chem/aerorate_so2.F

   1 !***********************************************************************
   2       SUBROUTINE AERORATE_SO2( BTEMP, BPRESS, RTDAT_AE )
   3 !***********************************************************************
   4
   5       USE AERODATA
   6       USE HETAERO
   7 !      USE CONST_MADRID              !CMAQ constants
   8
   9       IMPLICIT NONE
  10
  11 !...........  ARGUMENTS and their descriptions
  12       REAL BTEMP     ! in degK
  13       REAL BPRESS    ! in Pa
  14       REAL RTDAT_AE ( NRXNAERO )  ! heterogeneous reaction rate constant
  15                                   ! first-order (if no reactant specified)
  16                                   ! second-order (if reactant specified)
  17
  18 ! Local variables
  19
  20       INTEGER :: INASEC, IRXN  ! loop variables
  21
  22       REAL VSP                  ! mean molecular speed (m/s)
  23       REAL DG                   ! gas-phase moleular diffusion
  24                                 ! coefficient (m2/s)
  25       REAL, SAVE :: GAMMA( NRXNAERO )    ! reaction probability
  26
  27       REAL RS_TOT               ! first order heterogeneous reaction
  28                                 ! rate constant (1/s) over the size distribution
  29       REAL RS                   ! first order heterogeneous reaction
  30                                 ! rate constant (1/s) for each size section
  31       REAL TOTMA                ! Total particle mass concentration, ug/m3
  32       REAL RCL                  ! mean radius of exch size section, in meter
  33       REAL*8      PI ! pi (single precision 3.141593)
  34       PARAMETER ( PI = 3.14159265358979324 )
  35
  36       LOGICAL, SAVE :: FIRSTIME = .TRUE.
  37
  38 !***********************************************************************
  39 !  begin body of main program
  40
  41       IF ( IAERORATE == 0 ) RETURN  ! Turn off gas-aerosol
  42                                     ! heterogeneous reactions
  43       IF ( FIRSTIME ) THEN
  44
  45          FIRSTIME = .FALSE.
  46
  47 ! Assign the reaction probability
  48 ! according to Jacob, 2000, Atmos. Environ, 34, 2131-2159
  49 ! NGAMMA is assigned in module HETAERO
  50 ! NGAMMA = 1 Using the recommended median value
  51 ! NGAMMA = 2 Using the low bound value
  52 ! NGAMMA = 3 Using the high bound value
  53
  54          IF ( NGAMMA == 1 ) THEN        !  Using the median value
  55             GAMMA( ISO2 )  = 1.0E-4
  56
  57          ELSE IF ( NGAMMA == 2 ) THEN   !  Using the low bound value
  58             GAMMA( ISO2 )  = 1.0E-5
  59
  60          ELSE IF ( NGAMMA == 3 ) THEN   !  Using the high bound value
  61             GAMMA( ISO2 )  = 0.1
  62          END IF
  63
  64       END IF  ! If first time
  65
  66 ! Calculate total aerosol conc., total surface area, and heterogeneous
  67 ! loss rates
  68
  69       DO INASEC  =  1,  NASECT
  70
  71          TOTMA = 0.0
  72 ! Following loop is deactivated
  73 ! Temporarily use input PM concentrations
  74 !         DO J = 1, NASPEC
  75 !            TOTMA = TOTMA + PMCONC( J, INASEC )
  76 !         END DO
  77
  78          TOTMA = PMCONC( INASEC )
  79 ! calculate surface area of a single particle in each section
  80
  81          SURFP  = 4.0 * PI * ( DPCTR( INASEC ) / 2.0 )**2.0  ! um2
  82          VOL    = ( 4.0 * PI / 3.0 ) * ( DPCTR( INASEC )  &
  83                              / 2.0 )**3.0  ! um3
  84          AEROMA = VOL * DENSP * 1.0E-6 !  ug
  85
  86          IF ( AEROMA > 0.0 ) THEN
  87             XNUM  = TOTMA / AEROMA
  88             AREA( INASEC ) = SURFP * XNUM * 1.0E-12               ! m2/m3
  89          ELSE
  90             AREA( INASEC ) = 0.0
  91          END IF
  92
  93       END DO
  94
  95 ! Calculate diffusion coefficients for reacting species in m2/s,
  96 ! molecular speed in m/s, and heterogeneous loss rate in 1/s
  97       DO IRXN = 1, NRXNAERO
  98          RS_TOT = 0.0
  99          DG = ( DG0( IRXN ) * ( PRESS0 / BPRESS ) * &
 100                ( BTEMP / TEMP0 )**1.75 ) * 1.0E-4
 101          VSP = SQRT( 8.0 * RG * BTEMP / PI / XMOLWEI( IRXN ) )
 102          DO INASEC = 1, NASECT
 103             RCL = ( DPCTR( INASEC ) / 2.0) * 1.0E-6
 104             RS  = 1.0 / ( RCL / DG + 4.0 / VSP / &
 105                           GAMMA( IRXN ) ) * AREA( INASEC )
 106 !            RS = 0.25 * VSP * AREA( INASEC ) * GAMMA( IRXN )
 107             RS_TOT = RS_TOT + RS
 108          END DO
 109
 110 ! assign the heterogeneous loss rates to RTDAT_AE in 1/sec for first-order
 111 ! reaction (no specified reactant) or 1/sec/mol-cc for second-order reaction
 112
 113             RTDAT_AE( IRXN ) = RS_TOT
 114
 115       END DO
 116
 117       RETURN
 118       END