chem/module_data_mosaic_aero.F

   1 module module_data_mosaic_aero
   2 !-----------------------------------------------------------------------
   3 !
   4 ! 2015-06-09 r.c.easter - changes to the MOSAIC box model version for use in WRF-Chem
   5 !
   6 ! nbin_a_max is a parameter
   7 !
   8 !-----------------------------------------------------------------------
   9
  10
  11   use module_data_mosaic_kind, only:  r8
  12
  13   implicit none
  14
  15   ! mosaic.21.0.h
  16   !   09-jan-07 raz - major clean up of variables
  17   !   31-jul-06 raz - implemented Li and Lu (2001) surface tension model
  18   !   19-apr-06 raz - updated max nh4 concentration constraints
  19   !   11-apr-05 raz - added SOA based on SORGAM mechanism
  20   !   07-jan-05 raz - updated and cleaned up variable lists
  21   !   08-jul-03 raz - updated many variables
  22   !   07-aug-02 rce - this is rahul's latest version from freshair
  23   !   19-aug-02 raz - declared mass_soluble_a and kg as real
  24   !   07-oct-02 raz - declared zc and za as integer
  25   !   09-oct-02 raz - explicitly declared all variables
  26   !   29-oct-02 raz - defined naercomp as the total number of aerosol compounds
  27   !----------------------------------------------------------------------
  28
  29   ! number of aerosol bins
  30 ! integer, save :: nbin_a_max = -999888777  ! maximum number of aerosol bins !BSINGH - 05/28/2013(RCE updates)
  31   integer, parameter :: nbin_a_max = 8  ! maximum number of aerosol bins !BSINGH - 05/28/2013(RCE updates)
  32
  33   integer, save :: nbin_a     = -999888777  ! in-use  number of aerosol bins !BSINGH - namelist variable
  34
  35   ! mosaic-specific parameters
  36   integer, parameter :: ngas_ioa = 4+1  ! inorganic volatile aerosol species that have a gaseous counterpart
  37
  38 ! SOA is treated using a simplified approach for anthropogenic and biomass burning species based on Hodzic and Jimenez, GMD, 2011
  39 ! Alma added 2 smp species - just before the traditional ant1_c
  40 ! also 10 new VBS species
  41   integer, parameter :: ngas_soa = 68+2+16+10   ! volatile soa species that have a gaseous counterpart
  42
  43   integer, parameter :: ngas_het = 2+2
  44   integer, parameter :: ngas_volatile = ngas_ioa + ngas_soa + 2 ! OH and glyoxal at the end
  45   integer, parameter :: ngas_aerchtot = ngas_volatile + ngas_het ! total number of gases used in mosaic aerchemistry
  46
  47   integer, parameter :: naer = 11+68+2+16+5+10  ! num of chemical species per bin = 11*(inorg+oc+bc+oin) + (68+2+16)*soa + 5*glysoa + 10*VBS
  48
  49   integer, parameter :: naercomp = 26+68+2+16+5+10      ! 26*(electrolytes + oc,bc,oin) + (68+2+16)*soa + 5*glysoa + 10*VBS
  50
  51   integer, parameter :: nelectrolyte = 22+1 ! num of electrolytes
  52   integer, parameter :: nsalt   = 12+3  ! num of soluble salts
  53   integer, parameter :: nsoluble= 16+4  ! num of soluble electrolytes
  54   integer, parameter :: ncation = 4     ! num of cations
  55   integer, parameter :: nanion  = 4+1   ! num of anions
  56
  57   integer, parameter :: nrxn_aer_gl = 4 ! num of gas-liquid equilibria
  58   integer, parameter :: nrxn_aer_ll = 3 ! num of liquid-liquid equilibria
  59   integer, parameter :: nrxn_aer_sg = 2 ! num of solid-gas equilibria
  60   integer, parameter :: nrxn_aer_sl = nsalt! num of solid-liquid equilibria
  61
  62   integer, parameter :: mASTEM = 1      ! Adaptive Step Time-Split Euler Method
  63   integer, parameter :: mLSODE = 2      ! LSODES integrator
  64   integer, parameter :: mMODAL  = 1     ! Modal size distribution framework
  65   integer, parameter :: mUNSTRUCTURED = 2 ! "unstructured" size distribution framework
  66   ! (no special organization of bins; no transfer of particles between bins)
  67   integer, parameter :: mSECTIONAL = 3  ! Sectional size distribution framework
  68   integer, parameter :: mON     = 1     ! flag: ON
  69   integer, parameter :: mOFF    = 0    ! flag:OFF
  70   integer, parameter :: mYES    = mON   ! flag: yes or true
  71   integer, parameter :: mNO     = mOFF  ! flag: no or false
  72
  73   integer, parameter :: jsolid = 1
  74   integer, parameter :: jliquid= 2
  75   integer, parameter :: jtotal = 3
  76
  77   integer, parameter :: jhyst_lo = 0    ! lower hysteresis leg
  78   integer, parameter :: jhyst_up = 1    ! upper hysteresis leg
  79   integer, parameter :: jhyst_undefined = -1    ! undefined
  80
  81   ! values for mhyst_method
  82   integer, parameter :: mhyst_uporlo_jhyst = 1
  83   ! select upper/lower using "box method" involving jhyst_leg
  84   !     *** this should only be used for box model applications
  85   !     *** do not use with for transport model applications (cam5, wrf-chem, etc)
  86   integer, parameter :: mhyst_uporlo_waterhyst = 2
  87   ! select upper/lower using "3-d method" involving water_a_hyst
  88   integer, parameter :: mhyst_force_up = 3      ! force upper leg
  89   integer, parameter :: mhyst_force_lo = 4      ! force lower leg
  90
  91   real(r8), parameter :: xhyst_up_crustal_thresh = 0.30_r8
  92   ! when rh_crystal < rh < rh_deliquesce and bin mass fraction of crustal species (oin, caco3, and caso4)
  93   !    exceeds xhyst_up_crustal_thresh, the bin is not allowed to be on the upper hysteresis curve.
  94   ! mineral dust is mostly externally mixed, so a minor fraction of mineral dust species
  95   !   will most likely reside in a minor fraction of the particles of the bin,
  96   !   and should not control the bin aerosol water.  (value = 0.0 in previous versions of mosaic)
  97
  98   integer, parameter :: no_aerosol = 0  ! flag
  99   integer, parameter :: all_solid  = 1 ! flag
 100   integer, parameter :: all_liquid = 2 ! flag
 101   integer, parameter :: mixed      = 3  ! flag
 102
 103   integer, parameter :: soluble   = 1  ! flag
 104   integer, parameter :: insoluble = 2  ! flag
 105
 106   integer, parameter :: MDRH_T_NUM     = 63     !BSINGH - Number of entities in MDRH_T array
 107   integer, parameter :: jsulf_poor_NUM = 211    !BSINGH - Number of entities in jsulf_poor array
 108   integer, parameter :: jsulf_rich_NUM = 71     !BSINGH - Number of entities in jsulf_rich array
 109   integer, parameter :: d_mdrh_DIM2    = 4      !BSINGH - Number of entities in d_MDRH 2nd dimension
 110   !     real(r8), parameter :: mass_cutoff = 1.e-3      ! ng/m^3
 111   real(r8), parameter :: mass_cutoff = 1.e-6    ! new value on 02-mar-2010
 112
 113   real(r8), parameter :: density_min_allow = 1.0        ! minimum allowed density (g/cc)
 114   real(r8), parameter :: density_max_allow = 3.0        ! maximum allowed density (g/cc)
 115   real(r8), parameter :: ah2o_max = 0.99                ! maximum water activity allowed in aerosol water uptake calculations
 116
 117   ! note - purpose of this data structure is to simplify passing new variables
 118   !        into and out of the many mosaic routines
 119   type :: mosaic_vars_aa_type
 120      integer :: it_host
 121      integer :: it_mosaic
 122      integer, dimension(6) :: hostgridinfo(6)
 123      integer :: idiagbb_host
 124      integer :: f_mos_fail
 125      integer :: isteps_astem
 126      integer :: isteps_astem_max
 127      integer :: jastem_call
 128      integer :: jastem_fail
 129      integer :: jmesa_call
 130      integer :: jmesa_fail
 131      integer :: niter_mesa_max
 132      integer :: nmax_astem
 133      integer :: nmax_mesa
 134      integer :: fix_astem_negative
 135      logical :: flag_itr_kel
 136      logical :: zero_water_flag
 137      real(r8) :: cumul_steps_astem
 138      real(r8) :: niter_mesa
 139      real(r8) :: swdown
 140      real(r8), dimension(5,4) :: xnerr_astem_negative
 141      integer, dimension(:), allocatable :: iter_mesa
 142   end type mosaic_vars_aa_type
 143
 144
 145
 146   !----------------------------------------------------------------------
 147   ! MOSAIC species indices
 148   !
 149   ! position of first soa species in aer and gas arrays
 150   integer, save :: isoa_first
 151   ! position of first soa species in comp_a and electrolyte arrays
 152   integer, save :: jsoa_first
 153
 154   ! gas
 155   integer, save ::   &
 156        ih2so4_g,     ihno3_g,      ihcl_g,      inh3_g,   &
 157        imsa_g,       in2o5_g,      iclno2_g,   &
 158        iaro1_g,      iaro2_g,      ialk1_g,     iole1_g,   &   ! not sure about these
 159        iapi1_g,      iapi2_g,      ilim1_g,     ilim2_g        ! not sure about these
 160
 161   ! aerosol generic
 162   integer, save ::   &
 163        iso4_a,     ino3_a,     icl_a,     inh4_a,     ico3_a,   &
 164        imsa_a,     ina_a,      ica_a,     ioc_a,      ibc_a,   &
 165        ioin_a,   &
 166        iaro1_a,    iaro2_a,   ialk1_a,    iole1_a,   &   ! not sure about these
 167        iapi1_a,    iapi2_a,    ilim1_a,   ilim2_a        ! not sure about these
 168
 169   ! aerosol elecctrolytes/compounds
 170   integer, save ::   &
 171        jnh4so4,    jlvcite,    jnh4hso4,   jnh4no3,    jnh4cl,   &
 172        jna2so4,    jna3hso4,   jnahso4,    jnano3,     jnacl,   &
 173        jcaso4,     jcano3,     jcacl2,     jcaco3,     jh2so4,   &
 174        jhno3,      jhcl,       jhhso4,   &
 175        jnh4msa,    jnamsa,     jcamsa2,    jmsa,   &
 176        joc,        jbc,        join,       jh2o,   &
 177        jaro1,      jaro2,      jalk1,      jole1,   &   ! not sure about these
 178        japi1,      japi2,      jlim1,      jlim2        ! not sure about these
 179
 180   ! aerosol ions
 181   integer, save ::   &
 182        jc_h,    jc_nh4, jc_na,  jc_ca,   &
 183        ja_hso4, ja_so4, ja_no3, ja_cl, ja_msa     ! , ja_co3
 184
 185   ! gas - soa vbs
 186       integer, save ::                                        &
 187       ipcg1_b_c_g, ipcg2_b_c_g, ipcg3_b_c_g, ipcg4_b_c_g, &
 188       ipcg5_b_c_g, ipcg6_b_c_g, ipcg7_b_c_g, ipcg8_b_c_g, ipcg9_b_c_g, &
 189       ipcg1_b_o_g, ipcg2_b_o_g, ipcg3_b_o_g, ipcg4_b_o_g, &
 190       ipcg5_b_o_g, ipcg6_b_o_g, ipcg7_b_o_g, ipcg8_b_o_g, ipcg9_b_o_g, &
 191       iopcg1_b_c_g, iopcg2_b_c_g, iopcg3_b_c_g, iopcg4_b_c_g, &
 192       iopcg5_b_c_g, iopcg6_b_c_g, iopcg7_b_c_g, iopcg8_b_c_g, &
 193       iopcg1_b_o_g, iopcg2_b_o_g, iopcg3_b_o_g, iopcg4_b_o_g, &
 194       iopcg5_b_o_g, iopcg6_b_o_g, iopcg7_b_o_g, iopcg8_b_o_g, &
 195       ipcg1_f_c_g, ipcg2_f_c_g, ipcg3_f_c_g, ipcg4_f_c_g, &
 196       ipcg5_f_c_g, ipcg6_f_c_g, ipcg7_f_c_g, ipcg8_f_c_g, ipcg9_f_c_g, &
 197       ipcg1_f_o_g, ipcg2_f_o_g, ipcg3_f_o_g, ipcg4_f_o_g, &
 198       ipcg5_f_o_g, ipcg6_f_o_g, ipcg7_f_o_g, ipcg8_f_o_g, ipcg9_f_o_g, &
 199       iopcg1_f_c_g, iopcg2_f_c_g, iopcg3_f_c_g, iopcg4_f_c_g, &
 200       iopcg5_f_c_g, iopcg6_f_c_g, iopcg7_f_c_g, iopcg8_f_c_g, &
 201       iopcg1_f_o_g, iopcg2_f_o_g, iopcg3_f_o_g, iopcg4_f_o_g, &
 202       iopcg5_f_o_g, iopcg6_f_o_g, iopcg7_f_o_g, iopcg8_f_o_g, &
 203       iant1_c_g, iant2_c_g, iant3_c_g, iant4_c_g, &
 204       iant1_o_g, iant2_o_g, iant3_o_g, iant4_o_g, &
 205       ibiog1_c_g, ibiog2_c_g, ibiog3_c_g, ibiog4_c_g, &
 206       ibiog1_o_g, ibiog2_o_g, ibiog3_o_g, ibiog4_o_g, &
 207       ismpa_g, ismpbb_g, &
 208       iasoaX_g, iasoa1_g, iasoa2_g, iasoa3_g, iasoa4_g, &
 209       ibsoaX_g, ibsoa1_g, ibsoa2_g, ibsoa3_g, ibsoa4_g, &
 210       igly, iho
 211
 212   ! aerosol generic - soa vbs
 213       integer, save ::   &
 214       ipcg1_b_c_a, ipcg2_b_c_a, ipcg3_b_c_a, ipcg4_b_c_a, &
 215       ipcg5_b_c_a, ipcg6_b_c_a, ipcg7_b_c_a, ipcg8_b_c_a, ipcg9_b_c_a, &
 216       ipcg1_b_o_a, ipcg2_b_o_a, ipcg3_b_o_a, ipcg4_b_o_a, &
 217       ipcg5_b_o_a, ipcg6_b_o_a, ipcg7_b_o_a, ipcg8_b_o_a, ipcg9_b_o_a, &
 218       iopcg1_b_c_a, iopcg2_b_c_a, iopcg3_b_c_a, iopcg4_b_c_a, &
 219       iopcg5_b_c_a, iopcg6_b_c_a, iopcg7_b_c_a, iopcg8_b_c_a, &
 220       iopcg1_b_o_a, iopcg2_b_o_a, iopcg3_b_o_a, iopcg4_b_o_a, &
 221       iopcg5_b_o_a, iopcg6_b_o_a, iopcg7_b_o_a, iopcg8_b_o_a,&
 222       ipcg1_f_c_a, ipcg2_f_c_a, ipcg3_f_c_a, ipcg4_f_c_a, &
 223       ipcg5_f_c_a, ipcg6_f_c_a, ipcg7_f_c_a, ipcg8_f_c_a, ipcg9_f_c_a, &
 224       ipcg1_f_o_a, ipcg2_f_o_a, ipcg3_f_o_a, ipcg4_f_o_a, &
 225       ipcg5_f_o_a, ipcg6_f_o_a, ipcg7_f_o_a, ipcg8_f_o_a, ipcg9_f_o_a, &
 226       iopcg1_f_c_a, iopcg2_f_c_a, iopcg3_f_c_a, iopcg4_f_c_a, &
 227       iopcg5_f_c_a, iopcg6_f_c_a, iopcg7_f_c_a, iopcg8_f_c_a, &
 228       iopcg1_f_o_a, iopcg2_f_o_a, iopcg3_f_o_a, iopcg4_f_o_a, &
 229       iopcg5_f_o_a, iopcg6_f_o_a, iopcg7_f_o_a, iopcg8_f_o_a, &
 230       ismpa_a, ismpbb_a, &
 231       iglysoa_r1_a, iglysoa_r2_a, iglysoa_oh_a, iglysoa_sfc_a, iglysoa_nh4_a, &
 232       iant1_c_a, iant2_c_a, iant3_c_a, iant4_c_a,&
 233       iant1_o_a, iant2_o_a, iant3_o_a, iant4_o_a,&
 234       ibiog1_c_a, ibiog2_c_a, ibiog3_c_a, ibiog4_c_a, &
 235       ibiog1_o_a, ibiog2_o_a, ibiog3_o_a, ibiog4_o_a, &
 236       iasoaX_a, iasoa1_a, iasoa2_a, iasoa3_a, iasoa4_a, &
 237       ibsoaX_a, ibsoa1_a, ibsoa2_a, ibsoa3_a, ibsoa4_a
 238
 239   ! aerosol elecctrolytes/compounds - soa vbs
 240       integer, save ::   &
 241       jpcg1_b_c, jpcg2_b_c, jpcg3_b_c, jpcg4_b_c, &
 242       jpcg5_b_c, jpcg6_b_c, jpcg7_b_c, jpcg8_b_c, jpcg9_b_c, &
 243       jpcg1_b_o, jpcg2_b_o, jpcg3_b_o, jpcg4_b_o, &
 244       jpcg5_b_o, jpcg6_b_o, jpcg7_b_o, jpcg8_b_o, jpcg9_b_o, &
 245       jopcg1_b_c, jopcg2_b_c, jopcg3_b_c, jopcg4_b_c, &
 246       jopcg5_b_c, jopcg6_b_c, jopcg7_b_c, jopcg8_b_c, &
 247       jopcg1_b_o, jopcg2_b_o, jopcg3_b_o, jopcg4_b_o, &
 248       jopcg5_b_o, jopcg6_b_o, jopcg7_b_o, jopcg8_b_o, &
 249       jpcg1_f_c, jpcg2_f_c, jpcg3_f_c, jpcg4_f_c, &
 250       jpcg5_f_c, jpcg6_f_c, jpcg7_f_c, jpcg8_f_c, jpcg9_f_c, &
 251       jpcg1_f_o, jpcg2_f_o, jpcg3_f_o, jpcg4_f_o, &
 252       jpcg5_f_o, jpcg6_f_o, jpcg7_f_o, jpcg8_f_o, jpcg9_f_o, &
 253       jopcg1_f_c, jopcg2_f_c, jopcg3_f_c, jopcg4_f_c, &
 254       jopcg5_f_c, jopcg6_f_c, jopcg7_f_c, jopcg8_f_c, &
 255       jopcg1_f_o, jopcg2_f_o, jopcg3_f_o, jopcg4_f_o, &
 256       jopcg5_f_o, jopcg6_f_o, jopcg7_f_o, jopcg8_f_o, &
 257       jsmpa, jsmpbb, &
 258       jglysoa_r1, jglysoa_r2, jglysoa_oh, jglysoa_sfc, jglysoa_nh4, &
 259       jant1_c, jant2_c, jant3_c, jant4_c,  &
 260       jant1_o, jant2_o, jant3_o, jant4_o,  &
 261       jbiog1_c, jbiog2_c, jbiog3_c, jbiog4_c, &
 262       jbiog1_o, jbiog2_o, jbiog3_o, jbiog4_o, &
 263       jasoaX, jasoa1, jasoa2, jasoa3, jasoa4, &
 264       jbsoaX, jbsoa1, jbsoa2, jbsoa3, jbsoa4
 265
 266   !----------------------------------------------------------------------
 267   ! MOSAIC variables
 268
 269   ! NOTES on use_cam5mam_soa_params and use_cam5mam_accom_coefs
 270   !    pure MOSAIC box model runs - these should be 0
 271   !    pure CAM5 runs - these can be 0 or 1 (usually 1)
 272   !       their values are set in module_mosaic_cam_init.F90
 273   !    MOSAIC box model runs that emulate CAM5 behavior (e.g. for debugging etc.) -
 274   !       their values should match those in the CAM5 run (usually 1)
 275   integer, save :: use_cam5mam_soa_params  = 0   ! if >0, use cam5-mam soa/soag parameter values
 276   integer, save :: use_cam5mam_accom_coefs = 0   ! if >0, use cam5-mam accomodation coefficient values
 277
 278   integer, save ::      &
 279        !it_mosaic,                         &  ! time-step index
 280        !irepeat_mosaic,                    &  ! "repeat" index
 281        !iclm_aer,                          &  ! i-location
 282        !jclm_aer,                          &  ! j-location
 283        !kclm_aer,                          &  ! k-location
 284        mclm_aer,                           &  ! m-subarea
 285        mGAS_AER_XFER,                      &  ! flag: mON, mOFF
 286        mDYNAMIC_SOLVER,            &  ! flag: mASTEM, mLSODE
 287        mSIZE_FRAMEWORK,            &  ! flag: mMODAL, mSECTIONAL
 288        mhyst_method,                       &  ! flag: 0, 1, 2
 289        maersize_init_flag1,                &  ! flag: 0, 1, 2
 290        mcoag_flag1,                        &  ! flag: 0, 1, 2, ...
 291        mmovesect_flag1,            &  ! flag: 0, 1, 2, ...
 292        mnewnuc_flag1,                      &  ! flag: 0, 1, 2, ...
 293        msectional_flag1,                   &  ! flag: 0, 1, 2, ...
 294        msectional_flag2,                   &  ! flag: 0, 1, 2, ...
 295        method_bcfrac,                      &  ! flag: ...
 296        method_kappa,                       &  ! flag: ...
 297        ifreq_coag,                         &  ! frequency at which coagulation is done
 298        ipmcmos_aero,                       &
 299        maeroptic_aero,                     &
 300        msoa_flag1,                         &  ! flag: 0/neg = no soa, 1 = default, 1000 = vbs
 301        msoa_vbs_info(9)                       ! flags controlling vbs soa mechanism in wrfchem
 302
 303        !jaerosolstate(nbin_a_max),         &  ! flag: no_aerosol, all_solid, all_liquid, mixed
 304        !jaerosolstate_bgn(nbin_a_max)!,    &  ! flag: no_aerosol, all_solid, all_liquid, mixed
 305   !jphase(nbin_a_max),             &  ! phase index: jtotal, jsolid, jliquid
 306   !jhyst_leg(nbin_a_max)!,                 &  ! hysteresis leg: jhyst_up, jhyst_lo
 307   !iprint_input                       ! flag: mON, mOFF
 308
 309   !real(r8), save ::    &
 310        !num_a(nbin_a_max),                 &  ! #/cc(air)
 311        !Dpgn_a(nbin_a_max),                &  ! cm
 312        !Dp_dry_a(nbin_a_max),              &  ! cm
 313        !Dp_wet_a(nbin_a_max),              &  ! cm
 314        !Dp_core_a(nbin_a_max),             &  ! diameter of "optical core" (cm)
 315        !area_dry_a(nbin_a_max),            &  ! cm^2/cc(air)
 316        !area_wet_a(nbin_a_max),            &  ! cm^2/cc(air)
 317        !mass_dry_salt(nbin_a_max),         &  ! g/cc(air)
 318        !mass_dry_a_bgn(nbin_a_max),        &  ! g/cc(air)
 319        !mass_dry_a(nbin_a_max),            &  ! g/cc(air)
 320        !mass_wet_a(nbin_a_max),            &  ! g/cc(air)
 321        !mass_soluble_a(nbin_a_max),        &  ! ng/cc(air)
 322        !vol_dry_a(nbin_a_max),             &  ! cc/cc(air)
 323        !vol_wet_a(nbin_a_max),             &  ! cc/cc(air)
 324        !dens_dry_a_bgn(nbin_a_max),        &  ! g/cc
 325        !dens_dry_a(nbin_a_max),            &  ! g/cc
 326        !dens_wet_a(nbin_a_max),            &  ! g/cc
 327        !sigmag_a(nbin_a_max),              &  ! -
 328        !water_a(nbin_a_max),               &  ! kg(water)/m^3(air)
 329        !water_a_hyst(nbin_a_max),          &  ! kg(water)/m^3(air) hysteresis (at 60% RH)
 330        !water_a_up(nbin_a_max),            &  ! kg(water)/m^3(air) at 60% RH
 331        !pH(nbin_a_max),                    &  ! pH
 332        !aer(naer,3,nbin_a_max),            &  ! nmol/m^3
 333        !aer_sum(3,nbin_a_max),             &  ! nmol/m^3
 334        !aer_percent(naer,3,nbin_a_max),    &  ! %
 335        !comp_a(naercomp),                  &  ! g/cc(air)
 336        !electrolyte(nelectrolyte,3,nbin_a_max), &  ! nmol/m^3
 337        !electrolyte_sum(3,nbin_a_max),          &  ! nmol/m^3
 338        !epercent(nelectrolyte,3,nbin_a_max),    &  ! %
 339        !gas(ngas_volatile),                     &  ! nmol/m^3
 340        !aH2O,   &
 341        !aH2O_a(nbin_a_max),   &
 342        !DpmV(nbin_a_max),   &
 343        !volume_a(nbin_a_max),   &
 344        !volume_bin(nbin_a_max),            &  ! dry volume of one particle
 345        !kelvin(nbin_a_max),                &  ! kelvin factor for water content
 346        !kel(ngas_volatile,nbin_a_max),     &  ! kelvin factor for condensing species
 347        !kelvin_nh4no3,   &
 348        !kelvin_nh4cl!,   &
 349        !total_species(ngas_volatile),   &
 350        !ext_cross(nbin_a_max),             &  ! extinction cross section of a particle (cm^-2)
 351        !scat_cross(nbin_a_max),            &  ! scattering cross section of a particle (cm^-2)
 352        !asym_particle(nbin_a_max)             ! asymmetry parameter of a particle (dimensionless)
 353
 354   real(r8), save ::     &
 355        dlo_aersize_init,                   &  ! lowermost dry Dp for aersize init (micron)
 356        dhi_aersize_init,                   &  ! uppermost dry Dp for aersize init (micron)
 357        xcutlo_atype_md1_init,              &  ! lowermost & uppermost bc mass fractions for
 358        xcuthi_atype_md1_init,              &  !    for initializing the "atype_md1" dimension
 359        xcutlo_atype_md2_init,              &  ! lowermost & uppermost hygroscopicity (kappa) for
 360        xcuthi_atype_md2_init                  !    for initializing the "atype_md2" dimension
 361
 362   integer, save ::      &
 363        method_atype_md1_init,              &  ! method for initializing "atype_md1"
 364        method_atype_md2_init                  ! method for initializing "atype_md2"
 365
 366
 367   !----------------------------------------------------------------------
 368   ! ASTEM variables
 369   integer, save ::         &
 370   !idry_case3a(nbin_a_max),        &  ! mYES, mNO
 371   !ieqblm_bin(nbin_a_max),                 &  ! mYES, mNO
 372   !ieqblm_ASTEM,                           &  ! mYES, mNO
 373   !ieqblm_soa,                     &  ! mYES, mNO
 374   !jASTEM_call,   &
 375   !jASTEM_fail,   &
 376   !isteps_ASTEM,   &
 377   !isteps_SOA,   &
 378   !isteps_ASTEM_max,   &
 379   nmax_ASTEM!,   &
 380   !integrate(ngas_volatile,3,nbin_a_max)        ! mYES, mNO
 381
 382   integer, save :: m_gas2bin_uptk_flag = 1
 383 ! m_gas2bin_uptk_flag = 1 if all gases can condense to all bins,
 384 !    and = 0 otherwise, which currently only happens with cam5-mosaic
 385   integer, save :: i_gas2bin_uptk_flag(ngas_aerchtot,nbin_a_max)
 386 ! i_gas2bin_uptk_flag(iv,ibin) = 1 if gas iv can condense to bin ibin,
 387 !    and = 0 if it cannot (i.e., is not allowed to)
 388 ! mosaic box model, partmc-mosaic, and wrf-chem do not have to allocate it
 389
 390   real(r8), save ::     &
 391   !Po_soa(ngas_volatile),                    &  ! Pascal
 392   !sat_soa(ngas_volatile),                   &  ! nmol/m^3(air)
 393   !x_soa(naer),                      &  ! soa mole fraction
 394   !sfc_a(ngas_volatile),                     &  ! nmol/m^3
 395   !Heff(ngas_volatile,nbin_a_max),           &  !
 396   !kg(ngas_volatile,nbin_a_max),             &  ! 1/s
 397   !df_gas_s(ngas_volatile,nbin_a_max),  &  ! nmol/m^3 (G-G*) = driving force)
 398   !df_gas_l(ngas_volatile,nbin_a_max),  &  ! nmol/m^3 (G-G*) = driving force)
 399   !df_gas_o(ngas_volatile,nbin_a_max),  &  ! nmol/m^3 (G-G*) = driving force)
 400   !df_gas(ngas_volatile,nbin_a_max),    &  ! nmol/m^3 (G-G*) = driving force)
 401   !flux_s(ngas_volatile,nbin_a_max),    &  ! nmol/m^3/s
 402   !flux_l(ngas_volatile,nbin_a_max),    &  ! nmol/m^3/s
 403   !flux_o(ngas_volatile,nbin_a_max),    &  ! nmol/m^3/s
 404   !flux(ngas_volatile,nbin_a_max),      &  ! nmol/m^3/s
 405   !sumkg_h2so4,                      &  ! 1/s
 406   !sumkg_msa,                        &  ! 1/s
 407   !sumkg_nh3,                        &  ! 1/s
 408   !sumkg_hno3,                       &  ! 1/s
 409   !sumkg_hcl,                        &  ! 1/s
 410   !delta_nh3_max(nbin_a_max),        &  ! nmol/m^3
 411   !delta_hno3_max(nbin_a_max),       &  ! nmol/m^3
 412   !delta_hcl_max(nbin_a_max),        &  ! nmol/m^3
 413   !Keq_nh4no3,                       &
 414   !Keq_nh4cl,                        &
 415   !volatile_s(ngas_volatile,nbin_a_max),     &  ! nmol/m^3
 416   !phi_volatile_s(ngas_volatile,nbin_a_max), &  ! relative dr. force = (G-G*)/G
 417   !phi_volatile_l(ngas_volatile,nbin_a_max), &  ! relative dr. force = (G-G*)/G
 418   !phi_volatile_o(ngas_volatile,nbin_a_max), &  ! relative dr. force = (G-G*)/G
 419   !phi_nh4no3_s,                             &  ! relative dr. force: 0 to 1
 420   !phi_nh4cl_s,                      &  ! relative dr. force: 0 to 1
 421   !sum_vdf_s(ngas_volatile),         &  ! (nmol/m^3)^2
 422   !sum_vol_s(ngas_volatile),         &  ! nmol/m^3
 423   !sum_bin_s(ngas_volatile),         &  ! number of bins that have flux_s(iv) < 0
 424   !avg_df_gas_s(ngas_volatile),      &  !
 425   !h_s_i_m(ngas_volatile,nbin_a_max),   &  ! s
 426   !alpha_gas(ngas_volatile),         &  ! - adaptive
 427   alpha_ASTEM,                       &  ! 0.01 to 0.05
 428   rtol_eqb_ASTEM,                            &  ! 0.01 to 0.03
 429   ptol_mol_ASTEM!,                           &  ! 0.01 to 1.0
 430   !cumul_steps_ASTEM,                &
 431   !avg_steps_ASTEM
 432
 433   !----------------------------------------------------------------------
 434   ! MESA variables
 435   integer, save ::      &
 436        jsalt_index(nsalt),   &
 437        jsulf_poor(jsulf_poor_NUM),   &
 438        jsulf_rich(jsulf_rich_NUM),   &
 439        !jsalt_present(nsalt),   &
 440        Nmax_mesa!,   &
 441        !jMESA_call,   &
 442        !jMESA_fail,   &
 443        !iter_MESA(nbin_a_max),   &
 444        !niter_MESA_max
 445
 446   real(r8), save ::     &
 447        !eleliquid(nelectrolyte),   &
 448        !flux_sl(nsalt),   &
 449        !phi_salt(nsalt),   &
 450        !phi_salt_old(nsalt),   &
 451        !phi_bar(nsalt),   &
 452        !alpha_salt(nsalt),   &
 453        !sat_ratio(nsalt),   &
 454        !hsalt(nsalt),   &
 455        !hsalt_max,   &
 456        !frac_salt_liq(nsalt),   &
 457        !frac_salt_solid(nsalt),   &
 458        !growth_factor(nbin_a_max),   &
 459        d_mdrh(MDRH_T_NUM,d_mdrh_DIM2),             &  ! mdrh(T) poly coeffs
 460        !MDRH(nbin_a_max),   &
 461        !MDRH_T(MDRH_T_NUM),   &
 462        !molality0(nelectrolyte),   &
 463        rtol_mesa!,   &
 464        !niter_MESA,   &
 465        !niter_MESA_avg,   &
 466        !G_MX(nelectrolyte),   &
 467        !K_MX(nelectrolyte)
 468
 469   !----------------------------------------------------------------------
 470   ! MOSAIC physico-chemical constants
 471   character(len= 6), save :: phasestate(0:4)
 472   character(len=16), save :: ename(nelectrolyte)        ! electrolyte names
 473   character(len=16), save :: aer_name(naer)             ! generic aerosol species name
 474   character(len=16), save :: gas_name(ngas_aerchtot)    ! gas species name
 475
 476   real(r8), save ::      &
 477        !T_K,                                       &  ! temperature (K)
 478        !P_atm,                                     &  ! pressure (atm)
 479        !RH_pc,                                     &  ! relative humidity (%)
 480        !cair_mol_cc,                               &  ! air conc in mol/cc
 481        !cair_mol_m3,                               &  ! air conc in mol/m^3
 482        !conv1a,   &
 483        !conv1b,   &
 484        !conv2a,   &
 485        !conv2b,   &
 486        mw_electrolyte(nelectrolyte),               &  ! molecular wt of electrolytes
 487        mw_aer_mac(naer),                           &  ! molecular wt of generic species
 488        mw_comp_a(naercomp),                        &  ! molecular wt of compounds
 489        mw_c(ncation),                              &  ! molecular wt of cations
 490        mw_a(nanion),                               &  ! molecular wt of anions
 491        mw_gas(ngas_aerchtot),                      &  ! molecular wt of gases
 492        dens_electrolyte(nelectrolyte),             &  ! g/cc
 493        dens_aer_mac(naer),                         &  ! g/cc
 494        dens_comp_a(naercomp),                      &  ! g/cc (density of compounds)
 495        kappa_aer_mac(naer),                        &  ! "kappa" value (= hygroscopicity)
 496        partial_molar_vol(ngas_aerchtot),           &  ! cc/mol (used in aerosol_phase_state)
 497        v_molar_gas(ngas_aerchtot)                     ! cc/mol (used in aerosolmtc)
 498        !sigma_water,                               &  ! water surface tension (N/m)
 499        !sigma_soln(nbin_a_max),                    &  ! solution surface tension (N/m)
 500        !Keq_gl(nrxn_aer_gl),                       &  ! gas-liq eqblm const
 501        !Keq_ll(nrxn_aer_ll),                       &  ! liq-liq eqblm const
 502        !Keq_sg(nrxn_aer_sg),                       &  ! solid-gas eqbln const
 503        !Keq_sl(nrxn_aer_sl),                       &  ! solid-liq eqblm const
 504        !Kp_nh3,                                    &  !
 505        !Kp_nh4no3,                                 &  !
 506        !Kp_nh4cl                                      !
 507
 508   complex   &
 509        ref_index_a(naercomp)!,                     &  ! refractive index of compounds
 510   !     ri_avg_a(nbin_a_max),                      &  ! vol avg ref index of bin
 511   !     ri_shell_a(nbin_a_max),                    &  ! vol avg ref index of bin for shell
 512   !     ri_core_a(nbin_a_max)                         ! vol avg ref index of bin for core
 513
 514   !----------------------------------------------------------------------
 515   ! MOSAIC activity coefficient models variables
 516
 517   real(r8), save ::     &
 518        !mc(Ncation,nbin_a_max),              &  ! mol/kg(water)
 519        !ma(Nanion,nbin_a_max),               &  ! mol/kg(water)
 520        !mSULF,   &
 521        zc(Ncation),                          &  ! real charge
 522        za(Nanion),                           &  ! real charge
 523        !gam(nelectrolyte,nbin_a_max),   &
 524        !gam_ratio(nbin_a_max),   &
 525        !log_gamZ(nelectrolyte,nelectrolyte), &
 526        !log_gam(nelectrolyte),   &
 527        !activity(nelectrolyte,nbin_a_max),  &
 528        !xeq_a(nanion),   &
 529        !xeq_c(ncation),   &
 530        !na_Ma(nanion),   &
 531        !nc_Mc(ncation),   &
 532        a_zsr(6,nelectrolyte),                &  ! binary molality polynomial coeffs
 533        b_zsr(nelectrolyte),                  &  ! binary molality coeff
 534        aw_min(nelectrolyte),                 &  ! minimum frh at which molality polynomial can be used
 535        b_mtem(6,nelectrolyte,nelectrolyte)     ! MTEM poly coeffs
 536
 537   !----------------------------------------------------------------------
 538   ! MOSAIC massbalance variables
 539 ! real(r8), save ::   &
 540 !      tot_so4_in,   &
 541 !      tot_no3_in,   &
 542 !      tot_cl_in,   &
 543 !      tot_nh4_in,   &
 544 !      tot_na_in,   &
 545 !      tot_ca_in,   &
 546 !      tot_so4_out,   &
 547 !      tot_no3_out,   &
 548 !      tot_cl_out,   &
 549 !      tot_nh4_out,   &
 550 !      tot_na_out,   &
 551 !      tot_ca_out,   &
 552 !      diff_so4,   &
 553 !      diff_no3,   &
 554 !      diff_cl,   &
 555 !      diff_nh4,   &
 556 !      diff_na,   &
 557 !      diff_ca,   &
 558 !      reldiff_so4,   &
 559 !      reldiff_no3,   &
 560 !      reldiff_cl,   &
 561 !      reldiff_nh4,   &
 562 !      reldiff_na,   &
 563 !      reldiff_ca
 564
 565   !----------------------------------------------------------------------
 566
 567 end module module_data_mosaic_aero