updated top-level README and version_decl for V4.5 (#1847)
[WRF.git] / chem / module_mosaic_addemiss.F
blob0681ac36f6d7972c0a1d6cdcad178de8ad269ed1
1 !**********************************************************************************  
2 ! This computer software was prepared by Battelle Memorial Institute, hereinafter
3 ! the Contractor, under Contract No. DE-AC05-76RL0 1830 with the Department of 
4 ! Energy (DOE). NEITHER THE GOVERNMENT NOR THE CONTRACTOR MAKES ANY WARRANTY,
5 ! EXPRESS OR IMPLIED, OR ASSUMES ANY LIABILITY FOR THE USE OF THIS SOFTWARE.
7 ! MOSAIC module: see module_mosaic_driver.F for references and terms of use
8 !**********************************************************************************  
9 MODULE module_mosaic_addemiss
10 !WRF:MODEL_LAYER:CHEMICS
12 ! rce 2005-feb-18 - one fix for indices of volumcen_sect, [now (isize,itype)]
13 ! rce 2005-jan-14 - added subr mosaic_seasalt_emiss (and a call to it)
14 ! rce 2004-dec-03 - many changes associated with the new aerosol "pointer"
15 !     variables in module_data_mosaic_asect
19    integer, parameter :: mosaic_addemiss_active = 1
20                        ! only do emissions when this is positive
21                        ! (when it is negative, emissions tendencies are zero)
23    integer, parameter :: mosaic_addemiss_masscheck = -1
24                        ! only do emissions masscheck calcs when this is positive
26 CONTAINS
30 !----------------------------------------------------------------------
31    subroutine mosaic_addemiss( id, dtstep, u10, v10, alt, dz8w, xland,     &
32                config_flags, chem, slai, ust, smois, ivgtyp, isltyp,       &
33                emis_ant,ebu,biom_active,dust_opt,                          &
34                !czhao  
35                 ktau, u_phy,v_phy,rho_phy,g,dx,erod,                        &
36                dust_emiss_active, seasalt_emiss_active,                    &
37                 seas_flux,emis_dust,                                        &
38                ids,ide, jds,jde, kds,kde,                                  &
39                ims,ime, jms,jme, kms,kme,                                  &
40                its,ite, jts,jte, kts,kte                                   )
42 ! adds emissions for mosaic aerosol species
43 ! (i.e., emissions tendencies over time dtstep are applied 
44 ! to the aerosol concentrations)
47    USE module_configure, only:  grid_config_rec_type
48    USE module_state_description
49 !  USE module_state_description, only:  num_chem, param_first_scalar,   &
50 !     emiss_inpt_default, emiss_inpt_pnnl_rs, emiss_inpt_pnnl_cm,num_emis_ant
51    USE module_data_mosaic_asect
53    IMPLICIT NONE
55    TYPE(grid_config_rec_type),  INTENT(IN   )    :: config_flags
57    INTEGER,      INTENT(IN   ) :: id,                                      &
58                                   ids,ide, jds,jde, kds,kde,               &
59                                   ims,ime, jms,jme, kms,kme,               &
60                                   its,ite, jts,jte, kts,kte
62    INTEGER, INTENT(IN) ::    dust_emiss_active, seasalt_emiss_active, biom_active, dust_opt
64    REAL, DIMENSION( ims:ime, jms:jme ), INTENT(OUT) :: seas_flux
66    REAL, DIMENSION( ims:ime, 1, jms:jme,num_emis_dust),OPTIONAL,           &
67          INTENT(INOUT ) ::                                                 &
68          emis_dust
70    !czhao 
71    INTEGER, INTENT(IN) :: ktau
72    REAL,  DIMENSION( ims:ime , kms:kme , jms:jme )  ,               &
73           INTENT(IN) ::  u_phy,v_phy,rho_phy
74    REAL, INTENT(IN   ) ::  dx, g
75    REAL, DIMENSION( ims:ime, jms:jme,3),&
76          INTENT(IN ) ::     erod
79    REAL, INTENT(IN   ) ::    dtstep
81 ! 10-m wind speed components (m/s)
82    REAL,  DIMENSION( ims:ime , jms:jme )         ,                         &
83           INTENT(IN   ) ::   u10, v10, xland, slai, ust
84    INTEGER,  DIMENSION( ims:ime , jms:jme )      ,                         &
85           INTENT(IN   ) ::   ivgtyp, isltyp
87 ! trace species mixing ratios (aerosol mass = ug/kg-air; number = #/kg-air)
88    REAL, DIMENSION( ims:ime, kms:kme, jms:jme, num_chem ),                 &
89          INTENT(INOUT ) ::   chem
91 ! aerosol emissions arrays ((ug/m3)*m/s)
93 !   REAL, DIMENSION( ims:ime, kms:kme, jms:jme ),                          &
94    REAL, DIMENSION( ims:ime,   1:config_flags%kemit, jms:jme,num_emis_ant ),            &
95          INTENT(IN ) ::                                                    &
96                          emis_ant
98    REAL, DIMENSION( ims:ime, kms:kme, jms:jme,num_ebu ),             &
99          INTENT(IN    ) ::                                             &
100          ebu
102 ! 1/(dry air density) and layer thickness (m)
103    REAL,  DIMENSION( ims:ime , kms:kme , jms:jme )         ,               &
104           INTENT(IN   ) ::   alt, dz8w
106    REAL, DIMENSION( ims:ime, config_flags%num_soil_layers, jms:jme ) ,      &
107           INTENT(INOUT) ::   smois
109 ! local variables
110    integer i, j, k, l, n
111    integer iphase, itype
112    integer p1st
114    real, parameter :: efact1 = 1.0
115    real :: aem_so4, aem_no3, aem_cl, aem_msa, aem_co3, aem_nh4,   &
116            aem_na, aem_ca, aem_oin, aem_oc, aem_bc, aem_num
117    real dum, fact
120 ! fraction of sorgam i/aitken mode emissions that go to each
121 ! of the mosaic 8 "standard" sections
122 !now the anthropogenic and biomass burning emissiosn use same distribution
123 !it can be improve later --czhao 
124 ! not 100%, because most mass falling down to the size less than the lowest boundary
125    real, save :: fr8b_aem_sorgam_i(8) =   & 
126                  (/ 0.965,  0.035,  0.000,  0.000,   &
127                     0.000,  0.000,  0.000,  0.000 /)
129 ! fraction of sorgam j/accum mode emissions that go to each
130 ! of the mosaic 8 "standard" sections
131    real, save :: fr8b_aem_sorgam_j(8) =   &
132                  (/ 0.026,  0.147,  0.350,  0.332,   &
133                     0.125,  0.019,  0.001,  0.000/)
135 ! fraction of sorgam coarse mode emissions that go to each
136 ! of the mosaic 8 "standard" sections
137 ! not 100%, because most mass falling up to the size larger than the highest boundary
138    real, save :: fr8b_aem_sorgam_c(8) =   &
139                  (/ 0.000,  0.000,  0.000,  0.002,   &
140                     0.021,  0.110,  0.275,  0.592 /)
142 ! fraction of mosaic fine (< 2.5 um) emissions that go to each
143 ! of the mosaic 8 "standard" sections
144 !wig 1-Apr-2005,  Updated fractional breakdown between bins. (See also
145 !                 bdy_chem_value_mosaic and mosaic_init_wrf_mixrats_opt2
146 !                 in module_mosaic_initmixrats.F.) Note that the values
147 !                 here no longer match the other two subroutines.
148 !rce 10-may-2005, changed fr8b_aem_mosaic_f & fr8b_aem_mosaic_c
149 !                 to values determined by jdf
150    real, save :: fr8b_aem_mosaic_f(8) =   &
151        (/ 0.060, 0.045, 0.245, 0.400, 0.100, 0.150, 0., 0./) !10-may-2005
152 !      (/ 0.100, 0.045, 0.230, 0.375, 0.100, 0.150, 0., 0./) !1-Apr-2005 values
153 !      (/ 0.0275, 0.0426, 0.2303, 0.3885, 0.1100, 0.2011, 0., 0./) !15-Nov-2004 values
154 !      (/ 0.01, 0.05, 0.145, 0.60, 0.145, 0.05, 0.00, 0.00 /)
155 !      (/ 0.04, 0.10, 0.35, 0.29, 0.15, 0.07, 0.0,  0.0  /)
157 ! fraction of mosaic coarse (> 2.5 um) emissions that go to each
158 ! of the mosaic 8 "standard" sections
159    real, save :: fr8b_aem_mosaic_c(8) =   &
160        (/ 0.0,  0.0,  0.0,  0.0,  0.0,  0.0,  0.300, 0.700 /) ! 10-may-2005
161 !      (/ 0.0,  0.0,  0.0,  0.0,  0.0,  0.0,  0.933, 0.067 /) ! as of apr-2005
162 !      (/ 0.0,  0.0,  0.0,  0.0,  0.0,  0.0,  0.16,  0.84  /) !  "old"
164 !++ SAN      Fractionation for PREP-Chem Fire emissions            ++!
165 ! New fractions for biomass burning emissions. Based on Janhall et. al. (2010)
166 ! Based on average fresh smoke emissions from 20 data points
167 ! mean_Dp = .117um, geometric_std = 1.7
168 real, save :: fr8b_bburn_mosaic(8) = &
169       (/ 0.0092, 0.1385, 0.4548, 0.3388, 0.0567, 0.002, 0.0, 0.0/) 
170 !--SAN
173 ! fraction of TNO black carbon <1um emissions that go into each of 
174 ! the mosaic 8 "standard" sections     - Doug (4/3/2011)
175    real, save :: fr8b_tno_bc1(8) =   &
176        (/ 0.0494,  0.3795,  0.4714,  0.0967,  0.003,  0.0,  0.0, 0.0 /)
178 ! fraction of TNO elemental carbon 1um-2.5um emissions that go into each of 
179 ! the mosaic 8 "standard" sections     - Doug (4/3/2011)
180    real, save :: fr8b_tno_ec25(8) =   &
181        (/ 0.0,  0.0,  0.0,  0.0, 0.40, 0.60,  0.0,  0.0 /)
183 ! fraction of TNO organic carbon <2.5um domestic combustion emissions that go into each of 
184 ! the mosaic 8 "standard" sections     - Doug (4/3/2011)
185    real, save :: fr8b_tno_oc_dom(8) =   &
186        (/ 0.0358, 0.1325, 0.2704, 0.3502, 0.1904, 0.0657, 0.0, 0.0 /)
188 ! fraction of TNO organic carbon <2.5um traffic (and other) emissions that go into each of 
189 ! the mosaic 8 "standard" sections     - Doug (4/3/2011)
190    real, save :: fr8b_tno_oc_tra(8) =   &
191        (/ 0.0063, 0.0877, 0.3496, 0.4054, 0.1376, 0.0134, 0.0, 0.0 /)
193 ! fraction of TNO "OIN" [PM2.5 minus sum(carbon<2.5)] emissions that go into each of
194 ! the mosaic 8 "standard" sections     - Doug (4/3/2011)  --- based on mosaic fine mode
195    real, save :: fr8b_tno_mosaic_f(8) =   &
196        (/ 0.060, 0.045, 0.245, 0.400, 0.100, 0.150, 0.0, 0.0/)
198 ! fraction of TNO 2.5-10um emissions that go into each of
199 ! the mosaic 8 "standard" sections     - Doug (4/3/2011)  --- based on mosaic coarse mode
200    real, save :: fr8b_tno_mosaic_c(8) =   &
201        (/ 0.0,  0.0,  0.0,  0.0,  0.0,  0.0,  0.300, 0.700 /)
205 ! following 5 arrays correspond to the above "fr8b_" arrays 
206 ! but are set at run time base on input (namelist) parameters:
207 !    only the sorgam or mosaic arrays are non-zero, depending on
208 !       emiss_inpt_opt
209 !    when nsize_aer=4 (=number of sections), the values are
210 !       calculated by adding two of the 8-section values
211    real :: fr_aem_sorgam_i(8)
212    real :: fr_aem_sorgam_j(8)
213    real :: fr_aem_sorgam_c(8)
214    real :: fr_aem_mosaic_f(8)
215    real :: fr_aem_mosaic_c(8)
216    real :: fr_tno_bc1(8)
217    real :: fr_tno_ec25(8)
218    real :: fr_tno_oc_dom(8)
219    real :: fr_tno_oc_tra(8)
220    real :: fr_tno_mosaic_f(8)
221    real :: fr_tno_mosaic_c(8)
222 !++ SAN
223    real :: fr_aem_gc2mosaic_f(8) ! extra arrays for GOCART->MOSAIC mapping
224    real :: fr_aem_gc2mosaic_c(8)
225    real :: bburn_mosaic_f(8)       ! Arrays to hold biomass-burning size 
226    real :: bburn_mosaic_c(8)       ! Arrays to hold biomass-burning size 
227 !-- SAN
228    double precision :: chem_sum(num_chem)
230    character(len=80) :: msg
233 !   *** currently only works with ntype_aer = 1
234    itype = 1
235    iphase = ai_phase
238 ! if (num_ebu.le.0 ) then
239 !   call wrf_error_fatal( 'mosaic_addemiss: no biomass burning species' )
240 !    print*,'no biomass burning species',num_ebu
241 !    stop
242 ! endif
244 ! compute factors used for apportioning either 
245 !    the MADE-SORGAM emissions (i=aitken, j=accum, c=coarse modes) OR
246 !    the MOSAIC emission  (f=fine (< 2.5 um), c=coarse (> 2.5 um))
247 ! to each size section
249 ! note:  the fr8b_aer_xxxxxx_y values are specific to the mosaic 8 bin 
250 !    structure with dlo_sect(1)=0.039 um and dhi_sect(8)=10.0 um,
251 ! also, the fr8b_aem_sorgam_y are specific for the assumed 
252 !    dgvem_i/j/c used in the module_data_sorgam.F code
253 ! also, the fr8b_aem_mosaic_y values are specific for the assumed (by us)
254 !    size distribution for fine and coarse primary emissions
256 ! when there are 4 bins (nsize_aer=4), each of these "wider" bins 
257 !    corresponds to 2 of the "narrower" bins of the 8 bin structure
259 ! note:  if fr_aem_sorgam_y > 0, then fr_aem_mosaic_y = 0, and vice-versa
261         if ((nsize_aer(itype) .ne. 4) .and. (nsize_aer(itype) .ne. 8)) then
262           write(msg,'(a,i5)')   &
263            'subr mosaic_addemiss - nsize_aer(itype) must be ' //   &
264            '4 or 8 but = ',  nsize_aer(itype)
265           call wrf_error_fatal( msg )
266         end if
268         fr_aem_sorgam_i(:) = 0.0
269         fr_aem_sorgam_j(:) = 0.0
270         fr_aem_sorgam_c(:) = 0.0
271         fr_aem_mosaic_f(:) = 0.0
272         fr_aem_mosaic_c(:) = 0.0
273         fr_tno_bc1(:) = 0.0
274         fr_tno_ec25(:) = 0.0
275         fr_tno_oc_dom(:) = 0.0
276         fr_tno_oc_tra(:) = 0.0
277         fr_tno_mosaic_f(:) = 0.0
278         fr_tno_mosaic_c(:) = 0.0
279         fr_aem_gc2mosaic_f(:) = 0.0
280         fr_aem_gc2mosaic_c(:) = 0.0
282         emiss_inpt_select_1: SELECT CASE( config_flags%emiss_inpt_opt )
284           CASE( emiss_inpt_default, emiss_inpt_pnnl_rs )
285             if (nsize_aer(itype) .eq. 8) then
286                 fr_aem_sorgam_i(:) = fr8b_aem_sorgam_i(:)
287                 fr_aem_sorgam_j(:) = fr8b_aem_sorgam_j(:)
288                 fr_aem_sorgam_c(:) = fr8b_aem_sorgam_c(:)
289             else if (nsize_aer(itype) .eq. 4) then
290                 do n = 1, nsize_aer(itype)
291                     fr_aem_sorgam_i(n) = fr8b_aem_sorgam_i(2*n-1)   &
292                                        + fr8b_aem_sorgam_i(2*n)
293                     fr_aem_sorgam_j(n) = fr8b_aem_sorgam_j(2*n-1)   &
294                                        + fr8b_aem_sorgam_j(2*n)
295                     fr_aem_sorgam_c(n) = fr8b_aem_sorgam_c(2*n-1)   &
296                                        + fr8b_aem_sorgam_c(2*n)
297                 end do
298             end if
300 !++ SAN, 2015-04-09 
301 ! Added mapping routine from GOCART aerosol emission variables to MOSAIC 
302 ! This will be the case if emissions were prepared using PREP-Chem in RAMD2-GOCART mode.
303 ! (Use with emiss_opt = 5/6, ECPTEC/GOCART_ECPTEC, emiss_inpt_opt == emiss_inpt_default)
304 !!! Maybe more consistant to add a new emiss_inpt_opt, but this requires more extensive changes 
305 !!! and testing in other parts of WRF-Chem, may cause confusion... Thoughts?
307             if( config_flags%emiss_opt == 5 .or. config_flags%emiss_opt == 6 ) then
308               CALL wrf_debug(15,'mosaic_addemiss: emiss_opt = eptec')
309               CALL wrf_debug(15,'mosaic_addemiss: gocart speciation being mapped to mosaic')
310   
311               fr_aem_sorgam_i(:) = 0.0
312               fr_aem_sorgam_j(:) = 0.0
313               fr_aem_sorgam_c(:) = 0.0
315 ! Use FM MOSAIC mapping for SO4, OC, BC and PM2.5, CM mosaic for PM10
316               if (nsize_aer(itype) .eq. 8) then
317                 fr_aem_gc2mosaic_f(:) = fr8b_aem_mosaic_f(:)
318                 fr_aem_gc2mosaic_c(:) = fr8b_aem_mosaic_c(:)
319               elseif (nsize_aer(itype) .eq. 4) then
320                 do n = 1, nsize_aer(itype)
321                   fr_aem_gc2mosaic_f(n) = fr8b_aem_mosaic_f(2*n-1) + fr8b_aem_mosaic_f(2*n)
322                   fr_aem_gc2mosaic_c(n) = fr8b_aem_mosaic_c(2*n-1) + fr8b_aem_mosaic_c(2*n)
323                 end do
324               endif
325             endif
326 !-- SAN
327           CASE( emiss_inpt_pnnl_cm )
328             if (nsize_aer(itype) .eq. 8) then
329                 fr_aem_mosaic_f(:) = fr8b_aem_mosaic_f(:)
330                 fr_aem_mosaic_c(:) = fr8b_aem_mosaic_c(:)
331             else if (nsize_aer(itype) .eq. 4) then
332                 do n = 1, nsize_aer(itype)
333                     fr_aem_mosaic_f(n) = fr8b_aem_mosaic_f(2*n-1)   &
334                                        + fr8b_aem_mosaic_f(2*n)
335                     fr_aem_mosaic_c(n) = fr8b_aem_mosaic_c(2*n-1)   &
336                                        + fr8b_aem_mosaic_c(2*n)
337                 end do
338             end if
340           CASE( emiss_inpt_tno )                ! Doug - added 4/3/2011
341             if (nsize_aer(itype) .eq. 8) then
342                 fr_tno_bc1(:) = fr8b_tno_bc1(:)
343                 fr_tno_ec25(:) = fr8b_tno_ec25(:)
344                 fr_tno_oc_dom(:) = fr8b_tno_oc_dom(:)
345                 fr_tno_oc_tra(:) = fr8b_tno_oc_tra(:)
346         fr_tno_mosaic_c(:) = fr8b_tno_mosaic_c(:)
347         fr_tno_mosaic_f(:) = fr8b_tno_mosaic_f(:)
348             else if (nsize_aer(itype) .eq. 4) then
349                 do n = 1, nsize_aer(itype)
350                     fr_tno_bc1(n) = fr8b_tno_bc1(2*n-1)   &
351                                   + fr8b_tno_bc1(2*n)
352                     fr_tno_ec25(n) = fr8b_tno_ec25(2*n-1)   &
353                                    + fr8b_tno_ec25(2*n)
354                     fr_tno_oc_dom(n) = fr8b_tno_oc_dom(2*n-1)   &
355                                      + fr8b_tno_oc_dom(2*n)
356                     fr_tno_oc_tra(n) = fr8b_tno_oc_tra(2*n-1)   &
357                                      + fr8b_tno_oc_tra(2*n)
358                     fr_tno_mosaic_c(n) = fr8b_tno_mosaic_c(2*n-1)   &
359                                        + fr8b_tno_mosaic_c(2*n)
360                     fr_tno_mosaic_f(n) = fr8b_tno_mosaic_f(2*n-1)   &
361                                        + fr8b_tno_mosaic_f(2*n)
362                 end do
363             end if
365           CASE DEFAULT
366             return
368         END SELECT emiss_inpt_select_1
370 !++ SAN 2015-04-09: Mapping fire emissions to MOSAIC 
371 ! get arrays for apportioning mass into MOSAIC bins for fire emissions
372         fire_inpt_select: SELECT CASE (config_flags%biomass_burn_opt)
373           CASE (BIOMASSB,BIOMASSB_MOZC)
374             if (nsize_aer(itype) .eq. 8) then
375               bburn_mosaic_f(:) = fr8b_bburn_mosaic(:)
376 !++SAN
377               bburn_mosaic_c(:) = fr8b_aem_mosaic_c(:)
378 !--SAN
379             else if (nsize_aer(itype) .eq. 4) then
380               do n = 1, nsize_aer(itype)
381                 bburn_mosaic_f(n) = fr8b_bburn_mosaic(2*n-1) + fr8b_bburn_mosaic(2*n)
382 !++SAN
383                 bburn_mosaic_c(n) = fr8b_aem_mosaic_c(2*n-1) + fr8b_aem_mosaic_c(2*n)
384 !--SAN
385               end do
386           end if
387         END SELECT fire_inpt_select
389 ! when mosaic_addemiss_active <= 0, set fr's to zero,
390 ! which causes the changes to chem(...) to be zero
391         if (mosaic_addemiss_active <= 0 .and. biom_active <= 0) then
392             fr_aem_sorgam_i(:) = 0.0
393             fr_aem_sorgam_j(:) = 0.0
394             fr_aem_sorgam_c(:) = 0.0
395             fr_aem_mosaic_f(:) = 0.0
396             fr_aem_mosaic_c(:) = 0.0
397             fr_tno_bc1(:) = 0.0
398             fr_tno_ec25(:) = 0.0
399             fr_tno_oc_dom(:) = 0.0
400             fr_tno_oc_tra(:) = 0.0
401             fr_tno_mosaic_f(:) = 0.0
402             fr_tno_mosaic_c(:) = 0.0
403         end if
406 ! do mass check initial calc
407         if (mosaic_addemiss_masscheck > 0) call addemiss_masscheck(            &
408                id, config_flags, 1, 'mosaic_ademiss',                      &
409                dtstep, efact1, dz8w, chem, chem_sum,                       &
410                ids,ide, jds,jde, kds,kde,                                  &
411                ims,ime, jms,jme, kms,kme,                                  &
412                its,ite, jts,jte, kts,kte,                                  &
413                14,                                                         &
414                emis_ant(ims,  1,jms,p_e_pm_10),emis_ant(ims,  1,jms,p_e_pm_25), &
415                emis_ant(ims,  1,jms,p_e_pm25i),emis_ant(ims,  1,jms,p_e_pm25j), &
416                emis_ant(ims,  1,jms,p_e_eci),emis_ant(ims,  1,jms,p_e_ecj),     &
417                emis_ant(ims,  1,jms,p_e_orgi),emis_ant(ims,  1,jms,p_e_orgj),   &
418                emis_ant(ims,  1,jms,p_e_so4j),emis_ant(ims,  1,jms,p_e_so4c),   &
419                emis_ant(ims,  1,jms,p_e_no3j),emis_ant(ims,  1,jms,p_e_no3c),   &
420                emis_ant(ims,  1,jms,p_e_orgc),emis_ant(ims,  1,jms,p_e_ecc),    &
421                emis_ant(ims,  1,jms,p_e_ecc),emis_ant(ims,  1,jms,p_e_ecc),     &
422                emis_ant(ims,  1,jms,p_e_ecc),emis_ant(ims,  1,jms,p_e_ecc),     &
423                emis_ant(ims,  1,jms,p_e_ecc),emis_ant(ims,  1,jms,p_e_ecc),     &
424                emis_ant(ims,  1,jms,p_e_ecc))
427         p1st = param_first_scalar
429 !       
430 ! apply emissions at each section and grid point
432         do 1900 n = 1, nsize_aer(itype)
434         do 1830 j = jts, jte
435         do 1820 k =   1, min(config_flags%kemit,kte)
436         do 1810 i = its, ite
438 ! compute anthropogenic mass emissions [(ug/m3)*m/s] for each species
439 ! using the apportioning fractions
440         aem_so4 = fr_aem_mosaic_f(n)*emis_ant(i,k,j,p_e_so4j)  &
441                 + fr_aem_mosaic_c(n)*emis_ant(i,k,j,p_e_so4c)  &
442                 + fr_aem_sorgam_i(n)*emis_ant(i,k,j,p_e_so4i)  &
443                 + fr_aem_sorgam_j(n)*emis_ant(i,k,j,p_e_so4j)  
445         aem_no3 = fr_aem_mosaic_f(n)*emis_ant(i,k,j,p_e_no3j)   &
446                 + fr_aem_mosaic_c(n)*emis_ant(i,k,j,p_e_no3c)   &
447                 + fr_aem_sorgam_i(n)*emis_ant(i,k,j,p_e_no3i)   &
448                 + fr_aem_sorgam_j(n)*emis_ant(i,k,j,p_e_no3j)  
450         aem_oc  = fr_aem_mosaic_f(n)*emis_ant(i,k,j,p_e_orgj)   &
451                 + fr_aem_mosaic_c(n)*emis_ant(i,k,j,p_e_orgc)   &
452                 + fr_aem_sorgam_i(n)*emis_ant(i,k,j,p_e_orgi)   &
453                 + fr_aem_sorgam_j(n)*emis_ant(i,k,j,p_e_orgj)   &
454                 + fr_tno_oc_dom(n)*emis_ant(i,k,j,p_e_oc_dom)   &
455                 + fr_tno_oc_tra(n)*emis_ant(i,k,j,p_e_oc_tra)   &
456                 + fr_tno_mosaic_c(n)*emis_ant(i,k,j,p_e_oc_25_10) &  
457 !++SAN
458                 + fr_aem_gc2mosaic_f(n)*emis_ant(i,k,j,p_e_oc) 
459 !--SAN
461          chem_select_1 : SELECT CASE( config_flags%chem_opt )
462          CASE(SAPRC99_MOSAIC_4BIN_VBS2_KPP, SAPRC99_MOSAIC_8BIN_VBS2_AQ_KPP, &
463               SAPRC99_MOSAIC_8BIN_VBS2_KPP)!BSINGH(12/04/2013): Added SAPRC 8 bin and non-aq on 04/03/2014! Set the oc to zero for VBS
464              aem_oc = 0.0
465          END SELECT  chem_select_1 
467         aem_bc  = fr_aem_mosaic_f(n)*emis_ant(i,k,j,p_e_ecj)  &
468                 + fr_aem_mosaic_c(n)*emis_ant(i,k,j,p_e_ecc)  &
469                 + fr_aem_sorgam_i(n)*emis_ant(i,k,j,p_e_eci)  &
470                 + fr_aem_sorgam_j(n)*emis_ant(i,k,j,p_e_ecj)  &
471                 + fr_tno_bc1(n)*emis_ant(i,k,j,p_e_bc_1)      &
472                 + fr_tno_ec25(n)*emis_ant(i,k,j,p_e_ec_1_25)  &
473                 + fr_tno_mosaic_c(n)*emis_ant(i,k,j,p_e_ec_25_10) &
474 !++SAN
475                 + fr_aem_gc2mosaic_f(n)*emis_ant(i,k,j,p_e_bc) 
476 !--SAN
478         aem_oin = fr_aem_mosaic_f(n)*emis_ant(i,k,j,p_e_pm25j)   &
479                 + fr_aem_mosaic_c(n)*emis_ant(i,k,j,p_e_pm_10)   &
480                 + fr_aem_sorgam_i(n)*emis_ant(i,k,j,p_e_pm25i)   &
481                 + fr_aem_sorgam_j(n)*emis_ant(i,k,j,p_e_pm25j)   &
482 !++SAN
483                 + fr_aem_sorgam_c(n)*emis_ant(i,k,j,p_e_pm_10)   &
484 !--SAN
485                 + fr_tno_mosaic_f(n)*emis_ant(i,k,j,p_e_oin_25)  &
486                 + fr_tno_mosaic_c(n)*emis_ant(i,k,j,p_e_oin_10)  &
487 !++SAN
488                 + fr_aem_gc2mosaic_f(n)*emis_ant(i,k,j,p_e_pm25) &
489                 + fr_aem_gc2mosaic_f(n)*emis_ant(i,k,j,p_e_pm10) 
490 !--SAN
491   
493 ! emissions for these species are currently zero
494         aem_nh4 = 0.0
495         aem_na  = 0.0
496         aem_cl  = 0.0
497         aem_ca  = 0.0
498         aem_co3 = 0.0
499         aem_msa = 0.0
501   chem_select_2 : SELECT CASE( config_flags%chem_opt )
502   CASE(MOZART_MOSAIC_4BIN_KPP, MOZART_MOSAIC_4BIN_AQ_KPP)
503     aem_nh4 = fr_aem_mosaic_f(n)*emis_ant(i,k,j,p_e_nh4j)   &
504             + fr_aem_mosaic_c(n)*emis_ant(i,k,j,p_e_nh4c)   &
505             + fr_aem_sorgam_i(n)*emis_ant(i,k,j,p_e_nh4i)   &
506             + fr_aem_sorgam_j(n)*emis_ant(i,k,j,p_e_nh4j)
508     aem_na = fr_aem_mosaic_f(n)*emis_ant(i,k,j,p_e_naj)   &
509             + fr_aem_mosaic_c(n)*emis_ant(i,k,j,p_e_nac)   &
510             + fr_aem_sorgam_i(n)*emis_ant(i,k,j,p_e_nai)   &
511             + fr_aem_sorgam_j(n)*emis_ant(i,k,j,p_e_naj)
513     aem_cl = fr_aem_mosaic_f(n)*emis_ant(i,k,j,p_e_clj)   &
514             + fr_aem_mosaic_c(n)*emis_ant(i,k,j,p_e_clc)   &
515             + fr_aem_sorgam_i(n)*emis_ant(i,k,j,p_e_cli)   &
516             + fr_aem_sorgam_j(n)*emis_ant(i,k,j,p_e_clj)
517    END SELECT chem_select_2
519 ! compute number emissions
520 ! first sum the mass-emissions/density
521         aem_num =   &
522         (aem_so4/dens_so4_aer) + (aem_no3/dens_no3_aer) +   &
523         (aem_cl /dens_cl_aer ) + (aem_msa/dens_msa_aer) +   &
524         (aem_co3/dens_co3_aer) + (aem_nh4/dens_nh4_aer) +   &
525         (aem_na /dens_na_aer ) + (aem_ca /dens_ca_aer ) +   &
526         (aem_oin/dens_oin_aer) + (aem_oc /dens_oc_aer ) +   &
527         (aem_bc /dens_bc_aer )
529 ! then multiply by 1.0e-6 to convert ug to g
530 ! and divide by particle volume at center of section (cm3)
531         aem_num = aem_num*1.0e-6/volumcen_sect(n,itype)
533 ! apply the emissions and convert from flux to mixing ratio
534 !       fact = (dtstep/dz8w(i,k,j))*(28.966/1000.)
535         fact = (dtstep/dz8w(i,k,j))*alt(i,k,j)
537 ! rce 22-nov-2004 - change to using the "..._aer" species pointers
538         l = lptr_so4_aer(n,itype,iphase)
539         if (l >= p1st) chem(i,k,j,l) = chem(i,k,j,l) + aem_so4*fact
541         l = lptr_no3_aer(n,itype,iphase)
542         if (l >= p1st) chem(i,k,j,l) = chem(i,k,j,l) + aem_no3*fact
544         l = lptr_cl_aer(n,itype,iphase)
545         if (l >= p1st) chem(i,k,j,l) = chem(i,k,j,l) + aem_cl*fact
547         l = lptr_msa_aer(n,itype,iphase)
548         if (l >= p1st) chem(i,k,j,l) = chem(i,k,j,l) + aem_msa*fact
550         l = lptr_co3_aer(n,itype,iphase)
551         if (l >= p1st) chem(i,k,j,l) = chem(i,k,j,l) + aem_co3*fact
553         l = lptr_nh4_aer(n,itype,iphase)
554         if (l >= p1st) chem(i,k,j,l) = chem(i,k,j,l) + aem_nh4*fact
556         l = lptr_na_aer(n,itype,iphase)
557         if (l >= p1st) chem(i,k,j,l) = chem(i,k,j,l) + aem_na*fact
559         l = lptr_ca_aer(n,itype,iphase)
560         if (l >= p1st) chem(i,k,j,l) = chem(i,k,j,l) + aem_ca*fact
562         l = lptr_oin_aer(n,itype,iphase)
563         if (l >= p1st) chem(i,k,j,l) = chem(i,k,j,l) + aem_oin*fact
565         l = lptr_oc_aer(n,itype,iphase)
566         if (l >= p1st) chem(i,k,j,l) = chem(i,k,j,l) + aem_oc*fact
568         l = lptr_bc_aer(n,itype,iphase)
569         if (l >= p1st) chem(i,k,j,l) = chem(i,k,j,l) + aem_bc*fact
571         l = numptr_aer(n,itype,iphase)
572         if (l >= p1st) chem(i,k,j,l) = chem(i,k,j,l) + aem_num*fact
574 1810    continue
575 1820    continue
576 1830    continue
578 1900    continue
580   if (num_ebu <= 0 ) then
581     return
582   endif
584 !++ SAN, 2015-04-09.
585 ! ----------------------    ADD BIOMASS BURNING EMISSIONS   ----------------------------!
586 ! - new case select for adding biomass burning emissions.
587 ! First reset all emissions to make sure we don't double count anthropogenic emissions
588   aem_so4 = 0.
589   aem_no3 = 0.
590   aem_oc  = 0.
591   aem_bc  = 0.
592   aem_oin = 0.
593   aem_num = 0.
595  fire_select:  SELECT CASE(config_flags%biomass_burn_opt)
596    CASE (BIOMASSB,BIOMASSB_MOZC) 
597       CALL wrf_debug(15,'mosaic_addemiss: adding fire emissions to MOSAIC')
598 !      CALL wrf_debug(15,'e_oin_fm = PM2.5 - OC - BC')
599 !      CALL wrf_debug(15,'e_oin_cm = PM10 - PM2.5')
601 size_loop: &
602         do n = 1, nsize_aer(itype)
603           do j = jts, jte
604             do k = kts, kte ! Loop up to kte for fire emissions (with plumerise)
605               do i = its, ite
606 ! compute mass biomass burning emissions [(ug/m3)*m/s] for each species
607 ! using the apportioning fractions
608                 IF ( p_ebu_sulf .gt. 1) aem_so4 = bburn_mosaic_f(n)*ebu(i,k,j,p_ebu_sulf)      
609                 aem_oc  = bburn_mosaic_f(n)*ebu(i,k,j,p_ebu_oc)    
610                 aem_bc  = bburn_mosaic_f(n)*ebu(i,k,j,p_ebu_bc) 
611 ! Option to calculate OIN fraction of total PM for fire emissions 
612 ! Assume all OC and BC is in FM.
613                 aem_oin = bburn_mosaic_f(n)*ebu(i,k,j,p_ebu_pm25)  &
614                         + bburn_mosaic_c(n)*ebu(i,k,j,p_ebu_pm10) 
616          chem_select_3 : SELECT CASE( config_flags%chem_opt )
617             CASE(SAPRC99_MOSAIC_4BIN_VBS2_KPP) ! Set the oc to zero for VBS
618               aem_oc = 0.0
619             END SELECT  chem_select_3 
621 ! emissions for these species are currently zero
622           aem_nh4 = 0.0
623           aem_na  = 0.0
624           aem_cl  = 0.0
625           aem_ca  = 0.0
626           aem_co3 = 0.0
627           aem_msa = 0.0
629         ! compute number emissions
630         ! first sum the mass-emissions/density
631                 aem_num =   &
632                 (aem_so4/dens_so4_aer) + (aem_no3/dens_no3_aer) +   &
633                 (aem_cl /dens_cl_aer ) + (aem_msa/dens_msa_aer) +   &
634                 (aem_co3/dens_co3_aer) + (aem_nh4/dens_nh4_aer) +   &
635                 (aem_na /dens_na_aer ) + (aem_ca /dens_ca_aer ) +   &
636                 (aem_oin/dens_oin_aer) + (aem_oc /dens_oc_aer ) +   &
637                 (aem_bc /dens_bc_aer )
639         ! then multiply by 1.0e-6 to convert ug to g
640         ! and divide by particle volume at center of section (cm3)
641                 aem_num = aem_num*1.0e-6/volumcen_sect(n,itype)
643         ! apply the emissions and convert from flux to mixing ratio
644         !       fact = (dtstep/dz8w(i,k,j))*(28.966/1000.)
645                 fact = (dtstep/dz8w(i,k,j))*alt(i,k,j)
647         ! rce 22-nov-2004 - change to using the "..._aer" species pointers
648                 l = lptr_so4_aer(n,itype,iphase)
649                 if (l >= p1st) chem(i,k,j,l) = chem(i,k,j,l) + aem_so4*fact
651                 l = lptr_no3_aer(n,itype,iphase)
652                 if (l >= p1st) chem(i,k,j,l) = chem(i,k,j,l) + aem_no3*fact
654                 l = lptr_cl_aer(n,itype,iphase)
655                 if (l >= p1st) chem(i,k,j,l) = chem(i,k,j,l) + aem_cl*fact
657                 l = lptr_msa_aer(n,itype,iphase)
658                 if (l >= p1st) chem(i,k,j,l) = chem(i,k,j,l) + aem_msa*fact
660                 l = lptr_co3_aer(n,itype,iphase)
661                 if (l >= p1st) chem(i,k,j,l) = chem(i,k,j,l) + aem_co3*fact
663                 l = lptr_nh4_aer(n,itype,iphase)
664                 if (l >= p1st) chem(i,k,j,l) = chem(i,k,j,l) + aem_nh4*fact
666                 l = lptr_na_aer(n,itype,iphase)
667                 if (l >= p1st) chem(i,k,j,l) = chem(i,k,j,l) + aem_na*fact
669                 l = lptr_ca_aer(n,itype,iphase)
670                 if (l >= p1st) chem(i,k,j,l) = chem(i,k,j,l) + aem_ca*fact
672                 l = lptr_oin_aer(n,itype,iphase)
673                 if (l >= p1st) chem(i,k,j,l) = chem(i,k,j,l) + aem_oin*fact
675                 l = lptr_oc_aer(n,itype,iphase)
676                 if (l >= p1st) chem(i,k,j,l) = chem(i,k,j,l) + aem_oc*fact
678                 l = lptr_bc_aer(n,itype,iphase)
679                 if (l >= p1st) chem(i,k,j,l) = chem(i,k,j,l) + aem_bc*fact
681                 l = numptr_aer(n,itype,iphase)
682                 if (l >= p1st) chem(i,k,j,l) = chem(i,k,j,l) + aem_num*fact
684               end do
685             end do
686           end do
687         end do size_loop
688    END SELECT fire_select
689 !-- SAN - end adding fire emissions.
692 ! do mass check final calc
693         if (mosaic_addemiss_masscheck > 0) call addemiss_masscheck(        &
694                id, config_flags, 2, 'mosaic_ademiss',                      &
695                dtstep, efact1, dz8w, chem, chem_sum,                       &
696                ids,ide, jds,jde, kds,kde,                                  &
697                ims,ime, jms,jme, kms,kme,                                  &
698                its,ite, jts,jte, kts,kte,                                  &
699                14,                                                         &
700                emis_ant(ims,  1,jms,p_e_pm_10),emis_ant(ims,  1,jms,p_e_pm_25), &
701                emis_ant(ims,  1,jms,p_e_pm25i),emis_ant(ims,  1,jms,p_e_pm25j), &
702                emis_ant(ims,  1,jms,p_e_eci),emis_ant(ims,  1,jms,p_e_ecj),     &
703                emis_ant(ims,  1,jms,p_e_orgi),emis_ant(ims,  1,jms,p_e_orgj),   &
704                emis_ant(ims,  1,jms,p_e_so4j),emis_ant(ims,  1,jms,p_e_so4c),   &
705                emis_ant(ims,  1,jms,p_e_no3j),emis_ant(ims,  1,jms,p_e_no3c),   &
706                emis_ant(ims,  1,jms,p_e_orgc),emis_ant(ims,  1,jms,p_e_ecc),    &
707                emis_ant(ims,  1,jms,p_e_ecc),emis_ant(ims,  1,jms,p_e_ecc),     &
708                emis_ant(ims,  1,jms,p_e_ecc),emis_ant(ims,  1,jms,p_e_ecc),     &
709                emis_ant(ims,  1,jms,p_e_ecc),emis_ant(ims,  1,jms,p_e_ecc),     &
710                emis_ant(ims,  1,jms,p_e_ecc))
713 ! do seasalt emissions
714         if (seasalt_emiss_active > 0)   &
715             call mosaic_seasalt_emiss(                                     &
716                id, dtstep, u10, v10, alt, dz8w, xland, config_flags, chem, &
717                seas_flux,                                                  &
718                ids,ide, jds,jde, kds,kde,                                  &
719                ims,ime, jms,jme, kms,kme,                                  &
720                its,ite, jts,jte, kts,kte, seasalt_emiss_active             )
722 !       if (seasalt_emiss_active == 2)   &
723 !            call mosaic_seasalt_emiss(                                     &
724 !               id, dtstep, u10, v10, alt, dz8w, xland, config_flags, chem, &
725 !               ids,ide, jds,jde, kds,kde,                                  &
726 !               ims,ime, jms,jme, kms,kme,                                  &
727 !               its,ite, jts,jte, kts,kte                                   )
729 ! do dust emissions
730 ! jdf: preliminary version that has not been made generic for situation
731         if (dust_opt == 2) then 
732             !czhao+++++++++++++++++++++++++++
733             call wrf_message("WARNING: You are calling DUSTRAN dust emission scheme with MOSAIC, which is highly experimental and not recommended for use. Please use dust_opt==13")
734             !czhao---------------------------
735             call mosaic_dust_emiss( slai, ust, smois, ivgtyp, isltyp,      &
736                id, dtstep, u10, v10, alt, dz8w, xland, config_flags, chem, &
737                ids,ide, jds,jde, kds,kde,                                  &
738                ims,ime, jms,jme, kms,kme,                                  &
739                its,ite, jts,jte, kts,kte                                   )
740         endif
741         !czhao+++++++++++++++++++++++++++
742         if (dust_opt == 13) then 
743         !czhao---------------------------
744          call mosaic_dust_gocartemis (dtstep,config_flags%start_month,      &
745          config_flags%num_soil_layers,alt,u_phy,                         &
746          v_phy,chem,rho_phy,dz8w,smois,u10,v10,erod,                     &
747          isltyp,xland,g,                                                 &
748          emis_dust,                                                      &
749          ids,ide, jds,jde, kds,kde,                                      &
750          ims,ime, jms,jme, kms,kme,                                      &
751          its,ite, jts,jte, kts,kte) 
752         endif
755         return
758    END subroutine mosaic_addemiss
762 !----------------------------------------------------------------------
763    subroutine mosaic_seasalt_emiss(                                        &
764                id, dtstep, u10, v10, alt, dz8w, xland, config_flags, chem, &
765                seas_flux,                                                  &
766                ids,ide, jds,jde, kds,kde,                                  &
767                ims,ime, jms,jme, kms,kme,                                  &
768                its,ite, jts,jte, kts,kte, seasalt_emiss_active             )
770 ! adds seasalt emissions for mosaic aerosol species
771 ! (i.e., seasalt emissions tendencies over time dtstep are applied 
772 ! to the aerosol mixing ratios)
775    USE module_configure, only:  grid_config_rec_type
776    USE module_state_description, only:  num_chem, param_first_scalar
777    USE module_data_mosaic_asect
779    IMPLICIT NONE
781    TYPE(grid_config_rec_type),  INTENT(IN   )    :: config_flags
783    INTEGER,      INTENT(IN   ) :: id,                                      &
784                                   ids,ide, jds,jde, kds,kde,               &
785                                   ims,ime, jms,jme, kms,kme,               &
786                                   its,ite, jts,jte, kts,kte
788    REAL, INTENT(IN   ) ::    dtstep
789    INTEGER, INTENT(IN) ::    seasalt_emiss_active
791 ! 10-m wind speed components (m/s)
792    REAL,  DIMENSION( ims:ime , jms:jme ),                                  &
793           INTENT(IN   ) ::   u10, v10, xland
795 ! trace species mixing ratios (aerosol mass = ug/kg; number = #/kg)
796    REAL, DIMENSION( ims:ime, kms:kme, jms:jme, num_chem ),                 &
797          INTENT(INOUT ) ::   chem
799 ! alt  = 1.0/(dry air density) in (m3/kg)
800 ! dz8w = layer thickness in (m)
801    REAL,  DIMENSION( ims:ime , kms:kme , jms:jme )         ,               &
802           INTENT(IN   ) ::   alt, dz8w
804    REAL, DIMENSION( ims:ime, jms:jme ), INTENT(OUT) :: seas_flux
806 ! local variables
807         integer i, j, k, l, l_na, l_cl, n, l_oc
808         integer iphase, itype
809         integer p1st
811         real dum, dumdlo, dumdhi, dumoceanfrac, dumspd10
812         real factaa, factbb, fracna, fraccl, fracorg
814         real :: ssemfact_numb( maxd_asize, maxd_atype )
815         real :: ssemfact_mass( maxd_asize, maxd_atype )
818         ! Factors for Fuentes et al (ACP, 2011, doi:10.5194/acp-11-2585-2011) 
819         !                                              seasalt emission scheme.
820         ! These are for calculating the seawater_OC content dependent factors.
821     real, save :: alpha_f1(4) =   &
822                  (/ 12.328, 38.077, 102.31, 281.65 /)
823     real, save :: alpha_f2(4) =   &
824                  (/ 2.2958, 8.0935, 25.251, 46.80 /)
825     real, save :: alpha_f3(4) =   &
826                  (/ 0.00452, 0.00705, 0.00080, 0.000761 /)
827     real, save :: beta_f1(4) =   &
828                  (/ 0.0311, -0.031633, 0.013154, -0.0017762 /)
829     real, save :: beta_f2(4) =   &
830                  (/ -13.916, 35.73, -9.7651, 1.1665 /)
831     real, save :: beta_f3(4) =   &
832                  (/ 4747.8, 12920.0, 7313.4, 6610.0 /)
833         real :: nti(4), dp0gi(4)
834         ! seawater OC<0.2um concentration (in uM) - first is for low activity, the 2nd for high activity
835         !    High activity conc is from the average for RHaMBLe cruise in high activity regions
836         real, save :: oc02um(2) = (/ 0.0, 280.0 /)              
837         ! Organic fraction for seasalt emissions (by size bin).
838         ! These are estimated from Figure 5 of Fuentes et al (ACP, 2011), assuming a value of 
839         !        2 ug/l for Chl-a for the high activity
840         real, save :: org_frac_low_activity(8) =   &
841        (/ 0.05,  0.05,  0.0,  0.0,  0.0,  0.0,  0.0,  0.0 /)
842         real, save :: org_frac_high_activity(8) =   &
843        (/ 0.2,  0.2,  0.1,  0.01,  0.01,  0.01,  0.01,  0.01 /)
844         
846     p1st = PARAM_FIRST_SCALAR
848 !   for now just do itype=1
849         itype = 1
850         iphase = ai_phase
852         ! if using Feuntes et al (2011) then calculate the seawater OC dependent factors
853         if(seasalt_emiss_active .eq. 3 .or. seasalt_emiss_active .eq. 4)then
854                 do i=1,4
855                         nti(i)   = beta_f1(i) * oc02um(seasalt_emiss_active-2)**2.0 + beta_f2(i) &
856                                                         * oc02um(seasalt_emiss_active-2) + beta_f3(i)
857                         dp0gi(i) = alpha_f1(i) + alpha_f2(i) &
858                                                         * exp(-alpha_f3(i)*oc02um(seasalt_emiss_active-2))
859                 end do
860         end if
863 !   compute emissions factors for each size bin
864         do n = 1, nsize_aer(itype)
865 !     changed the lower bound of the emission size limit to match lowest section edge, Qing.Yang@pnl.gov
866             ! DL - 30/3/2012 - select emission scheme (1=original, 3&4=Feuntes et al, 2011)
867             if(seasalt_emiss_active == 1)then
868 !               changed the lower bound of the emission size limit to match lowest section edge, Qing.Yang@pnl.gov
869 !               dumdlo = max( dlo_sect(n,itype), 0.1e-4 )
870 !               dumdhi = max( dhi_sect(n,itype), 0.1e-4 )
871                 dumdlo = max( dlo_sect(n,itype), 0.02e-4 )
872                 dumdhi = max( dhi_sect(n,itype), 0.02e-4 )
873                 call seasalt_emitfactors_1bin( 1, dumdlo, dumdhi,   &
874                         ssemfact_numb(n,itype), dum, ssemfact_mass(n,itype) )
875                 elseif(seasalt_emiss_active .eq. 3 .or. seasalt_emiss_active .eq. 4)then
876                     call seasalt_emit_feuntes_1bin( dlo_sect(n,itype), dhi_sect(n,itype),  &
877                         ssemfact_numb(n,itype), dum, ssemfact_mass(n,itype), nti, dp0gi, oc02um(seasalt_emiss_active-2) )
878                 endif
880 !   convert mass emissions factor from (g/m2/s) to (ug/m2/s)
881             ssemfact_mass(n,itype) = ssemfact_mass(n,itype)*1.0e6
882         end do
884   seas_flux(:,:) = 0.0
886 !   loop over i,j and apply seasalt emissions
887         k = kts
888         do j = jts, jte
889         do i = its, ite
890         
891                 ! Skip this point if over land. xland=1 for land and 2 for water.
892                 ! Also, there is no way to differentiate fresh from salt water.
893                 ! Currently, this assumes all water is salty.
894                 if( xland(i,j) < 1.5 ) cycle
895         
896                 !wig: As far as I can tell, only real.exe knows the fractional breakdown
897                 !     of land use. So, in wrf.exe, dumoceanfrac will always be 1.
898                 dumoceanfrac = 1. !fraction of grid i,j that is salt water
899                 dumspd10 = dumoceanfrac* &
900                          ( (u10(i,j)*u10(i,j) + v10(i,j)*v10(i,j))**(0.5*3.41) )
901         
902                 ! factaa is (s*m2/kg-air)
903                 ! factaa*ssemfact_mass(n) is (s*m2/kg-air)*(ug/m2/s) = ug/kg-air
904                 ! factaa*ssemfact_numb(n) is (s*m2/kg-air)*( #/m2/s) =  #/kg-air
905                 factaa = (dtstep/dz8w(i,k,j))*alt(i,k,j)
906         
907                 factbb = factaa * dumspd10
908         
909                 if(seasalt_emiss_active == 1)then
910                 
911                 seas_flux(i,j) = dumspd10*SUM(ssemfact_mass(1:nsize_aer(itype),itype))
912                 
913                         ! apportion seasalt mass emissions assumming that seasalt is pure nacl
914                         fracna = mw_na_aer / (mw_na_aer + mw_cl_aer)
915                         fraccl = 1.0 - fracna
916                 
917                         do n = 1, nsize_aer(itype)
918                 
919                                 ! only apply emissions if bin has both na and cl species
920                                 l_na = lptr_na_aer(n,itype,iphase)
921                                 l_cl = lptr_cl_aer(n,itype,iphase)
922                                 if ((l_na >= p1st) .and. (l_cl >= p1st)) then
923                         
924                                         chem(i,k,j,l_na) = chem(i,k,j,l_na) +   &
925                                                 factbb * ssemfact_mass(n,itype) * fracna
926                         
927                                         chem(i,k,j,l_cl) = chem(i,k,j,l_cl) +   &
928                                                 factbb * ssemfact_mass(n,itype) * fraccl
929                         
930                                         l = numptr_aer(n,itype,iphase)
931                                         if (l >= p1st) chem(i,k,j,l) = chem(i,k,j,l) +   &
932                                                                                 factbb * ssemfact_numb(n,itype)
933                 
934                                 end if
935                                 
936                         end do ! n = 1, nsize_aer(itype)
937                         
938                         
939                 elseif(seasalt_emiss_active.eq.3 .or. seasalt_emiss_active.eq.4)then
940                         do n = 1, nsize_aer(itype)
942                                 ! apportion seasalt mass emissions assumming that seasalt is a 
943                                 ! simple mix of pure nacl and a single primary organic 
944                                 if(seasalt_emiss_active.eq.3)then
945                                         fracorg = org_frac_low_activity(n)
946                                 elseif(seasalt_emiss_active.eq.4)then
947                                         fracorg = org_frac_high_activity(n)
948                                 endif
949                                 fracna = mw_na_aer / (mw_na_aer + mw_cl_aer)
950                                 fraccl = 1.0 - fracna
951                                 fracna = (1.0-fracorg)*fracna
952                                 fraccl = (1.0-fracorg)*fraccl
953                 
954                                 ! only apply emissions if bin has both na and cl species
955                                 l_na = lptr_na_aer(n,itype,iphase)
956                                 l_cl = lptr_cl_aer(n,itype,iphase)
957                                 l_oc = lptr_oc_aer(n,itype,iphase)
958                                 if ((l_na >= p1st) .and. (l_cl >= p1st) .and. (l_oc >= p1st)) then
959                         
960                                         chem(i,k,j,l_na) = chem(i,k,j,l_na) +   &
961                                                 factbb * ssemfact_mass(n,itype) * fracna
962                         
963                                         chem(i,k,j,l_cl) = chem(i,k,j,l_cl) +   &
964                                                 factbb * ssemfact_mass(n,itype) * fraccl
966                                         chem(i,k,j,l_oc) = chem(i,k,j,l_oc) +   &
967                                                 factbb * ssemfact_mass(n,itype) * fracorg
968                         
969                                         l = numptr_aer(n,itype,iphase)
970                                         if (l >= p1st) chem(i,k,j,l) = chem(i,k,j,l) +   &
971                                                                                 factbb * ssemfact_numb(n,itype)
972                 
973                                 end if
974                                 
975                         end do ! n = 1, nsize_aer(itype)
976                 endif
978         end do ! i = its, ite
979         end do ! j = jts, jte
981         return
983    END subroutine mosaic_seasalt_emiss
987 !c----------------------------------------------------------------------
988 !c   following is from gong06b.f in
989 !c      /net/cirrus/files1/home/rce/oldfiles1/box/seasaltg
990 !c----------------------------------------------------------------------
991         subroutine seasalt_emitfactors_1bin( ireduce_smallr_emit,       &
992                 dpdrylo_cm, dpdryhi_cm,   &
993                 emitfact_numb, emitfact_surf, emitfact_mass )
995 !c   computes seasalt emissions factors for a specifed 
996 !c   dry particle size range
997 !c      dpdrylo_cm  = lower dry diameter (cm)
998 !c      dpdryhi_cm  = upper dry diameter (cm)
1000 !c   number and mass emissions are then computed as
1001 !c      number   emissions (#/m2/s)   == emitfact_numb * (spd10*3.41)
1002 !c      dry-sfc  emissions (cm2/m2/s) == emitfact_surf * (spd10*3.41)
1003 !c      dry-mass emissions (g/m2/s)   == emitfact_mass * (spd10*3.41)
1005 !c   where spd10 = 10 m windspeed in m/s
1007 !c   uses bubble emissions formula (eqn 5a) from 
1008 !c      Gong et al. [JGR, 1997, p 3805-3818]
1010 !c   *** for rdry < rdry_star, this formula overpredicts emissions.
1011 !c      A strictly ad hoc correction is applied to the formula,
1012 !c      based on sea-salt size measurements of
1013 !c      O'Dowd et al. [Atmos Environ, 1997, p 73-80]
1015 !c   *** the correction is only applied when ireduce_smallr_emit > 0
1017         implicit none
1019 !c   subr arguments
1020         integer ireduce_smallr_emit
1021         real dpdrylo_cm, dpdryhi_cm,                            &
1022                 emitfact_numb, emitfact_surf, emitfact_mass
1024 !c   local variables
1025         integer isub_bin, nsub_bin
1027         real alnrdrylo
1028         real drydens, drydens_43pi_em12, x_4pi_em8
1029         real dum, dumadjust, dumb, dumexpb
1030         real dumsum_na, dumsum_ma, dumsum_sa
1031         real drwet, dlnrdry
1032         real df0drwet, df0dlnrdry, df0dlnrdry_star
1033         real relhum
1034         real rdry, rdrylo, rdryhi, rdryaa, rdrybb
1035         real rdrylowermost, rdryuppermost, rdry_star
1036         real rwet, rwetaa, rwetbb
1037         real rdry_cm, rwet_cm
1038         real sigmag_star
1039         real xmdry, xsdry
1041         real pi
1042         parameter (pi = 3.1415936536)
1044 !c   c1-c4 are constants for seasalt hygroscopic growth parameterization
1045 !c   in Eqn 3 and Table 2 of Gong et al. [1997]
1046         real c1, c2, c3, c4, onethird
1047         parameter (c1 = 0.7674)
1048         parameter (c2 = 3.079)
1049         parameter (c3 = 2.573e-11)
1050         parameter (c4 = -1.424)
1051         parameter (onethird = 1.0/3.0)
1054 !c   dry particle density (g/cm3)
1055         drydens = 2.165
1056 !c   factor for radius (micrometers) to mass (g)
1057         drydens_43pi_em12 = drydens*(4.0/3.0)*pi*1.0e-12
1058 !c   factor for radius (micrometers) to surface (cm2)
1059         x_4pi_em8 = 4.0*pi*1.0e-8
1060 !c   bubble emissions formula assume 80% RH
1061         relhum = 0.80
1063 !c   rdry_star = dry radius (micrometers) below which the
1064 !c   dF0/dr emission formula is adjusted downwards
1065         rdry_star = 0.1
1066         if (ireduce_smallr_emit .le. 0) rdry_star = -1.0e20
1067 !c   sigmag_star = geometric standard deviation used for
1068 !c   rdry < rdry_star
1069         sigmag_star = 1.9
1071 !c   initialize sums
1072         dumsum_na = 0.0
1073         dumsum_sa = 0.0
1074         dumsum_ma = 0.0
1076 !c   rdrylowermost, rdryuppermost = lower and upper 
1077 !c   dry radii (micrometers) for overall integration
1078         rdrylowermost = dpdrylo_cm*0.5e4
1079         rdryuppermost = dpdryhi_cm*0.5e4
1082 !c   "section 1"
1083 !c   integrate over rdry > rdry_star, where the dF0/dr emissions 
1084 !c   formula is applicable
1085 !c   (when ireduce_smallr_emit <= 0, rdry_star = -1.0e20,
1086 !c   and the entire integration is done here)
1088         if (rdryuppermost .le. rdry_star) goto 2000
1090 !c   rdrylo, rdryhi = lower and upper dry radii (micrometers) 
1091 !c   for this part of the integration
1092         rdrylo = max( rdrylowermost, rdry_star )
1093         rdryhi = rdryuppermost
1095         nsub_bin = 1000
1097         alnrdrylo = log( rdrylo )
1098         dlnrdry = (log( rdryhi ) - alnrdrylo)/nsub_bin
1100 !c   compute rdry, rwet (micrometers) at lowest size
1101         rdrybb = exp( alnrdrylo )
1102         rdry_cm = rdrybb*1.0e-4
1103         rwet_cm = ( rdry_cm**3 + (c1*(rdry_cm**c2))/            &
1104                 ( (c3*(rdry_cm**c4)) - log10(relhum) ) )**onethird
1105         rwetbb = rwet_cm*1.0e4
1107         do 1900 isub_bin = 1, nsub_bin
1109 !c   rdry, rwet at sub_bin lower boundary are those
1110 !c   at upper boundary of previous sub_bin
1111         rdryaa = rdrybb
1112         rwetaa = rwetbb
1114 !c   compute rdry, rwet (micrometers) at sub_bin upper boundary
1115         dum = alnrdrylo + isub_bin*dlnrdry
1116         rdrybb = exp( dum )
1118         rdry_cm = rdrybb*1.0e-4
1119         rwet_cm = ( rdry_cm**3 + (c1*(rdry_cm**c2))/            &
1120                 ( (c3*(rdry_cm**c4)) - log10(relhum) ) )**onethird
1121         rwetbb = rwet_cm*1.0e4
1123 !c   geometric mean rdry, rwet (micrometers) for sub_bin
1124         rdry = sqrt(rdryaa * rdrybb)
1125         rwet = sqrt(rwetaa * rwetbb)
1126         drwet = rwetbb - rwetaa
1128 !c   xmdry is dry mass in g
1129         xmdry = drydens_43pi_em12 * (rdry**3.0)
1131 !c   xsdry is dry surface in cm2
1132         xsdry = x_4pi_em8 * (rdry**2.0)
1134 !c   dumb is "B" in Gong's Eqn 5a
1135 !c   df0drwet is "dF0/dr" in Gong's Eqn 5a
1136         dumb = ( 0.380 - log10(rwet) ) / 0.650
1137         dumexpb = exp( -dumb*dumb)
1138         df0drwet = 1.373 * (rwet**(-3.0)) *                     &
1139                 (1.0 + 0.057*(rwet**1.05)) *                    &
1140                 (10.0**(1.19*dumexpb))
1142         dumsum_na = dumsum_na + drwet*df0drwet
1143         dumsum_ma = dumsum_ma + drwet*df0drwet*xmdry
1144         dumsum_sa = dumsum_sa + drwet*df0drwet*xsdry
1146 1900    continue
1150 !c   "section 2"
1151 !c   integrate over rdry < rdry_star, where the dF0/dr emissions 
1152 !c   formula is just an extrapolation and predicts too many emissions
1154 !c   1.  compute dF0/dln(rdry) = (dF0/drwet)*(drwet/dlnrdry) 
1155 !c      at rdry_star
1156 !c   2.  for rdry < rdry_star, assume dF0/dln(rdry) is lognormal,
1157 !c      with the same lognormal parameters observed in 
1158 !c      O'Dowd et al. [1997]
1160 2000    if (rdrylowermost .ge. rdry_star) goto 3000
1162 !c   compute dF0/dln(rdry) at rdry_star
1163         rdryaa = 0.99*rdry_star
1164         rdry_cm = rdryaa*1.0e-4
1165         rwet_cm = ( rdry_cm**3 + (c1*(rdry_cm**c2))/            &
1166                 ( (c3*(rdry_cm**c4)) - log10(relhum) ) )**onethird
1167         rwetaa = rwet_cm*1.0e4
1169         rdrybb = 1.01*rdry_star
1170         rdry_cm = rdrybb*1.0e-4
1171         rwet_cm = ( rdry_cm**3 + (c1*(rdry_cm**c2))/            &
1172                 ( (c3*(rdry_cm**c4)) - log10(relhum) ) )**onethird
1173         rwetbb = rwet_cm*1.0e4
1175         rwet = 0.5*(rwetaa + rwetbb)
1176         dumb = ( 0.380 - log10(rwet) ) / 0.650
1177         dumexpb = exp( -dumb*dumb)
1178         df0drwet = 1.373 * (rwet**(-3.0)) *                     &
1179                 (1.0 + 0.057*(rwet**1.05)) *                    &
1180                 (10.0**(1.19*dumexpb))
1182         drwet = rwetbb - rwetaa
1183         dlnrdry = log( rdrybb/rdryaa )
1184         df0dlnrdry_star = df0drwet * (drwet/dlnrdry)
1187 !c   rdrylo, rdryhi = lower and upper dry radii (micrometers) 
1188 !c   for this part of the integration
1189         rdrylo = rdrylowermost
1190         rdryhi = min( rdryuppermost, rdry_star )
1192         nsub_bin = 1000
1194         alnrdrylo = log( rdrylo )
1195         dlnrdry = (log( rdryhi ) - alnrdrylo)/nsub_bin
1197         do 2900 isub_bin = 1, nsub_bin
1199 !c   geometric mean rdry (micrometers) for sub_bin
1200         dum = alnrdrylo + (isub_bin-0.5)*dlnrdry
1201         rdry = exp( dum )
1203 !c   xmdry is dry mass in g
1204         xmdry = drydens_43pi_em12 * (rdry**3.0)
1206 !c   xsdry is dry surface in cm2
1207         xsdry = x_4pi_em8 * (rdry**2.0)
1209 !c   dumadjust is adjustment factor to reduce dF0/dr
1210         dum = log( rdry/rdry_star ) / log( sigmag_star )
1211         dumadjust = exp( -0.5*dum*dum )
1213         df0dlnrdry = df0dlnrdry_star * dumadjust
1215         dumsum_na = dumsum_na + dlnrdry*df0dlnrdry
1216         dumsum_ma = dumsum_ma + dlnrdry*df0dlnrdry*xmdry
1217         dumsum_sa = dumsum_sa + dlnrdry*df0dlnrdry*xsdry
1219 2900    continue
1223 !c  all done
1225 3000    emitfact_numb = dumsum_na
1226         emitfact_mass = dumsum_ma
1227         emitfact_surf = dumsum_sa
1229         return
1230         end subroutine seasalt_emitfactors_1bin
1233 !c----------------------------------------------------------------------
1234 !c   Following is an adaption of the subroutine above.
1235 !c   It has been modified to include flux from Fuentes et al, ACP, 2010
1236 !c   for dealing with smaller particle emissions.
1237 !c----------------------------------------------------------------------
1238         subroutine seasalt_emit_feuntes_1bin( &
1239                 dpdrylo_cm, dpdryhi_cm,   &
1240                 emitfact_numb, emitfact_surf, emitfact_mass, nti, dp0gi, oc02um  )
1242 !c   computes seasalt emissions factors for a specifed 
1243 !c   dry particle size range
1244 !c      dpdrylo_cm  = lower dry diameter (cm)
1245 !c      dpdryhi_cm  = upper dry diameter (cm)
1247 !c   number and mass emissions are then computed as
1248 !c      number   emissions (#/m2/s)   == emitfact_numb * (spd10*3.41)
1249 !c      dry-sfc  emissions (cm2/m2/s) == emitfact_surf * (spd10*3.41)
1250 !c      dry-mass emissions (g/m2/s)   == emitfact_mass * (spd10*3.41)
1252 !c   where spd10 = 10 m windspeed in m/s
1254 !c  Uses bubble emissions formula (eqn 5a) from 
1255 !c      Gong et al. [JGR, 1997, p 3805-3818] for particles 
1256 !c  with dry diameters of 0.45 um or more
1258 !c  For smaller particles we use the parameterisation of 
1259 !c  Fuentes et al, ACP, 2010.
1263         implicit none
1265         ! subr arguments
1266         !integer ireduce_smallr_emit
1267         real dpdrylo_cm, dpdryhi_cm,                            &
1268                 emitfact_numb, emitfact_surf, emitfact_mass
1269     real, intent(in) :: nti(4), dp0gi(4), oc02um
1271         ! local variables
1272         integer isub_bin, nsub_bin, jd, nsub_lower_bin, nsub_upper_bin
1274         real alnrdrylo
1275         real drydens, drydens_43pi_em12, x_4pi_em8, drydens_16pi_em12, x_pi_em8
1276         real dum, dumadjust, dumb, dumexpb
1277         real dumsum_na, dumsum_ma, dumsum_sa
1278         real drwet, dlnrdry, ddwet, ddry, dwet
1279         real df0drwet, df0dlnrdry, df0dlnrdry_star
1280         real relhum
1281         real rdry, rdrylo, rdryhi, rdryaa, rdrybb
1282         real rdrylowermost, rdryuppermost, rdry_star
1283         real rwet, rwetaa, rwetbb
1284         real rdry_cm, rwet_cm
1285         real sigmag_star
1286         real xmdry, xsdry
1287         
1288         real ddrylo, ddryhi, alogddrylo
1289         real ddrybb, ddry_cm, dwet_cm, dwetbb
1290         real ddryaa, dwetaa, dlogddry, df0dlogddry
1292         real pi
1293         parameter (pi = 3.1415936536)
1295         ! c1-c4 are constants for seasalt hygroscopic growth parameterization
1296         ! in Eqn 3 and Table 2 of Gong et al. [1997]
1297         real c1, c2, c3, c4, onethird
1298         parameter (c1 = 0.7674)
1299         parameter (c2 = 3.079)
1300         parameter (c3 = 2.573e-11)
1301         parameter (c4 = -1.424)
1302         parameter (onethird = 1.0/3.0)
1305         !  constants for seasalt/organic aerosol distribution parameterisation
1306         !    from Fuentes et al, ACP, 2010
1307         real, save :: width_ssinorg_f(4) = &
1308                                  (/ 1.55, 1.7, 1.5, 1.7 /)
1309         real, save :: width_ssorg_f(4) = &
1310                                  (/ 1.55, 1.9, 1.5, 1.7 /)
1311         real :: width_ss_f(4), frac
1312         ! scale_factor is a combination of:
1313         !   1) (Q)  sweep air flow (58.3 cm3/s)  
1314         !   2) (Ab) total surface area covered by bubbles (0.0146 m2)
1315         !   4) scaling factor of 3.84e-6 from the whitecap coverage formulation of 
1316         !          Monahan and O'Muircheartaigh (1980) - as the Gong et al formulation
1317         !          includes a whitecap coverage factor too
1318         ! this is for converting from dNt to dFp for Fuentes et al (ACP, 2010)
1319         real, parameter :: scale_factor = 58.3/(0.0146)*3.84e-6 !0.01533
1322         ! select which distribution width to use for Fuentes et al,
1323         if(oc02um.gt.0e0)then
1324                 width_ss_f = width_ssorg_f
1325         else
1326                 width_ss_f = width_ssinorg_f
1327         end if
1330         ! dry particle density (g/cm3)
1331         drydens = 2.165
1332         ! factor for radius (micrometers) to mass (g)
1333         drydens_43pi_em12 = drydens*(4.0/3.0)*pi*1.0e-12
1334         ! factor for diameter (micrometers) to mass (g)
1335         drydens_16pi_em12 = drydens*(1.0/6.0)*pi*1.0e-12
1336         ! factor for radius (micrometers) to surface (cm2)
1337         x_4pi_em8 = 4.0*pi*1.0e-8
1338         ! factor for diameter (micrometers) to surface (cm2)
1339         x_pi_em8 = pi*1.0e-8
1340         ! bubble emissions formula assume 80% RH
1341         relhum = 0.80
1343         ! rdry_star = dry radius (micrometers) below which the
1344         ! dF0/dr emission formula from Fuentes et al, ACP, 2010
1345         ! will be used.
1346         rdry_star = 0.45 / 2.0
1347         !if (ireduce_smallr_emit .le. 0) rdry_star = -1.0e20
1348         ! sigmag_star = geometric standard deviation used for
1349         ! rdry < rdry_star
1350         sigmag_star = 1.9
1352         ! initialize sums
1353         dumsum_na = 0.0
1354         dumsum_sa = 0.0
1355         dumsum_ma = 0.0
1357         ! rdrylowermost, rdryuppermost = lower and upper 
1358         ! dry radii (micrometers) for overall integration
1359     rdrylowermost = dpdrylo_cm*0.5e4
1360     rdryuppermost = dpdryhi_cm*0.5e4
1363         ! "section 1"
1364         ! integrate over rdry > rdry_star, where the dF0/dr emissions 
1365         ! formula from the original subroutine is applicable
1366         !  (so using Gong et al for all emission profile)
1367         if (rdrylowermost .ge. rdry_star) then
1369                 ! rdrylo, rdryhi = lower and upper dry radii (micrometers) 
1370                 ! for this part of the integration
1371         rdrylo = rdrylowermost
1372         rdryhi = rdryuppermost
1374                 nsub_bin = 1000
1376                 alnrdrylo = log( rdrylo )
1377                 dlnrdry = (log( rdryhi ) - alnrdrylo)/nsub_bin
1379                 ! compute rdry, rwet (micrometers) at lowest size
1380                 rdrybb = exp( alnrdrylo )
1381                 rdry_cm = rdrybb*1.0e-4
1382                 rwet_cm = ( rdry_cm**3 + (c1*(rdry_cm**c2))/            &
1383                         ( (c3*(rdry_cm**c4)) - log10(relhum) ) )**onethird
1384                 rwetbb = rwet_cm*1.0e4
1386                 do isub_bin = 1, nsub_bin
1388                         ! rdry, rwet at sub_bin lower boundary are those
1389                         ! at upper boundary of previous sub_bin
1390                         rdryaa = rdrybb
1391                         rwetaa = rwetbb
1393                         ! compute rdry, rwet (micrometers) at sub_bin upper boundary
1394                         dum = alnrdrylo + isub_bin*dlnrdry
1395                         rdrybb = exp( dum )
1397                         rdry_cm = rdrybb*1.0e-4
1398                         rwet_cm = ( rdry_cm**3 + (c1*(rdry_cm**c2))/            &
1399                                 ( (c3*(rdry_cm**c4)) - log10(relhum) ) )**onethird
1400                         rwetbb = rwet_cm*1.0e4
1402                         ! geometric mean rdry, rwet (micrometers) for sub_bin
1403                         rdry = sqrt(rdryaa * rdrybb)
1404                         rwet = sqrt(rwetaa * rwetbb)
1405                         drwet = rwetbb - rwetaa
1407                         ! xmdry is dry mass in g
1408                         xmdry = drydens_43pi_em12 * (rdry**3.0)
1410                         ! xsdry is dry surface in cm2
1411                         xsdry = x_4pi_em8 * (rdry**2.0)
1413                         ! dumb is "B" in Gong's Eqn 5a
1414                         ! df0drwet is "dF0/dr" in Gong's Eqn 5a
1415                         dumb = ( 0.380 - log10(rwet) ) / 0.650
1416                         dumexpb = exp( -dumb*dumb)
1417                         df0drwet = 1.373 * (rwet**(-3.0)) *                     &
1418                                 (1.0 + 0.057*(rwet**1.05)) *                    &
1419                                 (10.0**(1.19*dumexpb))
1421                         dumsum_na = dumsum_na + drwet*df0drwet
1422                         dumsum_ma = dumsum_ma + drwet*df0drwet*xmdry
1423                         dumsum_sa = dumsum_sa + drwet*df0drwet*xsdry
1425                 end do
1428         ! "section 2"
1429         ! integrate over rdry < rdry_star for old parameterisation, and use
1430         ! Fuentes et al below that
1431         !
1432         ! 1.  for rdry < rdry_star, use Fuentes et al parameterisation
1433         ! 2.  for rdry > rdry_star, use Gong et al parameterisation, as above
1434         elseif (rdryuppermost .gt. rdry_star) then
1436                 ! determine the fraction of size bin below rdry_star
1437                 frac = (log(rdry_star)-log(rdrylowermost)) / (log(rdryuppermost)-log(rdrylowermost))
1438                 nsub_lower_bin = floor(frac*1000.0)      ! calc number of size bins to use for section below rdry_star
1439                 nsub_upper_bin = 1000-nsub_lower_bin ! use remaining size bins for section above rdry_star
1442         ! 1.................
1443                 ! ddrylo, ddryhi = lower and upper dry diameter (micrometers) 
1444                 ! for this part of the integration
1445         ddrylo = rdrylowermost*2.0
1446         ddryhi = rdry_star*2.0
1448                 nsub_bin = nsub_lower_bin
1450                 alogddrylo = log10( ddrylo )
1451                 dlogddry = (log10( ddryhi ) - alogddrylo)/nsub_bin
1453                 ! compute ddry, dwet (micrometers) at lowest size
1454                 ddrybb = 10.0**( alogddrylo )
1455                 ddry_cm = ddrybb*1.0e-4
1456                 dwet_cm = ( ddry_cm**3 + (c1*(ddry_cm**c2))/            &
1457                         ( (c3*(ddry_cm**c4)) - log10(relhum) ) )**onethird
1458                 dwetbb = dwet_cm*1.0e4
1460                 do isub_bin = 1, nsub_bin
1462                         ! ddry, dwet at sub_bin lower boundary are those
1463                         ! at upper boundary of previous sub_bin
1464                         ddryaa = ddrybb
1465                         !dwetaa = dwetbb
1467                         ! compute ddry, dwet (micrometers) at sub_bin upper boundary
1468                         dum = alogddrylo + isub_bin*dlogddry
1469                         ddrybb = 10.0**( dum )
1471                         ddry_cm = ddrybb*1.0e-4
1472                         !dwet_cm = ( ddry_cm**3 + (c1*(ddry_cm**c2))/           &
1473                 !               ( (c3*(ddry_cm**c4)) - log10(relhum) ) )**onethird
1474                         !dwetbb = dwet_cm*1.0e4
1476                         ! geometric mean rdry, rwet (micrometers) for sub_bin
1477                         ddry = sqrt(ddryaa * ddrybb)
1478                         !dwet = sqrt(dwetaa * dwetbb)
1480                         ! xmdry is dry mass in g
1481                         xmdry = drydens_16pi_em12 * (ddry**3.0)
1483                         ! xsdry is dry surface in cm2
1484                         xsdry = x_pi_em8 * (ddry**2.0)
1486                         ! Equation 2 from Fuentes et al (ACP, 2011). Wet diameter is scaled by a factor
1487                         ! of 1e3 to convert from um to nm for this calculation
1488                         df0dlogddry = 0.0
1489                         do jd = 1, 4
1490                                 df0dlogddry = df0dlogddry + nti(jd)/( (2.0*pi)**0.5 * log10(width_ss_f(jd)) ) &
1491                                                         * exp(-1.0/2.0 * (log10(ddry*1e3/dp0gi(jd))/log10(width_ss_f(jd)))**2.0 )
1492                         end do
1494                         dumsum_na = dumsum_na + dlogddry*df0dlogddry*scale_factor
1495                         dumsum_ma = dumsum_ma + dlogddry*df0dlogddry*scale_factor*xmdry
1496                         dumsum_sa = dumsum_sa + dlogddry*df0dlogddry*scale_factor*xsdry
1498                 end do
1500         
1501         ! 2................
1502                 ! rdrylo, rdryhi = lower and upper dry radii (micrometers) 
1503                 ! for this part of the integration
1504         rdrylo = rdry_star
1505         rdryhi = rdryuppermost
1507                 nsub_bin = nsub_upper_bin
1509                 alnrdrylo = log( rdrylo )
1510                 dlnrdry = (log( rdryhi ) - alnrdrylo)/nsub_bin
1512                 ! compute rdry, rwet (micrometers) at lowest size
1513                 rdrybb = exp( alnrdrylo )
1514                 rdry_cm = rdrybb*1.0e-4
1515                 rwet_cm = ( rdry_cm**3 + (c1*(rdry_cm**c2))/            &
1516                         ( (c3*(rdry_cm**c4)) - log10(relhum) ) )**onethird
1517                 rwetbb = rwet_cm*1.0e4
1519                 do isub_bin = 1, nsub_bin
1521                         ! rdry, rwet at sub_bin lower boundary are those
1522                         ! at upper boundary of previous sub_bin
1523                         rdryaa = rdrybb
1524                         rwetaa = rwetbb
1526                         ! compute rdry, rwet (micrometers) at sub_bin upper boundary
1527                         dum = alnrdrylo + isub_bin*dlnrdry
1528                         rdrybb = exp( dum )
1530                         rdry_cm = rdrybb*1.0e-4
1531                         rwet_cm = ( rdry_cm**3 + (c1*(rdry_cm**c2))/            &
1532                                 ( (c3*(rdry_cm**c4)) - log10(relhum) ) )**onethird
1533                         rwetbb = rwet_cm*1.0e4
1535                         ! geometric mean rdry, rwet (micrometers) for sub_bin
1536                         rdry = sqrt(rdryaa * rdrybb)
1537                         rwet = sqrt(rwetaa * rwetbb)
1538                         drwet = rwetbb - rwetaa
1540                         ! xmdry is dry mass in g
1541                         xmdry = drydens_43pi_em12 * (rdry**3.0)
1543                         ! xsdry is dry surface in cm2
1544                         xsdry = x_4pi_em8 * (rdry**2.0)
1546                         ! dumb is "B" in Gong's Eqn 5a
1547                         ! df0drwet is "dF0/dr" in Gong's Eqn 5a
1548                         dumb = ( 0.380 - log10(rwet) ) / 0.650
1549                         dumexpb = exp( -dumb*dumb)
1550                         df0drwet = 1.373 * (rwet**(-3.0)) *                     &
1551                                 (1.0 + 0.057*(rwet**1.05)) *                    &
1552                                 (10.0**(1.19*dumexpb))
1554                         dumsum_na = dumsum_na + drwet*df0drwet
1555                         dumsum_ma = dumsum_ma + drwet*df0drwet*xmdry
1556                         dumsum_sa = dumsum_sa + drwet*df0drwet*xsdry
1558                 end do
1562         ! "section 3"
1563         ! where rdry < rdry_star for the whole bin we use Fuentes et al 
1564         ! for all emissions
1565         !
1566         else
1567         
1568                 ! ddrylo, ddryhi = lower and upper dry diameter (micrometers) 
1569                 ! for this part of the integration
1570         ddrylo = rdrylowermost*2.0
1571         ddryhi = rdryuppermost*2.0
1573                 nsub_bin = 1000
1575                 alogddrylo = log10( ddrylo )
1576                 dlogddry = (log10( ddryhi ) - alogddrylo)/nsub_bin
1578                 ! compute ddry, dwet (micrometers) at lowest size
1579                 ddrybb = 10.0**( alogddrylo )
1580                 ddry_cm = ddrybb*1.0e-4
1581                 dwet_cm = ( ddry_cm**3 + (c1*(ddry_cm**c2))/            &
1582                         ( (c3*(ddry_cm**c4)) - log10(relhum) ) )**onethird
1583                 dwetbb = dwet_cm*1.0e4
1585                 do isub_bin = 1, nsub_bin
1587                         ! ddry, dwet at sub_bin lower boundary are those
1588                         ! at upper boundary of previous sub_bin
1589                         ddryaa = ddrybb
1590                         !dwetaa = dwetbb
1592                         ! compute ddry, dwet (micrometers) at sub_bin upper boundary
1593                         dum = alogddrylo + isub_bin*dlogddry
1594                         ddrybb = 10.0**( dum )
1596                         ddry_cm = ddrybb*1.0e-4
1597                         !dwet_cm = ( ddry_cm**3 + (c1*(ddry_cm**c2))/           &
1598                 !               ( (c3*(ddry_cm**c4)) - log10(relhum) ) )**onethird
1599                         !dwetbb = dwet_cm*1.0e4
1601                         ! geometric mean rdry, rwet (micrometers) for sub_bin
1602                         ddry = sqrt(ddryaa * ddrybb)
1603                         !dwet = sqrt(dwetaa * dwetbb)
1605                         ! xmdry is dry mass in g
1606                         xmdry = drydens_16pi_em12 * (ddry**3.0)
1608                         ! xsdry is dry surface in cm2
1609                         xsdry = x_pi_em8 * (ddry**2.0)
1611                         ! Equation 2 from Fuentes et al (ACP, 2011). Wet diameter is scaled by a factor
1612                         ! of 1e3 to convert from um to nm for this calculation
1613                         df0dlogddry = 0.0
1614                         do jd = 1, 4
1615                                 df0dlogddry = df0dlogddry + nti(jd)/( (2.0*pi)**0.5 * log10(width_ss_f(jd)) ) &
1616                                                         * exp(-1.0/2.0 * (log10(ddry*1e3/dp0gi(jd))/log10(width_ss_f(jd)))**2.0 )
1617                         end do
1619                         dumsum_na = dumsum_na + dlogddry*df0dlogddry*scale_factor
1620                         dumsum_ma = dumsum_ma + dlogddry*df0dlogddry*scale_factor*xmdry
1621                         dumsum_sa = dumsum_sa + dlogddry*df0dlogddry*scale_factor*xsdry
1623                 end do
1624         
1627         end if
1628         !c
1629         !c  all done
1630         !c      
1631         emitfact_numb = dumsum_na
1632         emitfact_mass = dumsum_ma
1633         emitfact_surf = dumsum_sa
1636         return
1637         end subroutine seasalt_emit_feuntes_1bin
1644 END MODULE module_mosaic_addemiss
1646 !----------------------------------------------------------------------
1648    subroutine mosaic_dust_emiss(  slai,ust, smois, ivgtyp, isltyp,         &
1649                id, dtstep, u10, v10, alt, dz8w, xland, config_flags, chem, &
1650                ids,ide, jds,jde, kds,kde,                                  &
1651                ims,ime, jms,jme, kms,kme,                                  &
1652                its,ite, jts,jte, kts,kte                                   )
1654 ! adds dust emissions for mosaic aerosol species (i.e. emission tendencies
1655 ! over time dtstep are applied to the aerosol mixing ratios)
1657 ! This is a simple dust scheme based on Shaw et al. (2008) to appear in
1658 ! Atmospheric Environment, recoded by Jerome Fast
1660 ! NOTE: 
1661 ! 1) This version only works with the 8-bin version of MOSAIC.
1662 ! 2) Dust added to MOSAIC's other inorganic specie, OIN.  If Ca and CO3 are 
1663 !    activated in the Registry, a small fraction also added to Ca and CO3.
1664 ! 3) The main departure from Shaw et al., is now alphamask is computed since
1665 !    the land-use categories in that paper and in WRF differ.  WRF currently 
1666 !    does not have that many land-use categories and adhoc assumptions had to
1667 !    be made. This version was tested for Mexico in the dry season.  The main
1668 !    land-use categories in WRF that are likely dust sources are grass, shrub,
1669 !    and savannna (that WRF has in the desert regions of NW Mexico).  Having
1670 !    dust emitted from these types for other locations and other times of the
1671 !    year is not likely to be valid.
1672 ! 4) An upper bound on ustar was placed because the surface parameterizations
1673 !    in WRF can produce unrealistically high values that lead to very high
1674 !    dust emission rates.
1675 ! 5) Other departures' from Shaw et al. noted below, but are probably not as
1676 !    important as 2) and 3).
1677 ! 6) Now the dust added into dust species
1679    USE module_configure, only:  grid_config_rec_type
1680    USE module_state_description, only:  num_chem, param_first_scalar    
1681    USE module_data_mosaic_asect
1683    IMPLICIT NONE
1685    TYPE(grid_config_rec_type),  INTENT(IN   )    :: config_flags
1687    INTEGER,      INTENT(IN   ) :: id,                                      &
1688                                   ids,ide, jds,jde, kds,kde,               &
1689                                   ims,ime, jms,jme, kms,kme,               &
1690                                   its,ite, jts,jte, kts,kte
1692    REAL, INTENT(IN   ) ::    dtstep
1694 ! 10-m wind speed components (m/s)
1695    REAL,  DIMENSION( ims:ime , jms:jme ),                                  &
1696           INTENT(IN   ) ::   u10, v10, xland, slai, ust
1697    INTEGER,  DIMENSION( ims:ime , jms:jme ),                               &
1698           INTENT(IN   ) ::   ivgtyp, isltyp
1700 ! trace species mixing ratios (aerosol mass = ug/kg; number = #/kg)
1701    REAL, DIMENSION( ims:ime, kms:kme, jms:jme, num_chem ),                 &
1702          INTENT(INOUT ) ::   chem
1704 ! alt  = 1.0/(dry air density) in (m3/kg)
1705 ! dz8w = layer thickness in (m)
1706    REAL,  DIMENSION( ims:ime , kms:kme , jms:jme )         ,               &
1707           INTENT(IN   ) ::   alt, dz8w
1709    REAL, DIMENSION( ims:ime, config_flags%num_soil_layers, jms:jme ) ,     &
1710           INTENT(INOUT) ::   smois
1712 ! local variables
1713         integer i, j, k, l, l_oin, l_ca, l_co3, n, ii
1714         integer iphase, itype, izob
1715         integer p1st
1717         real dum, dumdlo, dumdhi, dumlandfrac, dumspd10
1718         real factaa, factbb, fracoin, fracca, fracco3, fractot
1719         real ustart, ustar1, ustart0
1720         real alphamask, f8, f50, f51, f52, wetfactor, sumdelta, ftot
1721         real smois_grav, wp, pclay
1722         real :: beta(4,7)
1723         real :: gamma(4), delta(4)
1724         real :: sz(8)
1725         real :: dustflux, densdust, mass1part
1726         real :: c_const
1728         p1st = param_first_scalar
1730 ! from Nickovic et al., JGR, 2001 and Shaw et al. 2007
1731 ! beta: fraction of clay, small silt, large silt, and sand correcsponding to Zobler class (7)
1732 ! beta (1,*) for 0.5-1 um
1733 ! beta (2,*) for 1-10 um
1734 ! beta (3,*) for 10-25 um
1735 ! beta (4,*) for 25-50 um
1737         beta(1,1)=0.12
1738         beta(2,1)=0.04
1739         beta(3,1)=0.04
1740         beta(4,1)=0.80
1741         beta(1,2)=0.34
1742         beta(2,2)=0.28
1743         beta(3,2)=0.28
1744         beta(4,2)=0.10
1745         beta(1,3)=0.45
1746         beta(2,3)=0.15
1747         beta(3,3)=0.15
1748         beta(4,3)=0.25
1749         beta(1,4)=0.12
1750         beta(2,4)=0.09
1751         beta(3,4)=0.09
1752         beta(4,4)=0.70
1753         beta(1,5)=0.40
1754         beta(2,5)=0.05
1755         beta(3,5)=0.05
1756         beta(4,5)=0.50
1757         beta(1,6)=0.34
1758         beta(2,6)=0.18
1759         beta(3,6)=0.18
1760         beta(4,6)=0.30
1761         beta(1,7)=0.22
1762         beta(2,7)=0.09
1763         beta(3,7)=0.09
1764         beta(4,7)=0.60
1765         gamma(1)=0.08
1766         gamma(2)=1.00
1767         gamma(3)=1.00
1768         gamma(4)=0.12
1770 ! * Mass fractions for each size bin. These values were recommended by 
1771 !   Natalie Mahowold, with bins 7 and 8 the same as bins 3 and 4 from CAM.
1772 ! * Changed slightly since Natelie's estimates do not add up to 1.0
1773 ! * This would need to be made more generic for other bin sizes.
1774 !       sz(1)=0
1775 !       sz(2)=1.78751e-06
1776 !       sz(3)=0.000273786
1777 !       sz(4)=0.00847978
1778 !       sz(5)=0.056055
1779 !       sz(6)=0.0951896
1780 !       sz(7)=0.17
1781 !       sz(8)=0.67
1782 !       sz(1)=1.78751e-06
1783 !       sz(2)=0.00875357
1784 !       sz(3)=0.1512446
1785 !       sz(4)=0.84
1786         itype=1
1787         if (nsize_aer(itype) .eq. 8) then
1788           !BSINGH(12/11/2013): Based on the suggestions by Manish Shrivastva, sz variable is modified below.
1789           !Original values are commented out
1790           !sz(1)=0.0
1791           !sz(2)=0.0
1792           !sz(3)=0.0005
1793           !sz(4)=0.0095
1794           !sz(5)=0.01
1795           !sz(6)=0.06
1796           !sz(7)=0.20
1797           !sz(8)=0.72
1798           
1799           sz(1)=0
1800           sz(2)=1.78751e-06
1801           sz(3)=0.000273786
1802           sz(4)=0.00847978
1803           sz(5)=0.056055
1804           sz(6)=0.0951896
1805           sz(7)=0.17
1806           sz(8)=0.67
1807         else if (nsize_aer(itype) .eq. 4) then
1808           !BSINGH(12/11/2013): Based on the suggestions by Manish Shrivastva, sz variable is modified below.
1809           !Original values are commented out
1810           !sz(1)=0.0
1811           !sz(2)=0.01
1812           !sz(3)=0.07
1813           !sz(4)=0.92
1814           sz(1)=1.78751e-06
1815           sz(2)=0.00875357
1816           sz(3)=0.1512446
1817           sz(4)=0.84
1818           sz(5)=0.0
1819           sz(6)=0.0
1820           sz(7)=0.0
1821           sz(8)=0.0
1822         endif
1824 !   for now just do itype=1
1825         itype = 1
1826         iphase = ai_phase
1828 !   loop over i,j and apply dust emissions
1829         k = kts
1830         do 1830 j = jts, jte
1831         do 1820 i = its, ite
1833     if( xland(i,j) > 1.5 ) cycle
1835 ! compute wind speed anyway, even though ustar is used below
1837         dumlandfrac = 1.
1838         dumspd10=(u10(i,j)*u10(i,j) + v10(i,j)*v10(i,j))**(0.5)
1839         if(dumspd10 >= 5.0) then
1840            dumspd10 = dumlandfrac* &
1841          ( dumspd10*dumspd10*(dumspd10-5.0))
1842          else
1843             dumspd10=0.
1844          endif
1846 ! part1 - compute vegetation mask
1848 ! * f8, f50, f51, f52 refer to vegetation classes from the Olsen categories
1849 !   for desert, sand desert, grass semi-desert, and shrub semi-desert
1850 ! * in WRF, vegetation types 7, 8 and 10 are grassland, shrubland, and savanna
1851 !   that are dominate types in Mexico and probably have some erodable surface
1852 !   during the dry season
1853 ! * currently modified these values so that only a small fraction of cell
1854 !   area is erodable
1855 ! * these values are highly tuneable!
1857          alphamask=0.001
1858          if (ivgtyp(i,j) .eq. 7) then
1859            f8=0.005
1860            f50=0.00
1861            f51=0.10
1862            f51=0.066
1863            f52=0.00
1864            alphamask=(f8+f50)*1.0+(f51+f52)*0.5
1865          endif
1866          if (ivgtyp(i,j) .eq. 8) then
1867            f8=0.010
1868            f50=0.00
1869            f51=0.00
1870            f52=0.15
1871            f52=0.10
1872            alphamask=(f8+f50)*1.0+(f51+f52)*0.5
1873          endif
1874          if (ivgtyp(i,j) .eq. 10) then
1875            f8=0.00
1876            f50=0.00
1877            f51=0.01
1878            f52=0.00
1879            alphamask=(f8+f50)*1.0+(f51+f52)*0.5
1880          endif
1882 ! part2 - zobler
1884 ! * in Shaw's paper, dust is computed for 4 size ranges:
1885 !   0.5-1 um 
1886 !    1-10 um  
1887 !   10-25 um  
1888 !   25-50 um
1889 ! * Shaw's paper also accounts for sub-grid variability in soil
1890 !   texture, but here we just assume the same soil texture for each
1891 !   grid cell
1892 ! * since MOSAIC is currently has a maximum size range up to 10 um,
1893 !   neglect upper 2 size ranges and lowest size range (assume small)
1894 ! * map WRF soil classes arbitrarily to Zolber soil textural classes
1895 ! * skip dust computations for WRF soil classes greater than 13, i.e. 
1896 !   do not compute dust over water, bedrock, and other surfaces
1897 ! * should be skipping for water surface at this point anyway
1899          izob=0
1900          if(isltyp(i,j).eq.1) izob=1
1901          if(isltyp(i,j).eq.2) izob=1
1902          if(isltyp(i,j).eq.3) izob=4
1903          if(isltyp(i,j).eq.4) izob=2
1904          if(isltyp(i,j).eq.5) izob=2
1905          if(isltyp(i,j).eq.6) izob=2
1906          if(isltyp(i,j).eq.7) izob=7
1907          if(isltyp(i,j).eq.8) izob=2
1908          if(isltyp(i,j).eq.9) izob=6
1909          if(isltyp(i,j).eq.10) izob=5
1910          if(isltyp(i,j).eq.11) izob=2
1911          if(isltyp(i,j).eq.12) izob=3
1912          if(isltyp(i,j).ge.13) izob=0
1913          if(izob.eq.0) goto 1840
1915 ! part3 - dustprod
1917          do ii=1,4
1918            delta(ii)=0.0
1919          enddo
1920          sumdelta=0.0
1921          do ii=1,4
1922            delta(ii)=beta(ii,izob)*gamma(ii)
1923            if(ii.lt.4) then
1924              sumdelta=sumdelta+delta(ii)
1925            endif
1926          enddo
1927          do ii=1,4
1928            delta(ii)=delta(ii)/sumdelta
1929          enddo
1931 ! part4 - wetness
1933 ! * assume dry for now, have passed in soil moisture to this routine
1934 !   but needs to be included here
1935 ! * wetfactor less than 1 would reduce dustflux
1936 ! * convert model soil moisture (m3/m3) to gravimetric soil moisture
1937 !   (mass of water / mass of soil in %) assuming a constant density 
1938 !   for soil
1939          pclay=beta(1,izob)*100.
1940          wp=0.0014*pclay*pclay+0.17*pclay
1941          smois_grav=(smois(i,1,j)/2.6)*100.
1942          if(smois_grav.gt.wp) then
1943            wetfactor=sqrt(1.0+1.21*(smois_grav-wp)**0.68)
1944          else
1945            wetfactor=1.0
1946          endif
1947 !        wetfactor=1.0
1949 ! part5 - dustflux
1950 ! lower bound on ustar = 20 cm/s as in Shaw et al, but set upper
1951 ! bound to 100 cm/s
1952          c_const=1.e-14  ! default
1954          ustar1=ust(i,j)*100.0
1955          if(ustar1.gt.100.0) ustar1=100.0
1956          ustart0=20.0
1957          ustart=ustart0*wetfactor
1958          if(ustar1.le.ustart) then
1959            dustflux=0.0
1960          else
1961            dustflux=c_const*(ustar1**4)*(1.0-(ustart/ustar1))
1962          endif
1963          dustflux=dustflux*10.0
1964 ! units kg m-2 s-1
1965          ftot=0.0
1966          do ii=1,2
1967            ftot=ftot+dustflux*alphamask*delta(ii)
1968          enddo
1969 ! convert to ug m-2 s-1
1970          ftot=ftot*1.0e+09
1972 !   apportion other inorganics only
1973          factaa = (dtstep/dz8w(i,k,j))*alt(i,k,j)
1974          factbb = factaa * ftot
1975          fracoin = 0.97
1976          fracca = 0.03*0.4
1977          fracco3 = 0.03*0.6
1978          fractot = fracoin + fracca + fracco3
1979 !   if (ivgtyp(i,j) .eq. 8) print*,'jdf',i,j,ustar1,ustart0,factaa,ftot
1980          do 1810 n = 1, nsize_aer(itype)
1981             l_oin = lptr_oin_aer(n,itype,iphase)
1982             l_ca = lptr_ca_aer(n,itype,iphase)
1983             l_co3 = lptr_co3_aer(n,itype,iphase)
1984             if (l_oin >= p1st) then
1985                chem(i,k,j,l_oin) = chem(i,k,j,l_oin) +      &
1986                factbb * sz(n) * fracoin
1987                if (l_ca >= p1st)                            &
1988                   chem(i,k,j,l_ca) = chem(i,k,j,l_ca) +     &
1989                   factbb * sz(n) * fracca
1990                if (l_co3 >= p1st)                           &
1991                   chem(i,k,j,l_co3) = chem(i,k,j,l_co3) +   &
1992                   factbb * sz(n) * fracco3
1993 ! mass1part is mass of a single particle in ug, density of dust ~2.5 g cm-3
1994                densdust=2.5
1995                mass1part=0.523598*(dcen_sect(n,itype)**3)*densdust*1.0e06
1996                l = numptr_aer(n,itype,iphase)
1997                if (l >= p1st) chem(i,k,j,l) = chem(i,k,j,l) +   &
1998                         factbb * sz(n) * fractot / mass1part
1999             end if
2000 1810    continue
2002 1840    continue
2004 1820    continue
2005 1830    continue
2007         return
2009    END subroutine mosaic_dust_emiss
2011 !====================================================================================
2012 ! add another dust emission scheme following GOCART mechanism  --czhao  09/17/2009
2013 ! Ukhov A. 02/28/2022. Code clean up and refactoring. Removed dublicate mosaic_source_du().
2014 ! Instead original source_du() is called from module_gocart_dust.F
2015 !====================================================================================
2016   subroutine mosaic_dust_gocartemis (dt,start_month,num_soil_layers,alt,  &            
2017          u_phy,v_phy,chem,rho_phy,dz8w,smois,u10,v10,erod,                &
2018          isltyp,xland,g,                                                  &
2019          emis_dust,                                                       &
2020          ids,ide, jds,jde, kds,kde,                                       &
2021          ims,ime, jms,jme, kms,kme,                                       &
2022          its,ite, jts,jte, kts,kte)
2023   USE module_data_gocart_dust
2024   USE module_configure
2025   USE module_state_description
2026   USE module_model_constants, ONLY: mwdry
2027   USE module_data_mosaic_asect
2028   USE gocart_dust, ONLY: source_du
2029   IMPLICIT NONE
2031    INTEGER,      INTENT(IN   ) :: start_month,num_soil_layers,            &
2032                                   ids,ide, jds,jde, kds,kde,               &
2033                                   ims,ime, jms,jme, kms,kme,               &
2034                                   its,ite, jts,jte, kts,kte
2035    INTEGER,DIMENSION( ims:ime , jms:jme )                  ,               &
2036           INTENT(IN   ) ::       isltyp
2037                                                      
2038    REAL, DIMENSION( ims:ime, kms:kme, jms:jme, num_chem ),                 &
2039          INTENT(INOUT ) ::                                   chem
2041    REAL, DIMENSION( ims:ime, 1, jms:jme,num_emis_dust),OPTIONAL,           &
2042          INTENT(INOUT ) ::       emis_dust
2043          
2045    REAL, DIMENSION( ims:ime, num_soil_layers, jms:jme ) ,      &
2046       INTENT(INOUT) ::                               smois
2047    REAL,  DIMENSION( ims:ime , jms:jme, 3 )                   ,               &
2048           INTENT(IN   ) ::    erod
2049    REAL,  DIMENSION( ims:ime , jms:jme )                   ,               &
2050           INTENT(IN   ) ::                                                 &
2051                                                      u10,                  &
2052                                                      v10,                  &
2053                                                      xland
2054    REAL,  DIMENSION( ims:ime , kms:kme , jms:jme ),                        &
2055           INTENT(IN   ) ::                                                 &
2056                                                         alt,               &
2057                                                      dz8w,                 &
2058                                               u_phy,v_phy,rho_phy
2060   REAL, INTENT(IN   ) :: dt,g
2062 ! local variables
2064   integer :: nmx,i,j,k,imx,jmx,lmx
2065   integer,dimension (1,1) :: ilwi
2066   real*8, DIMENSION (3) :: erodin
2067   real*8, DIMENSION (5) :: tc,bems
2068   real*8, dimension (1,1) :: w10m,gwet,airden
2069   real*8  mass1part
2070   real  factbb, fracoin, fracca, fracco3, fractot
2071   real*8  converi
2072   integer p1st,l_oin,l,n,l_ca, l_co3 
2073   real :: densdust
2074   real totalemis
2075   integer iphase, itype
2076   real :: dz_lowest
2077   real sz(8)
2079   p1st = param_first_scalar
2081 !czhao give an example of MOSAIC 8 size bins here (unit: um) from Jerome 2005 paper
2082 ! 0.039-0.078; 0.078-0.156; 0.156-0.312; 0.312-0.625; 0.625-1.25; 1.25-2.5; 2.5-5.0; 5.0-10.0
2083 !in the model the size bound for 8 bins is calculated in the code using dlo_sec and dhi_sec
2084 !size3
2085 !       sz(1)=0.0
2086 !       sz(2)=0.0
2087 !       sz(3)=0.0003
2088 !       sz(4)=0.0048
2089 !       sz(5)=0.0130
2090 !       sz(6)=0.0250
2091 !       sz(7)=0.1400
2092 !       sz(8)=0.8169
2093 !the size is following the best match2 of modal distribution
2094 !we have ~3.6% within 1 um radius and ~7.4% within 1.25 um radius
2095 !versus ~6.0% within 1 um radius following GOCART original and ~9.3% within 1.25 um radius
2096 ! totally ~82% are within the MOSAIC size range 0.03-10 um diameter
2097 ! now the dust distribution follows the parameter defined in module_data_sorgam.F 
2098         sz(1)=1.0e-8
2099         sz(2)=1.0e-6
2100         sz(3)=3.0e-4
2101         sz(4)=3.5e-3
2102         sz(5)=0.018
2103         sz(6)=0.070
2104         sz(7)=0.2595
2105         sz(8)=0.42
2106 !        frac_10um=sum(sz(1:8))
2107 !        sz(:)=sz(:)/sum(sz(1:8))  ! relative ratio in diameter range of 0-10 um
2109 !  for now just do itype=1
2110         itype = 1
2111         iphase = ai_phase
2113         ! added option for 4bin WRF
2114         IF (nsize_aer(itype) == 4) THEN
2115           sz(1) = sz(1) + sz(2)
2116           sz(2) = sz(3) + sz(4)
2117           sz(3) = sz(5) + sz(6)
2118           sz(4) = sz(7) + sz(8)
2119         ENDIF
2121   converi=1.e9
2123 ! number of dust bins
2125   imx=1
2126   jmx=1
2127   lmx=1
2128   nmx=ndust
2129   k=kts
2130   do j=jts,jte
2131   do i=its,ite
2133 ! no dust over water!!!
2135      if(xland(i,j).lt.1.5)then
2136       ilwi(1,1)=1     
2138       ! tc is dummy parameter. Just to conform with source_du() call from module_gocart_dust.F
2139       tc(:) = 0.0
2141       w10m=sqrt(u10(i,j)*u10(i,j)+v10(i,j)*v10(i,j))
2143 ! we don't trust the u10,v10 values, if model layers are very thin near surface
2144      if(dz8w(i,kts,j).lt.12.)w10m=sqrt(u_phy(i,kts,j)*u_phy(i,kts,j)+v_phy(i,kts,j)*v_phy(i,kts,j))
2145      erodin(1)=erod(i,j,1)
2146      erodin(2)=erod(i,j,2)
2147      erodin(3)=erod(i,j,3)
2149 !  volumetric soil moisture over porosity
2150       gwet(1,1)=smois(i,k,j)/porosity(isltyp(i,j))
2151       airden(1,1)=rho_phy(i,k,j)
2152       dz_lowest = dz8w(i,k,j)
2154       !call from module_gocart_dust.F
2155       call source_du( imx,jmx,lmx,nmx, dt, tc, &
2156                        erodin, ilwi, w10m, gwet, airden, &
2157                        dz_lowest,bems,start_month,g)
2159       ! bems: (kg/m2/timestep)
2161       ! A. Ukhov
2162       ! GOCART radii range for 1..5 bins: 0.1-10 um, where 4th bin: 3-6 um, 5th bin: 6-10 um.
2163       ! MOSAIC radii range for 1..8 bins: 0.0195-5 um, where 8th bin: 2.5-5 um.
2164       ! Therefore account only 1-4 GOCART bins, when calculating total dust flux from the surface.
2165       ! ln(5/3)/ln(6/3)=0.74 is contribution from the 4 GOCART bin.
2166       totalemis=(sum(bems(1:3))+bems(4)*0.74)*converi !ug/m2/timestep
2168       ! A. Ukhov
2169       ! for output diagnostics
2170       ! bems (kg/m2) per dt
2171       ! p_edust1...5 is accumulated dust emission (kg/m2)
2172       emis_dust(i,1,j,p_edust1)=emis_dust(i,1,j,p_edust1)+bems(1)
2173       emis_dust(i,1,j,p_edust2)=emis_dust(i,1,j,p_edust2)+bems(2)
2174       emis_dust(i,1,j,p_edust3)=emis_dust(i,1,j,p_edust3)+bems(3)
2175       emis_dust(i,1,j,p_edust4)=emis_dust(i,1,j,p_edust4)+bems(4)
2176       emis_dust(i,1,j,p_edust5)=emis_dust(i,1,j,p_edust5)+bems(5)
2178       factbb = (totalemis/dz8w(i,k,j))*alt(i,k,j) !(ug/kg)
2179       fracoin = 0.97
2180       fracca = 0.03*0.4
2181       fracco3 = 0.03*0.6
2182       fractot = fracoin + fracca + fracco3
2184          do 1810 n = 1, nsize_aer(itype)
2185             l_oin = lptr_oin_aer(n,itype,iphase)
2186             l_ca = lptr_ca_aer(n,itype,iphase)
2187             l_co3 = lptr_co3_aer(n,itype,iphase)
2189             if (l_oin >= p1st) then
2190                 chem(i,k,j,l_oin) = chem(i,k,j,l_oin) +   &
2191                 factbb * sz(n) * fracoin
2192              if (l_ca >= p1st)                            &
2193                   chem(i,k,j,l_ca) = chem(i,k,j,l_ca) +     &
2194                   factbb * sz(n) * fracca
2195              if (l_co3 >= p1st)                           &
2196                   chem(i,k,j,l_co3) = chem(i,k,j,l_co3) +   &
2197                   factbb * sz(n) * fracco3
2199                if (n <= 5) densdust=2.5
2200                if (n > 5 ) densdust=2.65
2201                ! added option for 4bin WRF
2202                if (nsize_aer(itype) == 4) then
2203                  if (n <= 2) densdust=2.5
2204                  if (n > 2 ) densdust=2.65
2205                endif
2207             ! mass1part is mass of a single particle in ug
2208                mass1part=0.523598*(dcen_sect(n,itype)**3)*densdust*1.0e06
2209                l = numptr_aer(n,itype,iphase)
2210              if (l >= p1st) chem(i,k,j,l) = chem(i,k,j,l) + factbb * sz(n) * fractot/ mass1part
2211             end if
2212 1810    continue
2214      endif ! xland
2215   enddo ! i
2216   enddo ! j
2219 end subroutine mosaic_dust_gocartemis
2220 !===========================================================================
2222 !----------------------------------------------------------------------
2223    subroutine addemiss_masscheck( id, config_flags, iflagaa, fromwhere,    &
2224                dtstep, efact1, dz8w, chem, chem_sum,                       &
2225                ids,ide, jds,jde, kds,kde,                                  &
2226                ims,ime, jms,jme, kms,kme,                                  &
2227                its,ite, jts,jte, kts,kte,                                  &
2228                nemit,                                                      &
2229                e01, e02, e03, e04, e05, e06, e07, e08, e09, e10,           &
2230                e11, e12, e13, e14, e15, e16, e17, e18, e19, e20, e21       )
2232 ! produces test diagnostics for "addemiss" routines
2234 ! 1. computes {sum over i,j,k ( chem * dz8w )} before and after
2235 !    emissions tendencies are added to chem, 
2236 !    then prints (sum_after - sum_before)/(dtstep*efact1)
2237 ! 2. computes {sum over i,j,k ( e_xxx )}, then prints them
2238 ! the two should be equal
2241    USE module_configure, only:  grid_config_rec_type
2242    USE module_state_description, only:  num_chem
2244    IMPLICIT NONE
2246    TYPE(grid_config_rec_type),  INTENT(IN   )    :: config_flags
2248    INTEGER,      INTENT(IN   ) :: id, iflagaa,                             &
2249                                   ids,ide, jds,jde, kds,kde,               &
2250                                   ims,ime, jms,jme, kms,kme,               &
2251                                   its,ite, jts,jte, kts,kte,               &
2252                                   nemit
2254    REAL, INTENT(IN   ) ::    dtstep, efact1
2256 ! trace species mixing ratios
2257    REAL, DIMENSION( ims:ime, kms:kme, jms:jme, num_chem ),                 &
2258          INTENT(IN    ) ::   chem
2260 ! trace species integrals
2261    DOUBLE PRECISION, DIMENSION( num_chem ),                                &
2262          INTENT(INOUT ) ::   chem_sum
2264 ! layer thickness (m)
2265    REAL,  DIMENSION( ims:ime , kms:kme , jms:jme )         ,               &
2266           INTENT(IN   ) ::   dz8w
2268 ! emissions 
2269 !   REAL,  DIMENSION( ims:ime , kms:kme , jms:jme )       ,                &
2270   REAL,  DIMENSION( ims:ime , kms:config_flags%kemit , jms:jme ),          &
2271           INTENT(IN   ) ::                                                 &
2272                e01, e02, e03, e04, e05, e06, e07, e08, e09, e10,           &
2273                e11, e12, e13, e14, e15, e16, e17, e18, e19, e20, e21
2275    character(len=*), intent(in) :: fromwhere
2277 ! local variables
2278    integer, parameter :: nemit_maxd = 21
2279    integer :: i, j, k, l
2280    double precision :: chem_sum_prev
2281    real :: fact
2282    real :: emit_sum(nemit_maxd)
2285 ! compute column integral, summed over i-j grids
2286 ! compute {sum over i,j,k ( chem * dz8w ) }
2287 ! on second pass (iflagaa==2), subtract the pass-one sum
2288         do 1900 l = 1, num_chem
2290         chem_sum_prev = chem_sum(l)
2291         chem_sum(l) = 0.0
2293         do j = jts, jte
2294         do k = kts, kte
2295         do i = its, ite
2296             chem_sum(l) = chem_sum(l) + dble( chem(i,k,j,l)*dz8w(i,k,j) )
2297         end do
2298         end do
2299         end do
2301         if (iflagaa == 2) chem_sum(l) =  (chem_sum(l) - chem_sum_prev)
2303 1900    continue
2305         if (iflagaa /= 2) return
2308 ! compute {sum over i,j,k ( e_xxx ) }
2309         emit_sum(:) = 0.0
2311         do 2900 l = 1, min(nemit,nemit_maxd)
2312         do j = jts, jte
2313         do k = kts, min(config_flags%kemit,kte)
2314         do i = its, ite
2315             if (l== 1) emit_sum(l) = emit_sum(l) + e01(i,k,j)
2316             if (l== 2) emit_sum(l) = emit_sum(l) + e02(i,k,j)
2317             if (l== 3) emit_sum(l) = emit_sum(l) + e03(i,k,j)
2318             if (l== 4) emit_sum(l) = emit_sum(l) + e04(i,k,j)
2319             if (l== 5) emit_sum(l) = emit_sum(l) + e05(i,k,j)
2320             if (l== 6) emit_sum(l) = emit_sum(l) + e06(i,k,j)
2321             if (l== 7) emit_sum(l) = emit_sum(l) + e07(i,k,j)
2322             if (l== 8) emit_sum(l) = emit_sum(l) + e08(i,k,j)
2323             if (l== 9) emit_sum(l) = emit_sum(l) + e09(i,k,j)
2324             if (l==10) emit_sum(l) = emit_sum(l) + e10(i,k,j)
2326             if (l==11) emit_sum(l) = emit_sum(l) + e11(i,k,j)
2327             if (l==12) emit_sum(l) = emit_sum(l) + e12(i,k,j)
2328             if (l==13) emit_sum(l) = emit_sum(l) + e13(i,k,j)
2329             if (l==14) emit_sum(l) = emit_sum(l) + e14(i,k,j)
2330             if (l==15) emit_sum(l) = emit_sum(l) + e15(i,k,j)
2331             if (l==16) emit_sum(l) = emit_sum(l) + e16(i,k,j)
2332             if (l==17) emit_sum(l) = emit_sum(l) + e17(i,k,j)
2333             if (l==18) emit_sum(l) = emit_sum(l) + e18(i,k,j)
2334             if (l==19) emit_sum(l) = emit_sum(l) + e19(i,k,j)
2335             if (l==20) emit_sum(l) = emit_sum(l) + e20(i,k,j)
2337             if (l==21) emit_sum(l) = emit_sum(l) + e21(i,k,j)
2338         end do
2339         end do
2340         end do
2341 2900    continue
2343 ! output the chem_sum and emit_sum
2344         print 9110, fromwhere, its, ite, jts, jte
2345         print 9100, 'chem_sum'
2346         fact = 1.0/(dtstep*efact1)
2347         print 9120, (l, fact*chem_sum(l), l=1,num_chem)
2348         print 9100, 'emit_sum'
2349         print 9120, (l, emit_sum(l), l=1,min(nemit,nemit_maxd))
2351 9100    format( a )
2352 9110    format( / 'addemiss_masscheck output, fromwhere = ', a /   &
2353         'its, ite, jts, jte =', 4i5  )
2354 9120    format( 5( i5, 1pe11.3 ) )
2357         return
2358    END subroutine addemiss_masscheck