source: trunk/LMDZ.GENERIC/utilities/aerosols_utilities/optpropgen.f90 @ 3537

Last change on this file since 3537 was 3240, checked in by mturbet, 10 months ago

add optpropgen aerosol optical property code in the svn

File size: 14.4 KB
Line 
1!     -------------------------------------------------------------
2!     MIE CODE designed for the LMD/GCM
3!     This code generates the look-up tables used by to GCM to
4!     compute the cloud scattering parameters in each grid box.
5!     
6!     Mie code: Bohren and Huffman (1983), modified by B.T.Draine
7!     Interface and integration: F. Montmessin
8!     Implementation into the LMD/GCM: J.-B. Madeleine 08W38
9!     -------------------------------------------------------------
10
11PROGRAM optpropgen
12    use bhmie, only: bh_mie, s_size
13    use math, only: pi
14
15    IMPLICIT NONE
16
17    !     -------------------------------------------------------------
18    !     PARAMETERS USED BY THE MIE CODE BEFORE CONVOLUTION          |
19    !     param_mie                                                   |
20    !     -------------------------------------------------------------
21    character(len=*), parameter :: &
22        optpropgen_version = '1.0.1'
23
24    integer, parameter :: n_args = 2, n_opt_args = 2, file_name_size = 255
25    character(len=file_name_size) :: file_in, file_out
26    character(len=file_name_size), dimension(n_args) :: args
27    character(len=file_name_size), dimension(n_opt_args) :: opt_args
28    doubleprecision :: &
29        rmin, &     ! Min. and max radius of the
30        rmax        ! interval in METERS
31
32    INTEGER nsize, nsun ! Number of integration subintervals
33    !   Useful when activice is true.
34    !     Parameters for water ice:
35    PARAMETER (nsize = 10000, nsun = 207) ! 127 VIS 81 IR
36
37    !     -------------------------------------------------------------
38
39    doubleprecision  QextMono(nsize, nsun), &
40            QscatMono(nsize, nsun), gMono(nsize, nsun)
41    doubleprecision  CextMono(nsize, nsun), CscatMono(nsize, nsun)
42    DOUBLE PRECISION radiustab(nsize)
43
44    !     VARIABLES USED BY THE BHMIE CODE
45
46    doubleprecision  x(nsun)
47    doubleprecision  ni(nsun)
48    doubleprecision  nr(nsun)
49    doubleprecision  xf
50    COMPLEX(kind=8) refrel
51    INTEGER NANG
52    COMPLEX(kind=8)  S1(s_size), S2(s_size)
53
54    doubleprecision  QBACK
55
56    !     VARIABLES USED FOR THE OUTPUT FILES
57   
58    CHARACTER(LEN = 5) radius_id
59
60    !     -------------------------------------------------------------
61    !     PARAMETERS USED BY THE CONVOLUTION                          |
62    !     param_conv                                                  |
63    !     -------------------------------------------------------------
64    INTEGER nreff
65    PARAMETER (nreff = 30)
66    !     -------------------------------------------------------------
67    doubleprecision reff(nreff), nueff
68    doubleprecision logvratreff
69    DOUBLE PRECISION vratreff
70    doubleprecision r_g, sigma_g
71    DOUBLE PRECISION dfi
72    DOUBLE PRECISION dfi_tmp(nsize + 1)
73    doubleprecision radiusint(nsize + 1)
74    doubleprecision  Qext_tmp(nsun), omeg_tmp(nsun), g_tmp(nsun), pirr_tmp(nsun)
75    doubleprecision  Qscat_tmp(nsun)
76    doubleprecision  Cext_tmp(nsun), Cscat_tmp(nsun)
77
78    doubleprecision :: Qextint(nsun, nreff)
79    doubleprecision :: Qscatint(nsun, nreff)
80    doubleprecision :: omegint(nsun, nreff)
81    doubleprecision :: gint(nsun, nreff)
82
83    !     Local variables
84
85    doubleprecision  Qext_mono(nsun, nsize), &
86            Omeg_mono(nsun, nsize), &
87            g_mono(nsun, nsize)
88    DOUBLE PRECISION :: vrat
89
90    INTEGER i, j, l
91
92    call get_optpropgen_command_arguments(args, opt_args)
93
94    write(*, '("Optpropgen ", A, /, "____", /)') optpropgen_version
95
96    call main()
97
98    contains
99        subroutine get_optpropgen_command_arguments(args, opt_args)
100            ! """
101            ! Retrieve the txt2h5 arguments that were passed on the command line when it was invoked.
102            ! :param args: array storing the arguments
103            ! """
104            implicit none
105
106            character(len=file_name_size), dimension(:), intent(inout) :: args, opt_args
107
108            character(len=file_name_size) :: arg
109            integer :: i, j, n_args, n_opt_args
110
111            j = 0
112            n_args = size(args)
113            n_opt_args = size(opt_args)
114
115            args(:) = ''
116            opt_args(:) = ''
117
118            do i = 1, command_argument_count()
119                call get_command_argument(i, arg)
120
121                if(trim(arg) == '-v' .or. trim(arg) == '--version') then
122                    write(*, '("Optropgen ", A)') optpropgen_version
123
124                    stop
125                elseif(trim(arg) == '-h' .or. trim(arg) == '--help') then
126                    call print_help()
127
128                    stop
129                else
130                    j = j + 1
131                end if
132
133                if (len_trim(arg) == 0) then
134                    if (j < n_args) then
135                        write(*, '("Error: txt2h5 takes ", I0, " arguments but ", I0, " were given")') &
136                            n_args, j
137                        stop
138                    end if
139
140                    exit
141                end if
142
143                if(j > n_args) then
144                    opt_args(j - n_args) = trim(arg)
145
146                    if (j > n_args + n_opt_args) then
147                        write(*, '("Error: txt2h5 takes ", I0, " arguments but ", I0, " were given")') &
148                            n_args + n_opt_args, j
149
150                        stop
151                    end if
152                else if (j > 0) then
153                    args(j) = trim(arg)
154                end if
155            end do
156        end subroutine get_optpropgen_command_arguments
157
158        subroutine main
159            ! Initialization
160            file_in = trim(args(1))
161            file_out = trim(args(2))
162
163            if(opt_args(1) /= '') then
164                read(opt_args(1), *) rmin
165            else
166                rmin = 1d-7
167            end if
168
169            if(opt_args(2) /= '') then
170                read(opt_args(2), *) rmax
171            else
172                rmax = 1d-4
173            end if
174
175            ! Main
176            radiustab(1) = rmin
177            radiustab(nsize) = rmax
178
179            vrat = log(rmax / rmin) / dble(nsize - 1) * 3d0
180            vrat = exp(vrat)
181
182            do i = 2, nsize - 1
183                radiustab(i) = radiustab(i - 1) * vrat**(1. / 3.)
184            enddo
185
186            write(*, '("Calculating for ", I0," particle radii between ", ES7.1, " and ", ES7.1, " m...")') &
187                nsize, radiustab(1), radiustab(nsize)
188
189            !     Number of angles between 0 and 90 degrees
190            NANG = 10
191
192            !     -------------------------------------------------------------
193            !     OPTICAL INDICES: FILENAME                                   |
194            !     param_file                                                  |
195            !     -------------------------------------------------------------
196            write(*, '("Reading relative refractive indices in file ''", A,"''")') &
197                trim(file_in)
198
199            OPEN(1, file=trim(file_in))
200
201            !     -------------------------------------------------------------
202            do l = 1, nsun
203                !      do l = nsun, 1,-1  ! for Fe & Mg2SiO4
204                read(1, *) x(l), nr(l), ni(l)
205            enddo
206            close(1)
207
208            write(*, '("Running BHMie...")')
209            DO i = 1, nsize
210                do l = 1, nsun
211                    refrel = cmplx(nr(l), ni(l), kind=8)
212                    xf = 2d0 * pi * radiustab(i) / x(l)
213                    call bh_mie(xf, refrel, NANG, S1, S2, &
214                                QextMono(i, l), QscatMono(i, l), QBACK, gMono(i, l))
215                    CextMono(i, l) = QextMono(i, l) * pi * radiustab(i) * radiustab(i)
216                    CscatMono(i, l) = QscatMono(i, l) * pi * radiustab(i) * radiustab(i)
217                    Qext_mono(l, i) = QextMono(i, l)
218                    Omeg_mono(l, i) = QscatMono(i, l) / QextMono(i, l)
219                    g_mono(l, i) = gMono(i, l)
220                enddo
221            ENDDO
222
223            !     -------------------------------------------------------------
224            !     PARAMETERS USED BY THE CONVOLUTION                          |
225            !     param_conv                                                  |
226            !     -------------------------------------------------------------
227            nueff = 0.3 ! Effective variance of the log-normal distr. !!
228            reff(1) = rmin   ! Minimum effective radius
229
230            IF (nreff > 1) THEN
231                reff(nreff) = rmax ! Maximum effective radius
232                !     -------------------------------------------------------------
233                logvratreff = log(reff(nreff) / reff(1)) / float(nreff - 1) * 3.
234                vratreff = exp(logvratreff)
235                do i = 2, nreff - 1
236                    reff(i) = reff(i - 1) * vratreff**(1. / 3.)
237                enddo
238            ENDIF
239
240            !     Integration radius and effective variance
241
242            radiusint(1) = 1.e-9
243            DO i = 2, nsize
244                radiusint(i) = ((2. * vrat) / (vrat + 1.))**(1. / 3.) * &
245                        radiustab(i - 1)
246            ENDDO
247            radiusint(nsize + 1) = 1.e-2
248
249            !     Integration
250            write(*, '("Integrating...")')
251            DO j = 1, nreff
252                sigma_g = log(1. + nueff) ! r_g and sigma_g are defined in
253                r_g = exp(2.5 * sigma_g)  ! [hansen_1974], "Light scattering in
254                sigma_g = sqrt(sigma_g) ! planetary atmospheres",
255                r_g = reff(j) / r_g     ! Space Science Reviews 16 527-610.
256
257                Qext_tmp(:) = 0.
258                Qscat_tmp(:) = 0.
259                omeg_tmp(:) = 0.
260                g_tmp(:) = 0.
261                pirr_tmp(:) = 0.
262                Cext_tmp(:) = 0.
263                Cscat_tmp(:) = 0.
264
265                dfi_tmp(:) = log(radiusint(:) / r_g) / sqrt(2.) / sigma_g
266                DO i = 1, nsize
267                    dfi = 0.5 * (erf(dfi_tmp(i + 1)) - erf(dfi_tmp(i)))
268
269                    DO l = 1, nsun
270                        Cext_tmp(l) = Cext_tmp(l) + CextMono(i, l) * dfi
271                        Cscat_tmp(l) = Cscat_tmp(l) + &
272                                CscatMono(i, l) * dfi
273                        Qext_tmp(l) = Qext_tmp(l) + &
274                                QextMono(i, l) * pi * radiustab(i) * radiustab(i) * dfi
275                        Qscat_tmp(l) = Qscat_tmp(l) + &
276                                QscatMono(i, l) * pi * radiustab(i) * radiustab(i) * dfi
277                        g_tmp(l) = g_tmp(l) + &
278                                gMono(i, l) * pi * radiustab(i) * radiustab(i) * &
279                                        QscatMono(i, l) * dfi
280                        pirr_tmp(l) = pirr_tmp(l) + &
281                                pi * radiustab(i) * radiustab(i) * dfi
282                    ENDDO
283                ENDDO
284
285                DO l = 1, nsun
286                    Qextint(l, j) = Qext_tmp(l) / pirr_tmp(l)
287                    Qscatint(l, j) = Qscat_tmp(l) / pirr_tmp(l)
288                    omegint(l, j) = Qscat_tmp(l) / Qext_tmp(l)
289                    gint(l, j) = g_tmp(l) / Qscatint(l, j) / pirr_tmp(l)
290                ENDDO
291
292            ENDDO
293
294            !     Writing the LMD/GCM output file
295            !     -------------------------------
296
297            !     -------------------------------------------------------------
298            !     OUTPUT: FILENAME                                            |
299            !     param_output                                                |
300            !     -------------------------------------------------------------
301            write(*, '("Writting optical constants in file ''", A,"''")') &
302                trim(file_out)
303            OPEN(FILE=trim(file_out), UNIT = 60, &
304                    FORM = 'formatted', STATUS = 'replace')
305            !     -------------------------------------------------------------
306
307            WRITE(UNIT = 60, FMT = '(a31)') '# Number of wavelengths (nwvl):'
308            WRITE(UNIT = 60, FMT = '(i4)') nsun
309
310            WRITE(UNIT = 60, FMT = '(a27)') '# Number of radius (nsize):'
311            WRITE(UNIT = 60, FMT = '(i5)') nreff
312
313            WRITE(UNIT = 60, FMT = '(a24)') '# Wavelength axis (wvl):'
314            WRITE(UNIT = 60, FMT = '(5(1x,e12.6))') x
315
316            WRITE(UNIT = 60, FMT = '(a30)') '# Particle size axis (radius):'
317            WRITE(UNIT = 60, FMT = '(5(1x,e12.6))') reff
318
319            WRITE(UNIT = 60, FMT = '(a29)') '# Extinction coef. Qext (ep):'
320            DO j = 1, nreff
321                WRITE(UNIT = radius_id, FMT = '(I5)') j
322                WRITE(UNIT = 60, FMT = '(a21)') '# Radius number ' // radius_id
323                WRITE(UNIT = 60, FMT = '(5(1x,e12.6))') Qextint(:, j)
324            ENDDO
325
326            WRITE(UNIT = 60, FMT = '(a28)') '# Single Scat Albedo (omeg):'
327            DO j = 1, nreff
328                WRITE(UNIT = radius_id, FMT = '(I5)') j
329                WRITE(UNIT = 60, FMT = '(a21)') '# Radius number ' // radius_id
330                WRITE(UNIT = 60, FMT = '(5(1x,e12.6))') omegint(:, j)
331            ENDDO
332
333            WRITE(UNIT = 60, FMT = '(a29)') '# Asymmetry Factor (gfactor):'
334            DO j = 1, nreff
335                WRITE(UNIT = radius_id, FMT = '(I5)') j
336                WRITE(UNIT = 60, FMT = '(a21)') '# Radius number ' // radius_id
337                WRITE(UNIT = 60, FMT = '(5(1x,e12.6))') gint(:, j)
338            ENDDO
339
340            CLOSE(60)
341            !     -------------------------------------------------------------
342            write(*, '("Done")')
343        end subroutine main
344
345        subroutine print_help()
346            implicit none
347
348            character(len=*), parameter :: help_str = &
349                "Usage: ./optpropgen.exe [options] path/to/refractive_index_file.dat path/to/output_file.ocst.txt &
350                    &[min_radius max_radius]"&
351                    //new_line('')//"&
352                &Example: ./optpropgen.exe ../data/refractive_indices/optind_ice.dat &
353                    &../data/refractive_indices/optind_ice.dat 1e-7 1e-4"//new_line('')//"&
354                &Options: "//new_line('')//"&
355                &  --help         Display this information."//new_line('')//"&
356                &  --version      Display software version information."//new_line('')//"&
357                &"//new_line('')//"&
358                &Refractive index ASCII (.dat) files must have 3 columns in the format:"//new_line('')//"&
359                &wavelength(m) real_ref_rel imaginary_ref_rel"//new_line('')//"&
360                &Where ref_rel is the complex refractive index of a sphere over the real index of the medium&
361                    &"//new_line('')//"&
362                &Gitlab of the software:"//new_line('')//"&
363                &<https://gitlab.obspm.fr/dblain/exorem>"
364
365            write(*, '(A)') help_str
366        end subroutine print_help
367END
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.