MOLAL(3) = 3.D0*PSI2 + 2.D0*PSI5 + PSI1                     ! NH4I
16868       MOLAL(5) = PSI2 + PSI4 + PSI5 + PSI6 + PSI7 + LAMDA         ! SO4I
16869       MOLAL(6) = MAX(PSI2 + PSI3 + PSI1 + PSI8 - LAMDA, TINY)     ! HSO4I
16870       MOLAL(9) = PSI8 + 2.0D0*PSI6                                ! KI
16871       MOLAL(10)= PSI7                                             ! MGI
16873       CLC      = ZERO
16874       CNAHSO4  = ZERO
16875       CNA2SO4  = MAX(CHI4 - PSI4, ZERO)
16876       CNH42S4  = ZERO
16877       CNH4HS4  = ZERO
16878       CK2SO4   = MAX(CHI6 - PSI6, ZERO)
16879       CMGSO4   = ZERO
16880       CKHSO4   = MAX(CHI8 - PSI8, ZERO)
16882       CALL CALCMR2p1                                       ! Water content
16884 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
16887       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
16888          CALL CALCACT2p1
16889       ELSE
16890          GOTO 20
16891       ENDIF
16892 10    CONTINUE
16894 !C *** CALCULATE OBJECTIVE FUNCTION ************************************
16896 20    A4     = XK5 *(WATER/GAMA(2))**3.0
16897       FUNCL52p1 = MOLAL(5)*MOLAL(2)*MOLAL(2)/A4 - ONE
16899       RETURN
16901 !C *** END OF FUNCTION FUNCL5 ****************************************
16903       END
16905 !C=======================================================================
16907 !C *** ISORROPIA CODE II
16908 !C *** SUBROUTINE CALCL4
16909 !C *** CASE L4
16911 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
16912 !C     1. SULFATE RICH, NO FREE ACID (1.0 <= SO4RAT < 2.0)
16913 !C     2. SOLID & LIQUID AEROSOL POSSIBLE
16914 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : K2SO4, CASO4, MGSO4, KHSO4, (NH4)2SO4, NA2SO4
16915 !C     4. COMPLETELY DISSOLVED: NH4HSO4, NAHSO4, LC
16917 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
16918 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
16919 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
16921 !C=======================================================================
16923       SUBROUTINE CALCL42p1
16924       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
16925       DOUBLE PRECISION LAMDA
16926       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,      &
16927                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,      &
16928                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,    &
16929                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,        &
16930                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6,  &
16931                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
16933 !C *** FIND DRY COMPOSITION **********************************************
16935       CALL CALCL1A2p1
16937 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
16939       CHI1 = CNH4HS4               ! Save from CALCL1 run
16940       CHI2 = CLC
16941       CHI3 = CNAHSO4
16942       CHI4 = CNA2SO4
16943       CHI5 = CNH42S4
16944       CHI6 = CK2SO4
16945       CHI7 = CMGSO4
16946       CHI8 = CKHSO4
16948       PSI1 = CNH4HS4               ! ASSIGN INITIAL PSI's
16949       PSI2 = CLC
16950       PSI3 = CNAHSO4
16951       PSI4 = ZERO
16952       PSI5 = ZERO
16953       PSI6 = ZERO
16954       PSI7 = ZERO
16955       PSI8 = ZERO
16957       CALAOU = .TRUE.              ! Outer loop activity calculation flag
16958       PSI4LO = ZERO                ! Low  limit
16959       PSI4HI = CHI4                ! High limit
16961       IF (CHI4.LE.TINY) THEN
16962          Y1 = FUNCL42p1 (ZERO)
16963          GOTO 50
16964       ENDIF
16966 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
16968       X1 = PSI4HI
16969       Y1 = FUNCL42p1 (X1)
16970       YHI= Y1                      ! Save Y-value at HI position
16972 !C *** YHI < 0.0 THE SOLUTION IS ALWAYS UNDERSATURATED WITH NA2SO4 *********
16974       IF (ABS(Y1).LE.EPS .OR. YHI.LT.ZERO) GOTO 50
16976 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
16978       DX = (PSI4HI-PSI4LO)/FLOAT(NDIV)
16979       DO 10 I=1,NDIV
16980          X2 = X1-DX
16981          Y2 = FUNCL42p1 (X2)
16982          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
16983          X1 = X2
16984          Y1 = Y2
16985 10    CONTINUE
16987 !C *** { YLO, YHI } > 0.0 THE SOLUTION IS ALWAYS SUPERSATURATED WITH NA2SO4 **
16989       YLO= Y1                      ! Save Y-value at Hi position
16990       IF (YLO.GT.ZERO .AND. YHI.GT.ZERO) THEN
16991          Y3 = FUNCL42p1 (ZERO)
16992          GOTO 50
16993       ELSE IF (ABS(Y2) .LT. EPS) THEN   ! X2 IS A SOLUTION
16994          GOTO 50
16995       ELSE
16996          CALL PUSHERR2p1 (0001, 'CALCL4')    ! WARNING ERROR: NO SOLUTION
16997          GOTO 50
16998       ENDIF
17000 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
17002 20    DO 30 I=1,MAXIT
17003          X3 = 0.5*(X1+X2)
17004          Y3 = FUNCL42p1 (X3)
17005          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
17006             Y2    = Y3
17007             X2    = X3
17008          ELSE
17009             Y1    = Y3
17010             X1    = X3
17011          ENDIF
17012          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
17013 30    CONTINUE
17014       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCL4')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
17016 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
17018 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
17019       Y3 = FUNCL42p1 (X3)
17021 50    RETURN
17023 !C *** END OF SUBROUTINE CALCL4 *****************************************
17025       END
17027 !C=======================================================================
17029 !C *** ISORROPIA CODE II
17030 !C *** FUNCTION FUNCL4
17031 !C *** CASE L4
17033 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
17034 !C     1. SULFATE RICH, NO FREE ACID (1.0 <= SULRAT < 2.0)
17035 !C     2. SOLID & LIQUID AEROSOL POSSIBLE
17036 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : K2SO4, CASO4, MGSO4, KHSO4, (NH4)2SO4, NA2SO4
17037 !C     4. COMPLETELY DISSOLVED: NH4HSO4, NAHSO4, LC
17039 !C     SOLUTION IS SAVED IN COMMON BLOCK /CASE/
17040 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
17041 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
17042 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
17044 !C=======================================================================
17046       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCL42p1 (P4)
17047       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
17048       DOUBLE PRECISION LAMDA
17049       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,      &
17050                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,      &
17051                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,    &
17052                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,        &
17053                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6,  &
17054                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
17056 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
17058       PSI4   = P4
17060 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
17062       FRST   = .TRUE.
17063       CALAIN = .TRUE.
17065 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
17067       DO 10 I=1,NSWEEP
17069       A4 = XK5*(WATER/GAMA(2))**3.0
17070       A5 = XK7*(WATER/GAMA(4))**3.0
17071       A6 = XK17*(WATER/GAMA(17))**3.0
17072       A8 = XK18*(WATER/GAMA(18))**2.0
17073       A9 = XK1 *WATER/GAMA(7)*(GAMA(8)/GAMA(7))**2.0
17075 !C  CALCULATE DISSOCIATION QUANTITIES
17077       PSI5 = (PSI3 + 2.D0*PSI4 - SQRT(A4/A5)*(3.D0*PSI2 + PSI1))  &! psi5
17078               /2.D0/SQRT(A4/A5)
17079       PSI5 = MAX (MIN (PSI5, CHI5), ZERO)
17081       PSI7 = CHI7
17083       BB   = PSI7 + PSI6 + PSI5 + PSI4 + PSI2 + A9               ! LAMDA
17084       CC   = -A9*(PSI8 + PSI1 + PSI2 + PSI3)
17085       DD   = MAX(BB*BB - 4.D0*CC, ZERO)
17086       LAMDA= 0.5D0*(-BB + SQRT(DD))
17087       LAMDA= MIN(MAX (LAMDA, TINY), PSI8+PSI3+PSI2+PSI1)
17089 !C      PSI6 = 0.5*(SQRT(A6/A4)*(2.D0*PSI4+PSI3)-PSI8)             ! PSI6
17090 !C      PSI6 = MIN (MAX (PSI6, ZERO), CHI6)
17092       IF (CHI6.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN
17093          AA   = PSI5+PSI4+PSI2+PSI7+PSI8+LAMDA
17094          BB   = PSI8*(PSI5+PSI4+PSI2+PSI7+0.25D0*PSI8+LAMDA)
17095          CC   = 0.25D0*(PSI8*PSI8*(PSI5+PSI4+PSI2+PSI7+LAMDA)-A6)
17096          CALL POLY32p1 (AA, BB, CC, PSI6, ISLV)
17097          IF (ISLV.EQ.0) THEN
17098             PSI6 = MIN (PSI6, CHI6)
17099          ELSE
17100             PSI6 = ZERO
17101          ENDIF
17102       ENDIF
17104       BITA = PSI3 + PSI2 + PSI1 + 2.D0*PSI6 - LAMDA
17105       CAMA = 2.D0*PSI6*(PSI3 + PSI2 + PSI1 - LAMDA) - A8
17106       DELT  = MAX(BITA*BITA - 4.D0*CAMA, ZERO)
17107       PSI8 = 0.5D0*(-BITA + SQRT(DELT))
17108       PSI8 = MIN(MAX (PSI8, ZERO), CHI8)
17110 !C *** CALCULATE SPECIATION ********************************************
17112       MOLAL(1) = LAMDA                                            ! HI
17113       MOLAL(2) = 2.D0*PSI4 + PSI3                                 ! NAI
17114       MOLAL(3) = 3.D0*PSI2 + 2.D0*PSI5 + PSI1                     ! NH4I
17115       MOLAL(5) = PSI2 + PSI4 + PSI5 + PSI6 + PSI7 + LAMDA         ! SO4I
17116       MOLAL(6) = MAX(PSI2 + PSI3 + PSI1 + PSI8 - LAMDA, TINY)     ! HSO4I
17117       MOLAL(9) = PSI8 + 2.0D0*PSI6                                ! KI
17118       MOLAL(10)= PSI7                                             ! MGI
17120       CLC      = ZERO
17121       CNAHSO4  = ZERO
17122       CNA2SO4  = MAX(CHI4 - PSI4, ZERO)
17123       CNH42S4  = MAX(CHI5 - PSI5, ZERO)
17124       CNH4HS4  = ZERO
17125       CK2SO4   = MAX(CHI6 - PSI6, ZERO)
17126       CMGSO4   = ZERO
17127       CKHSO4   = MAX(CHI8 - PSI8, ZERO)
17128       CALL CALCMR2p1                                       ! Water content
17130 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
17132       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
17133          CALL CALCACT2p1
17134       ELSE
17135          GOTO 20
17136       ENDIF
17137 10    CONTINUE
17139 !C *** CALCULATE OBJECTIVE FUNCTION ************************************
17141 20    A4     = XK5 *(WATER/GAMA(2))**3.0
17142       FUNCL42p1 = MOLAL(5)*MOLAL(2)*MOLAL(2)/A4 - ONE
17143       RETURN
17145 !C *** END OF FUNCTION FUNCL4 ****************************************
17147       END
17148 !C=======================================================================
17150 !C *** ISORROPIA CODE II
17151 !C *** SUBROUTINE CALCL3
17152 !C *** CASE L3
17154 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
17155 !C     1. SULFATE RICH, NO FREE ACID (1.0 <= SO4RAT < 2.0)
17156 !C     2. SOLID & LIQUID AEROSOL POSSIBLE
17157 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : K2SO4, CASO4, MGSO4, KHSO4, NH4HSO4, NAHSO4, (NH4)2SO4, NA2SO4, LC
17159 !C     THERE ARE THREE REGIMES IN THIS CASE:
17160 !C     1.(NA,NH4)HSO4(s) POSSIBLE. LIQUID & SOLID AEROSOL (SUBROUTINE CALCI3A)
17161 !C     2.(NA,NH4)HSO4(s) NOT POSSIBLE, AND RH < MDRH. SOLID AEROSOL ONLY
17162 !C     3.(NA,NH4)HSO4(s) NOT POSSIBLE, AND RH >= MDRH. SOLID & LIQUID AEROSOL
17164 !C     REGIMES 2. AND 3. ARE CONSIDERED TO BE THE SAME AS CASES I1A, I2B
17165 !C     RESPECTIVELY
17167 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
17168 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
17169 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS & ATHANASIOS NENES
17171 !C=======================================================================
17173       SUBROUTINE CALCL32p1
17174       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
17175       EXTERNAL CALCL1A2p1, CALCL42p1
17177 !C *** FIND DRY COMPOSITION *********************************************
17179       CALL CALCL1A2p1
17181 !C *** REGIME DEPENDS UPON THE POSSIBLE SOLIDS & RH *********************
17183       IF (CNH4HS4.GT.TINY .OR. CNAHSO4.GT.TINY) THEN
17184          SCASE = 'L3 ; SUBCASE 1'
17185          CALL CALCL3A2p1                     ! FULL SOLUTION
17186          SCASE = 'L3 ; SUBCASE 1'
17187       ENDIF
17189       IF (WATER.LE.TINY) THEN
17190          IF (RH.LT.DRML3) THEN         ! SOLID SOLUTION
17191             WATER = TINY
17192             DO 10 I=1,NIONS
17193                MOLAL(I) = ZERO
17194 10          CONTINUE
17195             CALL CALCL1A2p1
17196             SCASE = 'L3 ; SUBCASE 2'
17198          ELSEIF (RH.GE.DRML3) THEN     ! MDRH OF L3
17199             SCASE = 'L3 ; SUBCASE 3'
17200             CALL CALCMDRH22p1 (RH, DRML3, DRLC, CALCL1A2p1, CALCL42p1)
17201             SCASE = 'L3 ; SUBCASE 3'
17202          ENDIF
17203       ENDIF
17205       RETURN
17207 !C *** END OF SUBROUTINE CALCL3 *****************************************
17209       END
17211 !C=======================================================================
17213 !C *** ISORROPIA CODE II
17214 !C *** SUBROUTINE CALCL3A
17215 !C *** CASE L3 ; SUBCASE 1
17217 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
17218 !C     1. SULFATE RICH, NO FREE ACID (1.0 <= SO4RAT < 2.0)
17219 !C     2. SOLID & LIQUID AEROSOL POSSIBLE
17220 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : K2SO4, CASO4, MGSO4, KHSO4, (NH4)2SO4, NA2SO4, LC
17221 !C     4. COMPLETELY DISSOLVED: NH4HSO4, NAHSO4
17223 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
17224 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
17225 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
17227 !C=======================================================================
17229       SUBROUTINE CALCL3A2p1
17230       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
17231       DOUBLE PRECISION LAMDA
17232       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,      &
17233                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,      &
17234                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,    &
17235                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,        &
17236                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6,  &
17237                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
17239 !C *** FIND DRY COMPOSITION **********************************************
17241       CALL CALCL1A2p1
17243 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
17245       CHI1 = CNH4HS4               ! Save from CALCL1 run
17246       CHI2 = CLC
17247       CHI3 = CNAHSO4
17248       CHI4 = CNA2SO4
17249       CHI5 = CNH42S4
17250       CHI6 = CK2SO4
17251       CHI7 = CMGSO4
17252       CHI8 = CKHSO4
17254       PSI1 = CNH4HS4               ! ASSIGN INITIAL PSI's
17255       PSI2 = ZERO
17256       PSI3 = CNAHSO4
17257       PSI4 = ZERO
17258       PSI5 = ZERO
17259       PSI6 = ZERO
17260       PSI7 = ZERO
17261       PSI8 = ZERO
17263       CALAOU = .TRUE.              ! Outer loop activity calculation flag
17264       PSI2LO = ZERO                ! Low  limit
17265       PSI2HI = CHI2                ! High limit
17267 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
17269       X1 = PSI2HI
17270       Y1 = FUNCL3A2p1 (X1)
17271       YHI= Y1                      ! Save Y-value at HI position
17273 !C *** YHI < 0.0 THE SOLUTION IS ALWAYS UNDERSATURATED WITH LC *********
17275       IF (YHI.LT.EPS) GOTO 50
17277 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
17279       DX = (PSI2HI-PSI2LO)/FLOAT(NDIV)
17280       DO 10 I=1,NDIV
17281          X2 = MAX(X1-DX, PSI2LO)
17282          Y2 = FUNCL3A2p1 (X2)
17283          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
17284          X1 = X2
17285          Y1 = Y2
17286 10    CONTINUE
17288 !C *** { YLO, YHI } > 0.0 THE SOLUTION IS ALWAYS SUPERSATURATED WITH LC
17290       IF (Y2.GT.EPS) Y2 = FUNCL3A2p1 (ZERO)
17291       GOTO 50
17293 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
17295 20    DO 30 I=1,MAXIT
17296          X3 = 0.5*(X1+X2)
17297          Y3 = FUNCL3A2p1 (X3)
17298          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
17299             Y2    = Y3
17300             X2    = X3
17301          ELSE
17302             Y1    = Y3
17303             X1    = X3
17304          ENDIF
17305          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
17306 30    CONTINUE
17307       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCL3A')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
17309 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
17311 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
17312       Y3 = FUNCL3A2p1 (X3)
17314 50    RETURN
17316 !C *** END OF SUBROUTINE CALCL3A *****************************************
17318       END
17320 !C=======================================================================
17322 !C *** ISORROPIA CODE II
17323 !C *** SUBROUTINE FUNCL3A
17324 !C *** CASE L3 ; SUBCASE 1
17326 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
17327 !C     1. SULFATE RICH, NO FREE ACID (1.0 <= SO4RAT < 2.0)
17328 !C     2. SOLID & LIQUID AEROSOL POSSIBLE
17329 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : K2SO4, CASO4, MGSO4, KHSO4, (NH4)2SO4, NA2SO4, LC
17330 !C     4. COMPLETELY DISSOLVED: NH4HSO4, NAHSO4
17332 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
17333 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
17334 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
17336 !C=======================================================================
17338       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCL3A2p1 (P2)
17339       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
17340       DOUBLE PRECISION LAMDA
17341       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,     &
17342                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,     &
17343                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,   &
17344                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,       &
17345                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6, &
17346                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
17348 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
17351       PSI2   = P2                  ! Save PSI2 in COMMON BLOCK
17352       PSI4LO = ZERO                ! Low  limit for PSI4
17353       PSI4HI = CHI4                ! High limit for PSI4
17355 !C *** IF NH3 =0, CALL FUNCL3B FOR Y4=0 ********************************
17357       IF (CHI4.LE.TINY) THEN
17358          FUNCL3A2p1 = FUNCL3B2p1 (ZERO)
17359          GOTO 50
17360       ENDIF
17362 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
17364       X1 = PSI4HI
17365       Y1 = FUNCL3B2p1 (X1)
17366       IF (ABS(Y1).LE.EPS) GOTO 50
17367       YHI= Y1                      ! Save Y-value at HI position
17369 !C *** YHI < 0.0 THE SOLUTION IS ALWAYS UNDERSATURATED WITH NA2SO4 *********
17371       IF (YHI.LT.ZERO) GOTO 50
17373 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
17375       DX = (PSI4HI-PSI4LO)/FLOAT(NDIV)
17376       DO 10 I=1,NDIV
17377          X2 = MAX(X1-DX, PSI4LO)
17378          Y2 = FUNCL3B2p1 (X2)
17379          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
17380          X1 = X2
17381          Y1 = Y2
17382 10    CONTINUE
17384 !C *** { YLO, YHI } > 0.0 THE SOLUTION IS ALWAYS SUPERSATURATED WITH NA2SO4
17386       IF (Y2.GT.EPS) Y2 = FUNCL3B2p1 (PSI4LO)
17387       GOTO 50
17389 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
17391 20    DO 30 I=1,MAXIT
17392          X3 = 0.5*(X1+X2)
17393          Y3 = FUNCL3B2p1 (X3)
17394          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
17395             Y2    = Y3
17396             X2    = X3
17397          ELSE
17398             Y1    = Y3
17399             X1    = X3
17400          ENDIF
17401          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
17402 30    CONTINUE
17403       CALL PUSHERR2p1 (0004, 'FUNCL3A2p1')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
17405 !C *** INNER LOOP CONVERGED **********************************************
17407 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
17408       Y3 = FUNCL3B2p1 (X3)
17410 !C *** CALCULATE FUNCTION VALUE FOR INTERNAL LOOP ***************************
17412 50    A2      = XK13*(WATER/GAMA(13))**5.0
17413       FUNCL3A2p1 = MOLAL(5)*MOLAL(6)*MOLAL(3)**3.0/A2 - ONE
17414       RETURN
17416 !C *** END OF FUNCTION FUNCL3A *******************************************
17418       END
17420 !C=======================================================================
17422 !C *** ISORROPIA CODE II
17423 !C *** FUNCTION FUNCL3B
17424 !C *** CASE L3 ; SUBCASE 2
17426 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
17427 !C     1. SULFATE RICH, NO FREE ACID (1.0 <= SULRAT < 2.0)
17428 !C     2. SOLID & LIQUID AEROSOL POSSIBLE
17429 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : K2SO4, CASO4, MGSO4, KHSO4, (NH4)2SO4, NA2SO4, LC
17430 !C     4. COMPLETELY DISSOLVED: NH4HSO4, NAHSO4
17432 !C     SOLUTION IS SAVED IN COMMON BLOCK /CASE/
17433 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
17434 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
17435 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
17437 !C=======================================================================
17439       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCL3B2p1 (P4)
17440       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
17441       DOUBLE PRECISION LAMDA
17442       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,     &
17443                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,     &
17444                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,   &
17445                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,       &
17446                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6, &
17447                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
17449 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
17451       PSI4   = P4
17453       FRST   = .TRUE.
17454       CALAIN = .TRUE.
17456 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
17458       DO 10 I=1,NSWEEP
17460       A4 = XK5*(WATER/GAMA(2))**3.0
17461       A5 = XK7*(WATER/GAMA(4))**3.0
17462       A6 = XK17*(WATER/GAMA(17))**3.0
17463       A8 = XK18*(WATER/GAMA(18))**2.0
17464       A9 = XK1*(WATER)*(GAMA(8)**2.0)/(GAMA(7)**3.0)
17466 !C  CALCULATE DISSOCIATION QUANTITIES
17468       PSI5 = (PSI3 + 2.D0*PSI4 - SQRT(A4/A5)*(3.D0*PSI2 + PSI1)) & ! psi5
17469               /2.D0/SQRT(A4/A5)
17470       PSI5 = MAX (MIN (PSI5, CHI5), ZERO)
17472       PSI7 = CHI7
17474       BB   = PSI7 + PSI6 + PSI5 + PSI4 + PSI2 + A9               ! LAMDA
17475       CC   = -A9*(PSI8 + PSI1 + PSI2 + PSI3)
17476       DD   = MAX(BB*BB - 4.D0*CC, ZERO)
17477       LAMDA= 0.5D0*(-BB + SQRT(DD))
17478       LAMDA= MIN(MAX (LAMDA, TINY), PSI8+PSI3+PSI2+PSI1)
17480 !C      PSI6 = 0.5*(SQRT(A6/A4)*(2.D0*PSI4+PSI3)-PSI8)             ! PSI6
17481 !C      PSI6 = MIN (MAX (PSI6, ZERO), CHI6)
17483       IF (CHI6.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN
17484          AA   = PSI5+PSI4+PSI2+PSI7+PSI8+LAMDA
17485          BB   = PSI8*(PSI5+PSI4+PSI2+PSI7+0.25D0*PSI8+LAMDA)
17486          CC   = 0.25D0*(PSI8*PSI8*(PSI5+PSI4+PSI2+PSI7+LAMDA)-A6)
17487          CALL POLY32p1 (AA, BB, CC, PSI6, ISLV)
17488          IF (ISLV.EQ.0) THEN
17489             PSI6 = MIN (PSI6, CHI6)
17490          ELSE
17491             PSI6 = ZERO
17492          ENDIF
17493       ENDIF
17495       BITA = PSI3 + PSI2 + PSI1 + 2.D0*PSI6 - LAMDA
17496       CAMA = 2.D0*PSI6*(PSI3 + PSI2 + PSI1 - LAMDA) - A8
17497       DELT  = MAX(BITA*BITA - 4.D0*CAMA, ZERO)
17498       PSI8 = 0.5D0*(-BITA + SQRT(DELT))
17499       PSI8 = MIN(MAX (PSI8, ZERO), CHI8)
17501 !C *** CALCULATE SPECIATION ********************************************
17503       MOLAL(1) = LAMDA                                            ! HI
17504       MOLAL(2) = 2.D0*PSI4 + PSI3                                 ! NAI
17505       MOLAL(3) = 3.D0*PSI2 + 2.D0*PSI5 + PSI1                     ! NH4I
17506       MOLAL(5) = PSI2 + PSI4 + PSI5 + PSI6 + PSI7 + LAMDA         ! SO4I
17507       MOLAL(6) = MAX(PSI2 + PSI3 + PSI1 + PSI8 - LAMDA, TINY)     ! HSO4I
17508       MOLAL(9) = PSI8 + 2.0D0*PSI6                                ! KI
17509       MOLAL(10)= PSI7                                             ! MGI
17511       CLC      = MAX(CHI2 - PSI2, ZERO)
17512       CNAHSO4  = ZERO
17513       CNA2SO4  = MAX(CHI4 - PSI4, ZERO)
17514       CNH42S4  = MAX(CHI5 - PSI5, ZERO)
17515       CNH4HS4  = ZERO
17516       CK2SO4   = MAX(CHI6 - PSI6, ZERO)
17517       CMGSO4   = MAX(CHI7 - PSI7, ZERO)
17518       CKHSO4   = MAX(CHI8 - PSI8, ZERO)
17519       CALL CALCMR2p1                                       ! Water content
17521 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
17523       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
17524          CALL CALCACT2p1
17525       ELSE
17526          GOTO 20
17527       ENDIF
17528 10    CONTINUE
17530 !C *** CALCULATE OBJECTIVE FUNCTION ************************************
17532 20    A4     = XK5 *(WATER/GAMA(2))**3.0
17533       FUNCL3B2p1 = MOLAL(5)*MOLAL(2)*MOLAL(2)/A4 - ONE
17534       RETURN
17536 !C *** END OF FUNCTION FUNCL3B ****************************************
17538       END
17540 !C=======================================================================
17542 !C *** ISORROPIA CODE II
17543 !C *** SUBROUTINE CALCL2
17544 !C *** CASE L2
17546 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
17547 !C     1. SULFATE RICH, NO FREE ACID (1.0 <= SO4RAT < 2.0)
17548 !C     2. SOLID & LIQUID AEROSOL POSSIBLE
17549 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : K2SO4, CASO4, MGSO4, KHSO4, NH4HSO4, NAHSO4, (NH4)2SO4, NA2SO4, LC
17551 !C     THERE ARE THREE REGIMES IN THIS CASE:
17552 !C     1. NH4HSO4(s) POSSIBLE. LIQUID & SOLID AEROSOL (SUBROUTINE CALCL2A)
17553 !C     2. NH4HSO4(s) NOT POSSIBLE, AND RH < MDRH. SOLID AEROSOL ONLY
17554 !C     3. NH4HSO4(s) NOT POSSIBLE, AND RH >= MDRH. SOLID & LIQUID AEROSOL
17556 !C     REGIMES 2. AND 3. ARE CONSIDERED TO BE THE SAME AS CASES L1A, L2B
17557 !C     RESPECTIVELY
17559 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
17560 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
17561 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS & ATHANASIOS NENES
17563 !C=======================================================================
17565       SUBROUTINE CALCL22p1
17566       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
17567       EXTERNAL CALCL1A2p1, CALCL3A2p1
17569 !C *** FIND DRY COMPOSITION **********************************************
17571       CALL CALCL1A2p1
17573 !C *** REGIME DEPENDS UPON THE POSSIBLE SOLIDS & RH **********************
17575       IF (CNH4HS4.GT.TINY) THEN
17576          SCASE = 'L2 ; SUBCASE 1'
17577          CALL CALCL2A2p1
17578          SCASE = 'L2 ; SUBCASE 1'
17579       ENDIF
17581       IF (WATER.LE.TINY) THEN
17582          IF (RH.LT.DRML2) THEN         ! SOLID SOLUTION ONLY
17583             WATER = TINY
17584             DO 10 I=1,NIONS
17585                MOLAL(I) = ZERO
17586 10          CONTINUE
17587             CALL CALCL1A2p1
17588             SCASE = 'L2 ; SUBCASE 2'
17590          ELSEIF (RH.GE.DRML2) THEN     ! MDRH OF L2
17591             SCASE = 'L2 ; SUBCASE 3'
17592             CALL CALCMDRH22p1 (RH, DRML2, DRNAHSO4, CALCL1A2p1, CALCL3A2p1)
17593             SCASE = 'L2 ; SUBCASE 3'
17594          ENDIF
17595       ENDIF
17597       RETURN
17599 !C *** END OF SUBROUTINE CALCL2 ******************************************
17601       END
17603 !C=======================================================================
17605 !C *** ISORROPIA CODE II
17606 !C *** SUBROUTINE CALCL2A
17607 !C *** CASE L2 ; SUBCASE 1
17609 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
17610 !C     1. SULFATE RICH, NO FREE ACID (1.0 <= SO4RAT < 2.0)
17611 !C     2. SOLID & LIQUID AEROSOL POSSIBLE
17612 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : K2SO4, CASO4, MGSO4, KHSO4, NAHSO4, (NH4)2SO4, NA2SO4, LC
17613 !C     4. COMPLETELY DISSOLVED: NH4HSO4
17615 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
17616 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
17617 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
17619 !C=======================================================================
17621       SUBROUTINE CALCL2A2p1
17622       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
17623       DOUBLE PRECISION LAMDA
17624       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,       &
17625                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,       &
17626                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,     &
17627                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,         &
17628                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6,   &
17629                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
17631 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
17633       CHI1 = CNH4HS4               ! Save from CALCL1 run
17634       CHI2 = CLC
17635       CHI3 = CNAHSO4
17636       CHI4 = CNA2SO4
17637       CHI5 = CNH42S4
17638       CHI6 = CK2SO4
17639       CHI7 = CMGSO4
17640       CHI8 = CKHSO4
17643       PSI1 = CNH4HS4               ! ASSIGN INITIAL PSI's
17644       PSI2 = ZERO
17645       PSI3 = ZERO
17646       PSI4 = ZERO
17647       PSI5 = ZERO
17648       PSI6 = ZERO
17649       PSI7 = ZERO
17650       PSI8 = ZERO
17652       CALAOU = .TRUE.              ! Outer loop activity calculation flag
17653       PSI2LO = ZERO                ! Low  limit
17654       PSI2HI = CHI2                ! High limit
17656 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
17658       X1 = PSI2HI
17659       Y1 = FUNCL2A2p1 (X1)
17660       YHI= Y1                      ! Save Y-value at HI position
17662 !C *** YHI < 0.0 THE SOLUTION IS ALWAYS UNDERSATURATED WITH NA2SO4 *********
17664       IF (YHI.LT.EPS) GOTO 50
17666 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
17668       DX = (PSI2HI-PSI2LO)/FLOAT(NDIV)
17669       DO 10 I=1,NDIV
17670          X2 = MAX(X1-DX, PSI2LO)
17671          Y2 = FUNCL2A2p1 (X2)
17672          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
17673          X1 = X2
17674          Y1 = Y2
17675 10    CONTINUE
17677 !C *** { YLO, YHI } > 0.0 THE SOLUTION IS ALWAYS SUPERSATURATED WITH NA2SO4
17679       IF (Y2.GT.EPS) Y2 = FUNCL2A2p1 (ZERO)
17680       GOTO 50
17682 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
17684 20    DO 30 I=1,MAXIT
17685          X3 = 0.5*(X1+X2)
17686          Y3 = FUNCL2A2p1 (X3)
17687          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
17688             Y2    = Y3
17689             X2    = X3
17690          ELSE
17691             Y1    = Y3
17692             X1    = X3
17693          ENDIF
17694          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
17695 30    CONTINUE
17696       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCL2A')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
17698 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
17700 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
17701       Y3 = FUNCL2A2p1 (X3)
17703 50    RETURN
17705 !C *** END OF SUBROUTINE CALCL2A *****************************************
17707       END
17709 !C=======================================================================
17711 !C *** ISORROPIA CODE II
17712 !C *** SUBROUTINE FUNCL2A
17713 !C *** CASE L2 ; SUBCASE 1
17715 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
17716 !C     1. SULFATE RICH, NO FREE ACID (1.0 <= SO4RAT < 2.0)
17717 !C     2. SOLID & LIQUID AEROSOL POSSIBLE
17718 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : K2SO4, CASO4, MGSO4, KHSO4, NAHSO4, (NH4)2SO4, NA2SO4, LC
17719 !C     4. COMPLETELY DISSOLVED: NH4HSO4
17721 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
17722 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
17723 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
17725 !C=======================================================================
17727       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCL2A2p1 (P2)
17728       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
17729       DOUBLE PRECISION LAMDA
17730       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,      &
17731                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,      &
17732                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,    &
17733                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,        &
17734                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6,  &
17735                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
17737 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
17740       PSI2   = P2                  ! Save PSI3 in COMMON BLOCK
17741       PSI4LO = ZERO                ! Low  limit for PSI4
17742       PSI4HI = CHI4                ! High limit for PSI4
17744 !C *** IF NH3 =0, CALL FUNCL3B FOR Y4=0 ********************************
17747       IF (CHI4.LE.TINY) THEN
17748          FUNCL2A2p1 = FUNCL2B2p1 (ZERO)
17749          GOTO 50
17750       ENDIF
17752 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
17755       X1 = PSI4HI
17756       Y1 = FUNCL2B2p1 (X1)
17758       IF (ABS(Y1).LE.EPS) GOTO 50
17759       YHI= Y1                      ! Save Y-value at HI position
17761 !C *** YHI < 0.0 THE SOLUTION IS ALWAYS UNDERSATURATED WITH LC *********
17763       IF (YHI.LT.ZERO) GOTO 50
17765 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
17767       DX = (PSI4HI-PSI4LO)/FLOAT(NDIV)
17768       DO 10 I=1,NDIV
17769          X2 = MAX(X1-DX, PSI4LO)
17770          Y2 = FUNCL2B2p1 (X2)
17771          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
17772          X1 = X2
17773          Y1 = Y2
17774 10    CONTINUE
17776 !C *** { YLO, YHI } > 0.0 THE SOLUTION IS ALWAYS SUPERSATURATED WITH LC
17778       IF (Y2.GT.EPS) Y2 = FUNCL2B2p1 (PSI4LO)
17779       GOTO 50
17781 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
17783 20    DO 30 I=1,MAXIT
17784          X3 = 0.5*(X1+X2)
17785          Y3 = FUNCL2B2p1 (X3)
17786          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
17787             Y2    = Y3
17788             X2    = X3
17789          ELSE
17790             Y1    = Y3
17791             X1    = X3
17792          ENDIF
17793          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
17794 30    CONTINUE
17795       CALL PUSHERR2p1 (0004, 'FUNCL2A2p1')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
17797 !C *** INNER LOOP CONVERGED **********************************************
17799 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
17800       Y3 = FUNCL2B2p1 (X3)
17802 !C *** CALCULATE FUNCTION VALUE FOR OUTER LOOP ***************************
17804 50    A2      = XK13*(WATER/GAMA(13))**5.0
17805       FUNCL2A2p1 = MOLAL(5)*MOLAL(6)*MOLAL(3)**3.0/A2 - ONE
17806       RETURN
17808 !C *** END OF FUNCTION FUNCL2A *******************************************
17810       END
17812 !C=======================================================================
17814 !C *** ISORROPIA CODE II
17815 !C *** SUBROUTINE FUNCL2B
17816 !C *** CASE L2 ; SUBCASE 2
17818 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
17819 !C     1. SULFATE RICH, NO FREE ACID (1.0 <= SO4RAT < 2.0)
17820 !C     2. SOLID & LIQUID AEROSOL POSSIBLE
17821 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : K2SO4, CASO4, MGSO4, KHSO4, NAHSO4, (NH4)2SO4, NA2SO4, LC
17822 !C     4. COMPLETELY DISSOLVED: NH4HSO4
17824 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
17825 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
17826 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
17828 !C=======================================================================
17830       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCL2B2p1 (P4)
17831       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
17832       DOUBLE PRECISION LAMDA
17833       COMMON /SOLUT2p1/ CHI1, CHI2, CHI3, CHI4, CHI5, CHI6, CHI7, CHI8,      &
17834                      CHI9, CHI10, CHI11, CHI12, CHI13, CHI14, CHI15,      &
17835                      CHI16, CHI17, PSI1, PSI2, PSI3, PSI4, PSI5, PSI6,    &
17836                      PSI7, PSI8, PSI9, PSI10, PSI11, PSI12, PSI13,        &
17837                      PSI14, PSI15, PSI16, PSI17, A1, A2, A3, A4, A5, A6,  &
17838                      A7, A8, A9, A10, A11, A12, A13, A14, A15, A16, A17
17840 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
17842       PSI4   = P4                  ! Save PSI4 in COMMON BLOCK
17844 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
17846       FRST   = .TRUE.
17847       CALAIN = .TRUE.
17848       PSI3   = CHI3
17849       PSI5   = CHI5
17850       LAMDA  = ZERO
17851       PSI6   = CHI6
17852       PSI8   = CHI8
17854 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
17856       DO 10 I=1,NSWEEP
17858       A3 = XK11*(WATER/GAMA(12))**2.0
17859       A4 = XK5*(WATER/GAMA(2))**3.0
17860       A5 = XK7*(WATER/GAMA(4))**3.0
17861       A6 = XK17*(WATER/GAMA(17))**3.0
17862       A8 = XK18*(WATER/GAMA(18))**2.0
17863       A9 = XK1*(WATER)*(GAMA(8)**2.0)/(GAMA(7)**3.0)
17865 !C  CALCULATE DISSOCIATION QUANTITIES
17867       PSI5 = (PSI3 + 2.D0*PSI4 - SQRT(A4/A5)*(3.D0*PSI2 + PSI1)) &! psi5
17868               /2.D0/SQRT(A4/A5)
17869       PSI5 = MAX (MIN (PSI5, CHI5), ZERO)
17871       IF (CHI3.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN
17872          AA   = 2.D0*PSI4 + PSI2 + PSI1 + PSI8 - LAMDA
17873          BB   = 2.D0*PSI4*(PSI2 + PSI1 + PSI8 - LAMDA) - A3
17874          CC   = ZERO
17875          CALL POLY32p1 (AA, BB, CC, PSI3, ISLV)
17876          IF (ISLV.EQ.0) THEN
17877             PSI3 = MIN (PSI3, CHI3)
17878          ELSE
17879             PSI3 = ZERO
17880          ENDIF
17881       ENDIF
17883       PSI7 = CHI7
17885       BB   = PSI7 + PSI6 + PSI5 + PSI4 + PSI2 + A9               ! LAMDA
17886       CC   = -A9*(PSI8 + PSI1 + PSI2 + PSI3)
17887       DD   = MAX(BB*BB - 4.D0*CC, ZERO)
17888       LAMDA= 0.5D0*(-BB + SQRT(DD))
17889       LAMDA= MIN(MAX (LAMDA, TINY), PSI8+PSI3+PSI2+PSI1)
17891 !C      PSI6 = 0.5*(SQRT(A6/A4)*(2.D0*PSI4+PSI3)-PSI8)             ! PSI6
17892 !C      PSI6 = MIN (MAX (PSI6, ZERO), CHI6)
17894       IF (CHI6.GT.TINY .AND. WATER.GT.TINY) THEN
17895          AA   = PSI5+PSI4+PSI2+PSI7+PSI8+LAMDA
17896          BB   = PSI8*(PSI5+PSI4+PSI2+PSI7+0.25D0*PSI8+LAMDA)
17897          CC   = 0.25D0*(PSI8*PSI8*(PSI5+PSI4+PSI2+PSI7+LAMDA)-A6)
17898          CALL POLY32p1 (AA, BB, CC, PSI6, ISLV)
17899          IF (ISLV.EQ.0) THEN
17900             PSI6 = MIN (PSI6, CHI6)
17901          ELSE
17902             PSI6 = ZERO
17903          ENDIF
17904       ENDIF
17906       BITA = PSI3 + PSI2 + PSI1 + 2.D0*PSI6 - LAMDA              ! PSI8
17907       CAMA = 2.D0*PSI6*(PSI3 + PSI2 + PSI1 - LAMDA) - A8
17908       DELT  = MAX(BITA*BITA - 4.D0*CAMA, ZERO)
17909       PSI8 = 0.5D0*(-BITA + SQRT(DELT))
17910       PSI8 = MIN(MAX (PSI8, ZERO), CHI8)
17912 !C *** CALCULATE SPECIATION ********************************************
17914       MOLAL(1) = LAMDA                                            ! HI
17915       MOLAL(2) = 2.D0*PSI4 + PSI3                                 ! NAI
17916       MOLAL(3) = 3.D0*PSI2 + 2.D0*PSI5 + PSI1                     ! NH4I
17917       MOLAL(5) = PSI2 + PSI4 + PSI5 + PSI6 + PSI7 + LAMDA         ! SO4I
17918       MOLAL(6) = MAX(PSI2 + PSI3 + PSI1 + PSI8 - LAMDA, TINY)     ! HSO4I
17919       MOLAL(9) = PSI8 + 2.0D0*PSI6                                ! KI
17920       MOLAL(10)= PSI7                                             ! MGI
17922       CLC      = MAX(CHI2 - PSI2, ZERO)
17923       CNAHSO4  = MAX(CHI3 - PSI3, ZERO)
17924       CNA2SO4  = MAX(CHI4 - PSI4, ZERO)
17925       CNH42S4  = MAX(CHI5 - PSI5, ZERO)
17926       CNH4HS4  = ZERO
17927       CK2SO4   = MAX(CHI6 - PSI6, ZERO)
17928       CMGSO4   = MAX(CHI7 - PSI7, ZERO)
17929       CKHSO4   = MAX(CHI8 - PSI8, ZERO)
17930       CALL CALCMR2p1                                       ! Water content
17932 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
17934       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
17935          CALL CALCACT2p1
17936       ELSE
17937          GOTO 20
17938       ENDIF
17939 10    CONTINUE
17941 !C *** CALCULATE OBJECTIVE FUNCTION ************************************
17943 20    A4     = XK5 *(WATER/GAMA(2))**3.0
17944       FUNCL2B2p1 = MOLAL(5)*MOLAL(2)*MOLAL(2)/A4 - ONE
17945       RETURN
17947 !C *** END OF FUNCTION FUNCL2B ****************************************
17949       END
17951 !C=======================================================================
17953 !C *** ISORROPIA CODE II
17954 !C *** SUBROUTINE CALCL1
17955 !C *** CASE L1
17957 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
17958 !C     1. SULFATE RICH, NO FREE ACID (1.0 <= SO4RAT < 2.0)
17959 !C     2. SOLID & LIQUID AEROSOL POSSIBLE
17960 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : K2SO4, CASO4, MGSO4, KHSO4, NH4HSO4, NAHSO4, (NH4)2SO4, NA2SO4, LC
17962 !C     THERE ARE TWO POSSIBLE REGIMES HERE, DEPENDING ON RELATIVE HUMIDITY:
17963 !C     1. WHEN RH >= MDRH ; LIQUID PHASE POSSIBLE (MDRH REGION)
17964 !C     2. WHEN RH < MDRH  ; ONLY SOLID PHASE POSSIBLE (SUBROUTINE CALCI1A)
17966 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY,
17967 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
17968 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS & ATHANASIOS NENES
17970 !C=======================================================================
17972       SUBROUTINE CALCL12p1
17973       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
17974       EXTERNAL CALCL1A2p1, CALCL2A2p1
17976 !C *** REGIME DEPENDS UPON THE AMBIENT RELATIVE HUMIDITY *****************
17978       IF (RH.LT.DRML1) THEN
17979          SCASE = 'L1 ; SUBCASE 1'
17980          CALL CALCL1A2p1              ! SOLID PHASE ONLY POSSIBLE
17981          SCASE = 'L1 ; SUBCASE 1'
17982       ELSE
17983          SCASE = 'L1 ; SUBCASE 2'  ! LIQUID & SOLID PHASE POSSIBLE
17984          CALL CALCMDRH22p1 (RH, DRML1, DRNH4HS4, CALCL1A2p1, CALCL2A2p1)
17985          SCASE = 'L1 ; SUBCASE 2'
17986       ENDIF
17988 !C *** AMMONIA IN GAS PHASE **********************************************
17990 !C      CALL CALCNH3
17992       RETURN
17994 !C *** END OF SUBROUTINE CALCL1 ******************************************
17996       END
17998 !C=======================================================================
18000 !C *** ISORROPIA CODE II
18001 !C *** SUBROUTINE CALCL1A
18002 !C *** CASE L1A
18004 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
18005 !C     1. SULFATE RICH, NO FREE ACID (1.0 <= SO4RAT < 2.0)
18006 !C     2. SOLID AEROSOL ONLY
18007 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : K2SO4, CASO4, MGSO4, KHSO4, NH4HSO4, NAHSO4, (NH4)2SO4, NA2SO4, LC
18009 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
18010 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
18011 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
18013 !C=======================================================================
18015       SUBROUTINE CALCL1A2p1
18016       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
18018 !C *** CALCULATE NON VOLATILE SOLIDS ***********************************
18020       CCASO4  = MIN (W(6), W(2))                    ! CCASO4
18021       FRSO4   = MAX(W(2) - CCASO4, ZERO)
18022       CAFR    = MAX(W(6) - CCASO4, ZERO)
18023       CK2SO4  = MIN (0.5D0*W(7), FRSO4)             ! CK2SO4
18024       FRK     = MAX(W(7) - 2.D0*CK2SO4, ZERO)
18025       FRSO4   = MAX(FRSO4 - CK2SO4, ZERO)
18026       CNA2SO4 = MIN (0.5D0*W(1), FRSO4)             ! CNA2SO4
18027       FRNA    = MAX(W(1) - 2.D0*CNA2SO4, ZERO)
18028       FRSO4   = MAX(FRSO4 - CNA2SO4, ZERO)
18029       CMGSO4  = MIN (W(8), FRSO4)                   ! CMGSO4
18030       FRMG    = MAX(W(8) - CMGSO4, ZERO)
18031       FRSO4   = MAX(FRSO4 - CMGSO4, ZERO)
18033       CNH4HS4 = ZERO
18034       CNAHSO4 = ZERO
18035       CNH42S4 = ZERO
18036       CKHSO4  = ZERO
18038       CLC     = MIN(W(3)/3.D0, FRSO4/2.D0)
18039       FRSO4   = MAX(FRSO4-2.D0*CLC, ZERO)
18040       FRNH4   = MAX(W(3)-3.D0*CLC,  ZERO)
18042       IF (FRSO4.LE.TINY) THEN
18043          CLC     = MAX(CLC - FRNH4, ZERO)
18044          CNH42S4 = 2.D0*FRNH4
18046       ELSEIF (FRNH4.LE.TINY) THEN
18047          CNH4HS4 = 3.D0*MIN(FRSO4, CLC)
18048          CLC     = MAX(CLC-FRSO4, ZERO)
18049 !C         IF (CK2SO4.GT.TINY) THEN
18050 !C            FRSO4  = MAX(FRSO4-CNH4HS4/3.D0, ZERO)
18051 !C           CKHSO4 = 2.D0*FRSO4
18052 !C            CK2SO4 = MAX(CK2SO4-FRSO4, ZERO)
18053 !C         ENDIF
18054 !C         IF (CNA2SO4.GT.TINY) THEN
18055 !C            FRSO4   = MAX(FRSO4-CKHSO4/2.D0, ZERO)
18056 !C            CNAHSO4 = 2.D0*FRSO4
18057 !C            CNA2SO4 = MAX(CNA2SO4-FRSO4, ZERO)
18058 !C         ENDIF
18060          IF (CNA2SO4.GT.TINY) THEN
18061             FRSO4  = MAX(FRSO4-CNH4HS4/3.D0, ZERO)
18062             CNAHSO4 = 2.D0*FRSO4
18063             CNA2SO4 = MAX(CNA2SO4-FRSO4, ZERO)
18064          ENDIF
18065          IF (CK2SO4.GT.TINY) THEN
18066             FRSO4   = MAX(FRSO4-CNH4HS4/3.D0, ZERO)
18067             CKHSO4 = 2.D0*FRSO4
18068             CK2SO4 = MAX(CK2SO4-FRSO4, ZERO)
18069        ENDIF
18070       ENDIF
18072 !C *** CALCULATE GAS SPECIES ********************************************
18074       GHNO3 = W(4)
18075       GHCL  = W(5)
18076       GNH3  = ZERO
18078       RETURN
18080 !C *** END OF SUBROUTINE CALCL1A *****************************************
18082       END
18085 !C=======================================================================
18087 !C *** ISORROPIA CODE II
18088 !C *** SUBROUTINE CALCK4
18089 !C *** CASE K4
18091 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
18092 !C     1. SULFATE SUPER RICH, FREE ACID (SO4RAT < 1.0)
18093 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
18094 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : CASO4
18096 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
18097 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
18098 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
18100 !C=======================================================================
18102       SUBROUTINE CALCK42p1
18103       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
18105       DOUBLE PRECISION LAMDA, KAPA
18106       COMMON /CASEK2p1/ CHI1,CHI2,CHI3,CHI4,LAMDA,KAPA,PSI1,PSI2,PSI3, &
18107                      A1,   A2,   A3,   A4
18109 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
18111       CALAOU =.TRUE.               ! Outer loop activity calculation flag
18112       FRST   = .TRUE.
18113       CALAIN = .TRUE.
18115       CHI1   = W(3)                !  Total NH4 initially as NH4HSO4
18116       CHI2   = W(1)                !  Total NA initially as NaHSO4
18117       CHI3   = W(7)                !  Total K initially as KHSO4
18118       CHI4   = W(8)                !  Total Mg initially as MgSO4
18120       LAMDA  = MAX(W(2) - W(3) - W(1) - W(6) - W(7) - W(8), TINY)  ! FREE H2SO4
18121       PSI1   = CHI1                            ! ALL NH4HSO4 DELIQUESCED
18122       PSI2   = CHI2                            ! ALL NaHSO4 DELIQUESCED
18123       PSI3   = CHI3                            ! ALL KHSO4 DELIQUESCED
18124       PSI4   = CHI4                            ! ALL MgSO4 DELIQUESCED
18126 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
18128       DO 10 I=1,NSWEEP
18130       A4 = XK1  *WATER/GAMA(7)*(GAMA(8)/GAMA(7))**2.0
18132       BB   = A4+LAMDA+PSI4                               ! KAPA
18133       CC   =-A4*(LAMDA + PSI3 + PSI2 + PSI1) + LAMDA*PSI4
18134       DD   = MAX(BB*BB-4.D0*CC, ZERO)
18135       KAPA = 0.5D0*(-BB+SQRT(DD))
18137 !C *** SAVE CONCENTRATIONS IN MOLAL ARRAY ******************************
18139       MOLAL (1) = MAX(LAMDA + KAPA, TINY)                         ! HI
18140       MOLAL (2) = PSI2                                            ! NAI
18141       MOLAL (3) = PSI1                                            ! NH4I
18142       MOLAL (5) = MAX(KAPA + PSI4, ZERO)                          ! SO4I
18143       MOLAL (6) = MAX(LAMDA + PSI1 + PSI2 + PSI3 - KAPA, ZERO)    ! HSO4I
18144       MOLAL (9) = PSI3                                            ! KI
18145       MOLAL (10)= PSI4                                            ! MGI
18147       CNH4HS4 = ZERO
18148       CNAHSO4 = ZERO
18149       CKHSO4  = ZERO
18150       CCASO4  = W(6)
18151       CMGSO4  = ZERO
18153       CALL CALCMR2p1                                      ! Water content
18155 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
18157       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
18158          CALL CALCACT2p1
18159       ELSE
18160          GOTO 20
18161       ENDIF
18162 10    CONTINUE
18164 20    RETURN
18166 !C *** END OF SUBROUTINE CALCK4
18168       END
18170 !C=======================================================================
18172 !C *** ISORROPIA CODE II
18173 !C *** SUBROUTINE CALCK3
18174 !C *** CASE K3
18176 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
18177 !C     1. SULFATE SUPER RICH, FREE ACID (SO4RAT < 1.0)
18178 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
18179 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : KHSO4, CASO4
18181 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
18182 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
18183 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
18185 !C=======================================================================
18187       SUBROUTINE CALCK32p1
18188       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
18190       DOUBLE PRECISION LAMDA, KAPA
18191       COMMON /CASEK2p1/ CHI1,CHI2,CHI3,CHI4,LAMDA,KAPA,PSI1,PSI2,PSI3, &
18192                      A1,   A2,   A3,   A4
18194 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
18196       CALAOU =.TRUE.               ! Outer loop activity calculation flag
18197       CHI1   = W(3)                !  Total NH4 initially as NH4HSO4
18198       CHI2   = W(1)                !  Total NA initially as NaHSO4
18199       CHI3   = W(7)                !  Total K initially as KHSO4
18200       CHI4   = W(8)                !  Total Mg initially as MgSO4
18202       PSI3LO = TINY                ! Low  limit
18203       PSI3HI = CHI3                ! High limit
18205 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
18207       X1 = PSI3HI
18208       Y1 = FUNCK32p1 (X1)
18209       YHI= Y1                      ! Save Y-value at HI position
18211 !C *** YHI < 0.0 THE SOLUTION IS ALWAYS UNDERSATURATED WITH KHSO4 ****
18213       IF (ABS(Y1).LE.EPS .OR. YHI.LT.ZERO) GOTO 50
18215 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
18217       DX = (PSI3HI-PSI3LO)/FLOAT(NDIV)
18218       DO 10 I=1,NDIV
18219          X2 = X1-DX
18220          Y2 = FUNCK32p1 (X2)
18221          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
18222          X1 = X2
18223          Y1 = Y2
18224 10    CONTINUE
18226 !C *** { YLO, YHI } > 0.0 THE SOLUTION IS ALWAYS SUPERSATURATED WITH KHSO4
18228       YLO= Y1                      ! Save Y-value at Hi position
18229       IF (YLO.GT.ZERO .AND. YHI.GT.ZERO) THEN
18230          Y3 = FUNCK32p1 (ZERO)
18231          GOTO 50
18232       ELSE IF (ABS(Y2) .LT. EPS) THEN   ! X2 IS A SOLUTION
18233          GOTO 50
18234       ELSE
18235          CALL PUSHERR2p1 (0001, 'CALCK3')    ! WARNING ERROR: NO SOLUTION
18236          GOTO 50
18237       ENDIF
18239 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
18241 20    DO 30 I=1,MAXIT
18242          X3 = 0.5*(X1+X2)
18243          Y3 = FUNCK32p1 (X3)
18244          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
18245             Y2    = Y3
18246             X2    = X3
18247          ELSE
18248             Y1    = Y3
18249             X1    = X3
18250          ENDIF
18251          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
18252 30    CONTINUE
18253       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCK3')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
18255 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
18257 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
18258       Y3 = FUNCK32p1 (X3)
18260 50    RETURN
18262 !C *** END OF SUBROUTINE CALCK3 ******************************************
18264       END
18266 !C=======================================================================
18268 !C *** ISORROPIA CODE
18269 !C *** SUBROUTINE FUNCK3
18270 !C *** CASE K3
18272 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
18273 !C     1. SULFATE SUPER RICH, FREE ACID (SO4RAT < 1.0)
18274 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
18275 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : KHSO4, CaSO4
18277 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
18278 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
18279 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
18281 !C=======================================================================
18283       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCK32p1 (P1)
18284       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
18285       DOUBLE PRECISION LAMDA, KAPA
18286       COMMON /CASEK2p1/ CHI1,CHI2,CHI3,CHI4,LAMDA,KAPA,PSI1,PSI2,PSI3, &
18287                      A1,   A2,   A3,   A4
18289 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
18291       FRST   = .TRUE.
18292       CALAIN = .TRUE.
18294       LAMDA  = MAX(W(2) - W(3) - W(1) - W(6) - W(7) - W(8), TINY)  ! FREE H2SO4
18295       PSI3   = P1
18296       PSI1   = CHI1                             ! ALL NH4HSO4 DELIQUESCED
18297       PSI2   = CHI2                             ! ALL NaHSO4 DELIQUESCED
18298       PSI4   = CHI4                             ! ALL MgSO4 DELIQUESCED
18301 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
18303       DO 10 I=1,NSWEEP
18305       A3 = XK18 *(WATER/GAMA(18))**2.0
18306       A4 = XK1  *WATER/GAMA(7)*(GAMA(8)/GAMA(7))**2.0
18309       BB   = A4+LAMDA+PSI4                             ! KAPA
18310       CC   =-A4*(LAMDA + PSI3 + PSI2 + PSI1) + LAMDA*PSI4
18311       DD   = MAX(BB*BB-4.D0*CC, ZERO)
18312       KAPA = 0.5D0*(-BB+SQRT(DD))
18314 !C *** SAVE CONCENTRATIONS IN MOLAL ARRAY ******************************
18316       MOLAL (1) = MAX(LAMDA + KAPA, ZERO)                ! HI
18317       MOLAL (2) = PSI2                                   ! NAI
18318       MOLAL (3) = PSI1                                   ! NH4I
18319       MOLAL (4) = ZERO
18320       MOLAL (5) = MAX(KAPA + PSI4, ZERO)                 ! SO4I
18321       MOLAL (6) = MAX(LAMDA+PSI1+PSI2+PSI3-KAPA,ZERO)    ! HSO4I
18322       MOLAL (7) = ZERO
18323       MOLAL (8) = ZERO
18324       MOLAL (9) = PSI3                                   ! KI
18325       MOLAL (10)= PSI4
18327       CNH4HS4 = ZERO
18328       CNAHSO4 = ZERO
18329       CKHSO4  = CHI3-PSI3
18330       CCASO4  = W(6)
18331       CMGSO4  = ZERO
18333       CALL CALCMR2p1                                      ! Water content
18335 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
18337       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
18338          CALL CALCACT2p1
18339       ELSE
18340          GOTO 20
18341       ENDIF
18342 10    CONTINUE
18344 !C *** CALCULATE OBJECTIVE FUNCTION ************************************
18346 20    FUNCK32p1 = MOLAL(9)*MOLAL(6)/A3 - ONE
18348 !C *** END OF FUNCTION FUNCK3 *******************************************
18350       END
18352 !C=======================================================================
18354 !C *** ISORROPIA CODE II
18355 !C *** SUBROUTINE CALCK2
18356 !C *** CASE K2
18358 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
18359 !C     1. SULFATE SUPER RICH, FREE ACID (SO4RAT < 1.0)
18360 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
18361 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : NAHSO4, KHSO4, CaSO4
18363 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
18364 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
18365 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
18367 !C=======================================================================
18369       SUBROUTINE CALCK22p1
18370       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
18372       DOUBLE PRECISION LAMDA, KAPA
18373       COMMON /CASEK2p1/ CHI1,CHI2,CHI3,CHI4,LAMDA,KAPA,PSI1,PSI2,PSI3, &
18374                      A1,   A2,   A3,   A4
18376 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
18378       CALAOU =.TRUE.               ! Outer loop activity calculation flag
18379       CHI1   = W(3)                !  Total NH4 initially as NH4HSO4
18380       CHI2   = W(1)                !  Total NA initially as NaHSO4
18381       CHI3   = W(7)                !  Total K initially as KHSO4
18382       CHI4   = W(8)                !  Total Mg initially as MgSO4
18384       PSI3LO = TINY                ! Low  limit
18385       PSI3HI = CHI3                ! High limit
18387 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
18389       X1 = PSI3HI
18390       Y1 = FUNCK22p1 (X1)
18391       YHI= Y1                      ! Save Y-value at HI position
18393 !C *** YHI < 0.0 THE SOLUTION IS ALWAYS UNDERSATURATED WITH KHSO4 ****
18395       IF (ABS(Y1).LE.EPS .OR. YHI.LT.ZERO) GOTO 50
18397 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
18399       DX = (PSI3HI-PSI3LO)/FLOAT(NDIV)
18400       DO 10 I=1,NDIV
18401          X2 = X1-DX
18402          Y2 = FUNCK22p1 (X2)
18403          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
18404          X1 = X2
18405          Y1 = Y2
18406 10    CONTINUE
18408 !C *** { YLO, YHI } > 0.0 THE SOLUTION IS ALWAYS SUPERSATURATED WITH KHSO4
18410       YLO= Y1                      ! Save Y-value at Hi position
18411       IF (YLO.GT.ZERO .AND. YHI.GT.ZERO) THEN
18412          Y3 = FUNCK22p1 (ZERO)
18413          GOTO 50
18414       ELSE IF (ABS(Y2) .LT. EPS) THEN   ! X2 IS A SOLUTION
18415          GOTO 50
18416       ELSE
18417          CALL PUSHERR2p1 (0001, 'CALCK2')    ! WARNING ERROR: NO SOLUTION
18418          GOTO 50
18419       ENDIF
18421 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
18423 20    DO 30 I=1,MAXIT
18424          X3 = 0.5*(X1+X2)
18425          Y3 = FUNCK22p1 (X3)
18426          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
18427             Y2    = Y3
18428             X2    = X3
18429          ELSE
18430             Y1    = Y3
18431             X1    = X3
18432          ENDIF
18433          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
18434 30    CONTINUE
18435       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCK2')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
18437 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
18439 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
18440       Y3 = FUNCK22p1 (X3)
18442 50    RETURN
18444 !C *** END OF SUBROUTINE CALCK2 ******************************************
18446       END
18448 !C=======================================================================
18450 !C *** ISORROPIA CODE II
18451 !C *** SUBROUTINE FUNCK2
18452 !C *** CASE K2
18454 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
18455 !C     1. SULFATE SUPER RICH, FREE ACID (SO4RAT < 1.0)
18456 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
18457 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : NAHSO4, KHSO4, CaSO4
18459 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
18460 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
18461 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
18463 !C=======================================================================
18465       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCK22p1 (P1)
18466       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
18467       DOUBLE PRECISION LAMDA, KAPA
18468       COMMON /CASEK2p1/ CHI1,CHI2,CHI3,CHI4,LAMDA,KAPA,PSI1,PSI2,PSI3, &
18469                      A1,   A2,   A3,   A4
18471 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
18473       FRST   = .TRUE.
18474       CALAIN = .TRUE.
18476       LAMDA  = MAX(W(2) - W(3) - W(1) - W(6) - W(7) - W(8), TINY)  ! FREE H2SO4
18477       PSI3   = P1
18478       PSI1   = CHI1                              ! ALL NH4HSO4 DELIQUESCED
18479       PSI4   = CHI4                              ! ALL MgSO4 DELIQUESCED
18481 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
18483       DO 10 I=1,NSWEEP
18485       A2 = XK11 *(WATER/GAMA(12))**2.0
18486       A3 = XK18 *(WATER/GAMA(18))**2.0
18487       A4 = XK1  *WATER/GAMA(7)*(GAMA(8)/GAMA(7))**2.0
18489       PSI2 = A2/A3*PSI3                                   ! PSI2
18490       PSI2 = MIN(MAX(PSI2, ZERO),CHI2)
18492       BB   = A4+LAMDA+PSI4                                ! KAPA
18493       CC   =-A4*(LAMDA + PSI3 + PSI2 + PSI1) + LAMDA*PSI4
18494       DD   = MAX(BB*BB-4.D0*CC, ZERO)
18495       KAPA = 0.5D0*(-BB+SQRT(DD))
18497 !C *** SAVE CONCENTRATIONS IN MOLAL ARRAY ******************************
18499       MOLAL (1) = MAX(LAMDA + KAPA, ZERO)                ! HI
18500       MOLAL (2) = PSI2                                   ! NAI
18501       MOLAL (3) = PSI1                                   ! NH4I
18502       MOLAL (4) = ZERO
18503       MOLAL (5) = MAX(KAPA + PSI4, ZERO)                 ! SO4I
18504       MOLAL (6) = MAX(LAMDA+PSI1+PSI2+PSI3-KAPA,ZERO)    ! HSO4I
18505       MOLAL (7) = ZERO
18506       MOLAL (8) = ZERO
18507       MOLAL (9) = PSI3                                   ! KI
18508       MOLAL (10)= PSI4
18510       CNH4HS4 = ZERO
18511       CNAHSO4 = CHI2-PSI2
18512       CKHSO4  = CHI3-PSI3
18513       CCASO4  = W(6)
18514       CMGSO4  = ZERO
18516       CALL CALCMR2p1                                      ! Water content
18518 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
18520       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
18521          CALL CALCACT2p1
18522       ELSE
18523          GOTO 20
18524       ENDIF
18525 10    CONTINUE
18527 !C *** CALCULATE OBJECTIVE FUNCTION ************************************
18529 20    FUNCK22p1 = MOLAL(9)*MOLAL(6)/A3 - ONE
18531 !C *** END OF FUNCTION FUNCK2 *******************************************
18533       END
18535 !C=======================================================================
18537 !C *** ISORROPIA CODE II
18538 !C *** SUBROUTINE CALCK1
18539 !C *** CASE K1
18541 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
18542 !C     1. SULFATE SUPER RICH, FREE ACID (SO4RAT < 1.0)
18543 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
18544 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : NH4HSO4, NAHSO4, KHSO4, CASO4
18546 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
18547 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
18548 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
18550 !C=======================================================================
18552       SUBROUTINE CALCK12p1
18553       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
18555       DOUBLE PRECISION LAMDA, KAPA
18556       COMMON /CASEK2p1/ CHI1,CHI2,CHI3,CHI4,LAMDA,KAPA,PSI1,PSI2,PSI3, &
18557                      A1,   A2,   A3,   A4
18559 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
18562       CALAOU =.TRUE.               ! Outer loop activity calculation flag
18563       CHI1   = W(3)                !  Total NH4 initially as NH4HSO4
18564       CHI2   = W(1)                !  Total NA initially as NaHSO4
18565       CHI3   = W(7)                !  Total K initially as KHSO4
18566       CHI4   = W(8)                !  Total Mg initially as MGSO4
18568       PSI3LO = TINY                ! Low  limit
18569       PSI3HI = CHI3                ! High limit
18571 !C *** INITIAL VALUES FOR BISECTION ************************************
18573       X1 = PSI3HI
18574       Y1 = FUNCK12p1 (X1)
18575       YHI= Y1                      ! Save Y-value at HI position
18577 !C *** YHI < 0.0 THE SOLUTION IS ALWAYS UNDERSATURATED WITH KHSO4 ****
18579       IF (ABS(Y1).LE.EPS .OR. YHI.LT.ZERO) GOTO 50
18581 !C *** ROOT TRACKING ; FOR THE RANGE OF HI AND LO **********************
18583       DX = (PSI3HI-PSI3LO)/FLOAT(NDIV)
18584       DO 10 I=1,NDIV
18585          X2 = X1-DX
18586          Y2 = FUNCK12p1 (X2)
18587          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y2).LT.ZERO) GOTO 20  ! (Y1*Y2.LT.ZERO)
18588          X1 = X2
18589          Y1 = Y2
18590 10    CONTINUE
18592 !C *** { YLO, YHI } > 0.0 THE SOLUTION IS ALWAYS SUPERSATURATED WITH KHSO4
18594       YLO= Y1                      ! Save Y-value at Hi position
18595       IF (YLO.GT.ZERO .AND. YHI.GT.ZERO) THEN
18596          Y3 = FUNCK12p1 (ZERO)
18597          GOTO 50
18598       ELSE IF (ABS(Y2) .LT. EPS) THEN       ! X2 IS A SOLUTION
18599          GOTO 50
18600       ELSE
18601         CALL PUSHERR2p1 (0001, 'CALCK1')    ! WARNING ERROR: NO SOLUTION
18602         GOTO 50
18603       ENDIF
18605 !C *** PERFORM BISECTION ***********************************************
18607 20    DO 30 I=1,MAXIT
18608          X3 = 0.5*(X1+X2)
18609          Y3 = FUNCK12p1 (X3)
18610          IF (SIGN(1.d0,Y1)*SIGN(1.d0,Y3) .LE. ZERO) THEN  ! (Y1*Y3 .LE. ZERO)
18611             Y2    = Y3
18612             X2    = X3
18613          ELSE
18614             Y1    = Y3
18615             X1    = X3
18616          ENDIF
18617          IF (ABS(X2-X1) .LE. EPS*X1) GOTO 40
18618 30    CONTINUE
18619       CALL PUSHERR2p1 (0002, 'CALCK1')    ! WARNING ERROR: NO CONVERGENCE
18621 !C *** CONVERGED ; RETURN **********************************************
18623 40    X3 = 0.5*(X1+X2)
18624       Y3 = FUNCK12p1 (X3)
18626 50    RETURN
18628 !C *** END OF SUBROUTINE CALCK1 ******************************************
18630       END
18632 !C=======================================================================
18634 !C *** ISORROPIA CODE II
18635 !C *** SUBROUTINE FUNCK1
18636 !C *** CASE K1
18638 !C     THE MAIN CHARACTERISTICS OF THIS REGIME ARE:
18639 !C     1. SULFATE super RICH, FREE ACID (SO4RAT < 1.0)
18640 !C     2. THERE IS BOTH A LIQUID & SOLID PHASE
18641 !C     3. SOLIDS POSSIBLE : NH4HSO4, NAHSO4, KHSO4, CASO4
18643 !C *** COPYRIGHT 1996-2006, UNIVERSITY OF MIAMI, CARNEGIE MELLON UNIVERSITY
18644 !C *** GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY
18645 !C *** WRITTEN BY CHRISTOS FOUNTOUKIS AND ATHANASIOS NENES
18647 !C=======================================================================
18649       DOUBLE PRECISION FUNCTION FUNCK12p1 (P1)
18650       INCLUDE 'module_isrpia_inc.F'
18651       DOUBLE PRECISION LAMDA, KAPA
18652       COMMON /CASEK2p1/ CHI1,CHI2,CHI3,CHI4,LAMDA,KAPA,PSI1,PSI2,PSI3, &
18653                      A1,   A2,   A3,   A4
18655 !C *** SETUP PARAMETERS ************************************************
18657       FRST   = .TRUE.
18658       CALAIN = .TRUE.
18660       LAMDA  = MAX(W(2) - W(3) - W(1) - W(6) - W(7) - W(8), TINY)  ! FREE H2SO4
18661       PSI3   = P1
18662       PSI4   = CHI4                                    ! ALL MgSO4 DELIQUESCED
18664 !C *** SOLVE EQUATIONS ; WITH ITERATIONS FOR ACTIVITY COEF. ************
18666       DO 10 I=1,NSWEEP
18668       A1 = XK12 *(WATER/GAMA(09))**2.0
18669       A2 = XK11 *(WATER/GAMA(12))**2.0
18670       A3 = XK18 *(WATER/GAMA(18))**2.0
18671       A4 = XK1  *WATER/GAMA(7)*(GAMA(8)/GAMA(7))**2.0
18673       PSI1 = A1/A3*PSI3                                   ! PSI1
18674       PSI1 = MIN(MAX(PSI1, ZERO),CHI1)
18676       PSI2 = A2/A3*PSI3                                   ! PSI2
18677       PSI2 = MIN(MAX(PSI2, ZERO),CHI2)
18679       BB   = A4+LAMDA+PSI4                                ! KAPA
18680       CC   =-A4*(LAMDA + PSI3 + PSI2 + PSI1) + LAMDA*PSI4
18681       DD   = MAX(BB*BB-4.D0*CC, ZERO)
18682       KAPA = 0.5D0*(-BB+SQRT(DD))
18684 !C *** SAVE CONCENTRATIONS IN MOLAL ARRAY ******************************
18686       MOLAL (1) = MAX(LAMDA + KAPA, ZERO)              ! HI
18687       MOLAL (2) = PSI2                                 ! NAI
18688       MOLAL (3) = PSI1                                 ! NH4I
18689       MOLAL (4) = ZERO                                 ! CLI
18690       MOLAL (5) = MAX(KAPA + PSI4, ZERO)               ! SO4I
18691       MOLAL (6) = MAX(LAMDA+PSI1+PSI2+PSI3-KAPA,ZERO)  ! HSO4I
18692       MOLAL (7) = ZERO                                 ! NO3I
18693       MOLAL (8) = ZERO                                 ! CAI
18694       MOLAL (9) = PSI3                                 ! KI
18695       MOLAL (10)= PSI4                                 ! MGI
18697       CNH4HS4 = CHI1-PSI1
18698       CNAHSO4 = CHI2-PSI2
18699       CKHSO4  = CHI3-PSI3
18700       CCASO4  = W(6)
18701       CMGSO4  = ZERO
18703       CALL CALCMR2p1                                      ! Water content
18705 !C *** CALCULATE ACTIVITIES OR TERMINATE INTERNAL LOOP *****************
18707       IF (FRST.AND.CALAOU .OR. .NOT.FRST.AND.CALAIN) THEN
18708          CALL CALCACT2p1
18710       ELSE
18711          GOTO 20
18712       ENDIF
18713 10    CONTINUE
18715 !C *** CALCULATE OBJECTIVE FUNCTION ************************************
18717 20    FUNCK12p1 = MOLAL(9)*MOLAL(6)/A3 - ONE
18719 !C *** END OF FUNCTION FUNCK1 ****************************************
18721       END