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1!**********************************************************************
2! Copyright 1998,1999,2000,2001,2002,2005,2007,2008,2009,2010         *
3! Andreas Stohl, Petra Seibert, A. Frank, Gerhard Wotawa,             *
4! Caroline Forster, Sabine Eckhardt, John Burkhart, Harald Sodemann   *
5!                                                                     *
6! This file is part of FLEXPART.                                      *
7!                                                                     *
8! FLEXPART is free software: you can redistribute it and/or modify    *
9! it under the terms of the GNU General Public License as published by*
10! the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or   *
11! (at your option) any later version.                                 *
12!                                                                     *
13! FLEXPART is distributed in the hope that it will be useful,         *
14! but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of      *
15! MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the       *
16! GNU General Public License for more details.                        *
17!                                                                     *
18! You should have received a copy of the GNU General Public License   *
19! along with FLEXPART.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.   *
20!**********************************************************************
21
22subroutine interpol_wind_nests(itime,xt,yt,zt, &
23    uprof,vprof,wprof, usigprof,vsigprof,wsigprof, &
24    rhoprof,rhogradprof, tkeprof,pttprof, &
25    u,v,w,usig,vsig,wsig,pvi, &
26    p1,p2,p3,p4,ddx,ddy,rddx,rddy,dtt,dt1,dt2, &
27    ix,jy,ixp,jyp,ngrid,indz,indzp, depoindicator, &
28    indzindicator,mu,mv)
29  !                                 i   i  i  i
30  !*****************************************************************************
31  !                                                                            *
32  !  This subroutine interpolates the wind data to current trajectory position.*
33  !                                                                            *
34  !    Author: A. Stohl                                                        *
35  !                                                                            *
36  !    16 December 1997                                                        *
37  !    16 December 1997                                                        *
38  !                                                                            *
39  !  Revision March 2005 by AST : all output variables in common block cal-    *
40  !                               culation of standard deviation done in this  *
41  !                               routine rather than subroutine call in order *
42  !                               to save computation time                     *
43  !                                                                            *
44  !*****************************************************************************
45  !                                                                            *
46  ! Variables:                                                                 *
47  ! u,v,w              wind components                                         *
48  ! itime [s]          current temporal position                               *
49  ! memtime(3) [s]     times of the wind fields in memory                      *
50  ! xt,yt,zt           coordinates position for which wind data shall be       *
51  !                    calculated                                              *
52  !                                                                            *
53  ! Constants:                                                                 *
54  !                                                                            *
55  !*****************************************************************************
56
57  use par_mod
58  use com_mod
59!  use interpol_mod
60
61  implicit none
62
63  integer :: itime
64  real :: xt,yt,zt
65
66  ! Auxiliary variables needed for interpolation
67  real :: dz1,dz2,dz
68  real :: u1(2),v1(2),w1(2),uh(2),vh(2),wh(2)
69  real :: usl,vsl,wsl,usq,vsq,wsq,xaux
70  integer :: i,m,n,indexh,indzh
71  real,parameter :: eps=1.0e-30
72
73  real :: uprof(nzmax),vprof(nzmax),wprof(nzmax)
74  real :: usigprof(nzmax),vsigprof(nzmax),wsigprof(nzmax)
75  real :: rhoprof(nzmax),rhogradprof(nzmax)
76  real :: tkeprof(nzmax),pttprof(nzmax)
77  real :: u,v,w,usig,vsig,wsig,pvi,mu,mv
78
79  real :: p1,p2,p3,p4,ddx,ddy,rddx,rddy,dtt,dt1,dt2
80  integer :: ix,jy,ixp,jyp,ngrid,indz,indzp
81  logical :: depoindicator(maxspec)
82  logical :: indzindicator(nzmax)
83
84
85  !********************************************
86  ! Multilinear interpolation in time and space
87  !********************************************
88
89  ! Determine the lower left corner and its distance to the current position
90  !*************************************************************************
91
92  ddx=xt-real(ix)
93  ddy=yt-real(jy)
94  rddx=1.-ddx
95  rddy=1.-ddy
96  p1=rddx*rddy
97  p2=ddx*rddy
98  p3=rddx*ddy
99  p4=ddx*ddy
100
101      mu =p1*m_xn(ix ,jy ,1,ngrid) &
102         + p2*m_xn(ixp,jy ,1,ngrid) &
103         + p3*m_xn(ix ,jyp,1,ngrid) &
104         + p4*m_xn(ixp,jyp,1,ngrid)
105       mv =p1*m_yn(ix ,jy ,1,ngrid) &
106         + p2*m_yn(ixp,jy ,1,ngrid) &
107         + p3*m_yn(ix ,jyp,1,ngrid) &
108         + p4*m_yn(ixp,jyp,1,ngrid)
109
110
111  ! Calculate variables for time interpolation
112  !*******************************************
113
114  dt1=real(itime-memtime(1))
115  dt2=real(memtime(2)-itime)
116  dtt=1./(dt1+dt2)
117
118  ! Determine the level below the current position for u,v
119  !*******************************************************
120
121  do i=2,nz
122    if (height(i).gt.zt) then
123      indz=i-1
124      goto 6
125    endif
126  end do
1276   continue
128
129
130  ! Vertical distance to the level below and above current position
131  !****************************************************************
132
133  dz=1./(height(indz+1)-height(indz))
134  dz1=(zt-height(indz))*dz
135  dz2=(height(indz+1)-zt)*dz
136
137
138  !**********************************************************************
139  ! 1.) Bilinear horizontal interpolation
140  ! This has to be done separately for 6 fields (Temporal(2)*Vertical(3))
141  !**********************************************************************
142
143  ! Loop over 2 time steps and 2 levels
144  !************************************
145
146  usl=0.
147  vsl=0.
148  wsl=0.
149  usq=0.
150  vsq=0.
151  wsq=0.
152  do m=1,2
153    indexh=memind(m)
154    do n=1,2
155      indzh=indz+n-1
156
157      u1(n)=p1*uun(ix ,jy ,indzh,indexh,ngrid) &
158           +p2*uun(ixp,jy ,indzh,indexh,ngrid) &
159           +p3*uun(ix ,jyp,indzh,indexh,ngrid) &
160           +p4*uun(ixp,jyp,indzh,indexh,ngrid)
161      v1(n)=p1*vvn(ix ,jy ,indzh,indexh,ngrid) &
162           +p2*vvn(ixp,jy ,indzh,indexh,ngrid) &
163           +p3*vvn(ix ,jyp,indzh,indexh,ngrid) &
164           +p4*vvn(ixp,jyp,indzh,indexh,ngrid)
165      w1(n)=p1*wwn(ix ,jy ,indzh,indexh,ngrid) &
166           +p2*wwn(ixp,jy ,indzh,indexh,ngrid) &
167           +p3*wwn(ix ,jyp,indzh,indexh,ngrid) &
168           +p4*wwn(ixp,jyp,indzh,indexh,ngrid)
169
170      usl=usl+uun(ix ,jy ,indzh,indexh,ngrid)+ &
171           uun(ixp,jy ,indzh,indexh,ngrid) &
172           +uun(ix ,jyp,indzh,indexh,ngrid)+ &
173           uun(ixp,jyp,indzh,indexh,ngrid)
174      vsl=vsl+vvn(ix ,jy ,indzh,indexh,ngrid)+ &
175           vvn(ixp,jy ,indzh,indexh,ngrid) &
176           +vvn(ix ,jyp,indzh,indexh,ngrid)+ &
177           vvn(ixp,jyp,indzh,indexh,ngrid)
178      wsl=wsl+wwn(ix ,jy ,indzh,indexh,ngrid)+ &
179           wwn(ixp,jy ,indzh,indexh,ngrid) &
180           +wwn(ix ,jyp,indzh,indexh,ngrid)+ &
181           wwn(ixp,jyp,indzh,indexh,ngrid)
182
183      usq=usq+uun(ix ,jy ,indzh,indexh,ngrid)* &
184           uun(ix ,jy ,indzh,indexh,ngrid)+ &
185           uun(ixp,jy ,indzh,indexh,ngrid)*uun(ixp,jy ,indzh,indexh,ngrid)+ &
186           uun(ix ,jyp,indzh,indexh,ngrid)*uun(ix ,jyp,indzh,indexh,ngrid)+ &
187           uun(ixp,jyp,indzh,indexh,ngrid)*uun(ixp,jyp,indzh,indexh,ngrid)
188      vsq=vsq+vvn(ix ,jy ,indzh,indexh,ngrid)* &
189           vvn(ix ,jy ,indzh,indexh,ngrid)+ &
190           vvn(ixp,jy ,indzh,indexh,ngrid)*vvn(ixp,jy ,indzh,indexh,ngrid)+ &
191           vvn(ix ,jyp,indzh,indexh,ngrid)*vvn(ix ,jyp,indzh,indexh,ngrid)+ &
192           vvn(ixp,jyp,indzh,indexh,ngrid)*vvn(ixp,jyp,indzh,indexh,ngrid)
193      wsq=wsq+wwn(ix ,jy ,indzh,indexh,ngrid)* &
194           wwn(ix ,jy ,indzh,indexh,ngrid)+ &
195           wwn(ixp,jy ,indzh,indexh,ngrid)*wwn(ixp,jy ,indzh,indexh,ngrid)+ &
196           wwn(ix ,jyp,indzh,indexh,ngrid)*wwn(ix ,jyp,indzh,indexh,ngrid)+ &
197           wwn(ixp,jyp,indzh,indexh,ngrid)*wwn(ixp,jyp,indzh,indexh,ngrid)
198    end do
199
200
201  !**********************************
202  ! 2.) Linear vertical interpolation
203  !**********************************
204
205    uh(m)=dz2*u1(1)+dz1*u1(2)
206    vh(m)=dz2*v1(1)+dz1*v1(2)
207    wh(m)=dz2*w1(1)+dz1*w1(2)
208  end do
209
210
211  !************************************
212  ! 3.) Temporal interpolation (linear)
213  !************************************
214
215  u=(uh(1)*dt2+uh(2)*dt1)*dtt
216  v=(vh(1)*dt2+vh(2)*dt1)*dtt
217  w=(wh(1)*dt2+wh(2)*dt1)*dtt
218
219
220  ! Compute standard deviations
221  !****************************
222
223  xaux=usq-usl*usl/16.
224  if (xaux.lt.eps) then
225    usig=0.
226  else
227    usig=sqrt(xaux/15.)
228  endif
229
230  xaux=vsq-vsl*vsl/16.
231  if (xaux.lt.eps) then
232    vsig=0.
233  else
234    vsig=sqrt(xaux/15.)
235  endif
236
237
238  xaux=wsq-wsl*wsl/16.
239  if (xaux.lt.eps) then
240    wsig=0.
241  else
242    wsig=sqrt(xaux/15.)
243  endif
244
245end subroutine interpol_wind_nests
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