src/FDM/JSBSim/models/atmosphere/FGMSIS.cpp

   1 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
   2
   3  Module:       FGMSIS.cpp
   4  Author:       David Culp
   5                (incorporated into C++ JSBSim class heirarchy, see model authors below)
   6  Date started: 12/14/03
   7  Purpose:      Models the MSIS-00 atmosphere
   8
   9  ------------- Copyright (C) 2003  David P. Culp (davidculp2@comcast.net) ------
  10
  11  This program is free software; you can redistribute it and/or modify it under
  12  the terms of the GNU Lesser General Public License as published by the Free Software
  13  Foundation; either version 2 of the License, or (at your option) any later
  14  version.
  15
  16  This program is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT
  17  ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS
  18  FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU Lesser General Public License for more
  19  details.
  20
  21  You should have received a copy of the GNU Lesser General Public License along with
  22  this program; if not, write to the Free Software Foundation, Inc., 59 Temple
  23  Place - Suite 330, Boston, MA  02111-1307, USA.
  24
  25  Further information about the GNU Lesser General Public License can also be found on
  26  the world wide web at http://www.gnu.org.
  27
  28 FUNCTIONAL DESCRIPTION
  29 --------------------------------------------------------------------------------
  30 Models the MSIS-00 atmosphere. Provides temperature and density to FGAtmosphere,
  31 given day-of-year, time-of-day, altitude, latitude, longitude and local time.
  32
  33 HISTORY
  34 --------------------------------------------------------------------------------
  35 12/14/03   DPC   Created
  36 01/11/04   DPC   Derived from FGAtmosphere
  37
  38  --------------------------------------------------------------------
  39  ---------  N R L M S I S E - 0 0    M O D E L    2 0 0 1  ----------
  40  --------------------------------------------------------------------
  41
  42  This file is part of the NRLMSISE-00  C source code package - release
  43  20020503
  44
  45  The NRLMSISE-00 model was developed by Mike Picone, Alan Hedin, and
  46  Doug Drob. They also wrote a NRLMSISE-00 distribution package in
  47  FORTRAN which is available at
  48  http://uap-www.nrl.navy.mil/models_web/msis/msis_home.htm
  49
  50  Dominik Brodowski implemented and maintains this C version. You can
  51  reach him at devel@brodo.de. See the file "DOCUMENTATION" for details,
  52  and check http://www.brodo.de/english/pub/nrlmsise/index.html for
  53  updated releases of this package.
  54 */
  55
  56 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
  57 INCLUDES
  58 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
  59
  60 #include "FGMSIS.h"
  61 #include "models/FGAuxiliary.h"
  62 #include <cmath>          /* maths functions */
  63 #include <iostream>        // for cout, endl
  64
  65 using namespace std;
  66
  67 namespace JSBSim {
  68
  69 static const char *IdSrc = "$Id: FGMSIS.cpp,v 1.14 2010/11/18 12:38:06 jberndt Exp $";
  70 static const char *IdHdr = ID_MSIS;
  71
  72 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
  73 EXTERNAL GLOBAL DATA
  74 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
  75
  76   /* POWER7 */
  77   extern double pt[150];
  78   extern double pd[9][150];
  79   extern double ps[150];
  80   extern double pdl[2][25];
  81   extern double ptl[4][100];
  82   extern double pma[10][100];
  83   extern double sam[100];
  84
  85   /* LOWER7 */
  86   extern double ptm[10];
  87   extern double pdm[8][10];
  88   extern double pavgm[10];
  89
  90 /*%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
  91 CLASS IMPLEMENTATION
  92 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%*/
  93
  94
  95 MSIS::MSIS(FGFDMExec* fdmex) : FGAtmosphere(fdmex)
  96 {
  97   Name = "MSIS";
  98   bind();
  99   Debug(0);
 100 }
 101
 102 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 103
 104 MSIS::~MSIS()
 105 {
 106   Debug(1);
 107 }
 108
 109 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 110
 111 bool MSIS::InitModel(void)
 112 {
 113   FGModel::InitModel();
 114
 115   unsigned int i;
 116
 117   flags.switches[0] = 0;
 118   for (i=1;i<24;i++) flags.switches[i] = 1;
 119
 120   for (i=0;i<7;i++) aph.a[i] = 100.0;
 121
 122   // set some common magnetic flux values
 123   input.f107A = 150.0;
 124   input.f107 = 150.0;
 125   input.ap = 4.0;
 126
 127   SLtemperature = intTemperature = 518.0;
 128   SLpressure    = intPressure = 2116.7;
 129   SLdensity     = intDensity = 0.002378;
 130   SLsoundspeed  = sqrt(2403.0832 * SLtemperature);
 131   rSLtemperature = 1.0/intTemperature;
 132   rSLpressure    = 1.0/intPressure;
 133   rSLdensity     = 1.0/intDensity;
 134   rSLsoundspeed  = 1.0/SLsoundspeed;
 135   temperature = &intTemperature;
 136   pressure = &intPressure;
 137   density = &intDensity;
 138
 139   UseInternal();
 140
 141   return true;
 142 }
 143
 144 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 145
 146 bool MSIS::Run(void)
 147 {
 148   if (FGModel::Run()) return true;
 149   if (FDMExec->Holding()) return false;
 150
 151   RunPreFunctions();
 152
 153   //do temp, pressure, and density first
 154   if (!useExternal) {
 155     // get sea-level values
 156     Calculate(FDMExec->GetAuxiliary()->GetDayOfYear(),
 157               FDMExec->GetAuxiliary()->GetSecondsInDay(),
 158               0.0,
 159               FDMExec->GetPropagate()->GetLocation().GetLatitudeDeg(),
 160               FDMExec->GetPropagate()->GetLocation().GetLongitudeDeg());
 161     SLtemperature = output.t[1] * 1.8;
 162     SLdensity     = output.d[5] * 1.940321;
 163     SLpressure    = 1716.488 * SLdensity * SLtemperature;
 164     SLsoundspeed  = sqrt(2403.0832 * SLtemperature);
 165     rSLtemperature = 1.0/SLtemperature;
 166     rSLpressure    = 1.0/SLpressure;
 167     rSLdensity     = 1.0/SLdensity;
 168     rSLsoundspeed  = 1.0/SLsoundspeed;
 169
 170     // get at-altitude values
 171     Calculate(FDMExec->GetAuxiliary()->GetDayOfYear(),
 172               FDMExec->GetAuxiliary()->GetSecondsInDay(),
 173               FDMExec->GetPropagate()->GetAltitudeASL(),
 174               FDMExec->GetPropagate()->GetLocation().GetLatitudeDeg(),
 175               FDMExec->GetPropagate()->GetLocation().GetLongitudeDeg());
 176     intTemperature = output.t[1] * 1.8;
 177     intDensity     = output.d[5] * 1.940321;
 178     intPressure    = 1716.488 * intDensity * intTemperature;
 179     //cout << "T=" << intTemperature << " D=" << intDensity << " P=";
 180     //cout << intPressure << " a=" << soundspeed << endl;
 181   }
 182
 183   CalculateDerived();
 184
 185   RunPostFunctions();
 186
 187   Debug(2);
 188
 189   return false;
 190 }
 191
 192 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 193
 194 void MSIS::Calculate(int day, double sec, double alt, double lat, double lon)
 195 {
 196   input.year = 2000;
 197   input.doy = day;
 198   input.sec = sec;
 199   input.alt = alt / 3281;  //feet to kilometers
 200   input.g_lat = lat;
 201   input.g_long = lon;
 202
 203   input.lst = (sec/3600) + (lon/15);
 204   if (input.lst > 24.0) input.lst -= 24.0;
 205   if (input.lst < 0.0) input.lst = 24 - input.lst;
 206
 207   gtd7d(&input, &flags, &output);
 208 }
 209
 210 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 211
 212
 213 void MSIS::UseExternal(void){
 214   // do nothing, external control not allowed
 215 }
 216
 217
 218 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 219
 220
 221 void MSIS::tselec(struct nrlmsise_flags *flags)
 222 {
 223   int i;
 224   for (i=0;i<24;i++) {
 225     if (i!=9) {
 226       if (flags->switches[i]==1)
 227         flags->sw[i]=1;
 228       else
 229         flags->sw[i]=0;
 230       if (flags->switches[i]>0)
 231         flags->swc[i]=1;
 232       else
 233         flags->swc[i]=0;
 234     } else {
 235       flags->sw[i]=flags->switches[i];
 236       flags->swc[i]=flags->switches[i];
 237     }
 238   }
 239 }
 240
 241
 242 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 243
 244 void MSIS::glatf(double lat, double *gv, double *reff)
 245 {
 246   double dgtr = 1.74533E-2;
 247   double c2;
 248   c2 = cos(2.0*dgtr*lat);
 249   *gv = 980.616 * (1.0 - 0.0026373 * c2);
 250   *reff = 2.0 * (*gv) / (3.085462E-6 + 2.27E-9 * c2) * 1.0E-5;
 251 }
 252
 253 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 254
 255 double MSIS::ccor(double alt, double r, double h1, double zh)
 256 {
 257 /*        CHEMISTRY/DISSOCIATION CORRECTION FOR MSIS MODELS
 258  *         ALT - altitude
 259  *         R - target ratio
 260  *         H1 - transition scale length
 261  *         ZH - altitude of 1/2 R
 262  */
 263   double e;
 264   double ex;
 265   e = (alt - zh) / h1;
 266   if (e>70)
 267     return exp(0.0);
 268   if (e<-70)
 269     return exp(r);
 270   ex = exp(e);
 271   e = r / (1.0 + ex);
 272   return exp(e);
 273 }
 274
 275 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 276
 277 double MSIS::ccor2(double alt, double r, double h1, double zh, double h2)
 278 {
 279 /*        CHEMISTRY/DISSOCIATION CORRECTION FOR MSIS MODELS
 280  *         ALT - altitude
 281  *         R - target ratio
 282  *         H1 - transition scale length
 283  *         ZH - altitude of 1/2 R
 284  *         H2 - transition scale length #2 ?
 285  */
 286   double e1, e2;
 287   double ex1, ex2;
 288   double ccor2v;
 289   e1 = (alt - zh) / h1;
 290   e2 = (alt - zh) / h2;
 291   if ((e1 > 70) || (e2 > 70))
 292     return exp(0.0);
 293   if ((e1 < -70) && (e2 < -70))
 294     return exp(r);
 295   ex1 = exp(e1);
 296   ex2 = exp(e2);
 297   ccor2v = r / (1.0 + 0.5 * (ex1 + ex2));
 298   return exp(ccor2v);
 299 }
 300
 301 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 302
 303 double MSIS::scalh(double alt, double xm, double temp)
 304 {
 305   double g;
 306   double rgas=831.4;
 307   g = gsurf / (pow((1.0 + alt/re),2.0));
 308   g = rgas * temp / (g * xm);
 309   return g;
 310 }
 311
 312 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 313
 314 double MSIS::dnet (double dd, double dm, double zhm, double xmm, double xm)
 315 {
 316 /*       TURBOPAUSE CORRECTION FOR MSIS MODELS
 317  *        Root mean density
 318  *         DD - diffusive density
 319  *         DM - full mixed density
 320  *         ZHM - transition scale length
 321  *         XMM - full mixed molecular weight
 322  *         XM  - species molecular weight
 323  *         DNET - combined density
 324  */
 325   double a;
 326   double ylog;
 327   a  = zhm / (xmm-xm);
 328   if (!((dm>0) && (dd>0))) {
 329     cerr << "dnet log error " << dm << ' ' << dd << ' ' << xm << ' ' << endl;
 330     if ((dd==0) && (dm==0))
 331       dd=1;
 332     if (dm==0)
 333       return dd;
 334     if (dd==0)
 335       return dm;
 336   }
 337   ylog = a * log(dm/dd);
 338   if (ylog<-10)
 339     return dd;
 340   if (ylog>10)
 341     return dm;
 342   a = dd*pow((1.0 + exp(ylog)),(1.0/a));
 343   return a;
 344 }
 345
 346 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 347
 348 void MSIS::splini (double *xa, double *ya, double *y2a, int n, double x, double *y)
 349 {
 350 /*      INTEGRATE CUBIC SPLINE FUNCTION FROM XA(1) TO X
 351  *       XA,YA: ARRAYS OF TABULATED FUNCTION IN ASCENDING ORDER BY X
 352  *       Y2A: ARRAY OF SECOND DERIVATIVES
 353  *       N: SIZE OF ARRAYS XA,YA,Y2A
 354  *       X: ABSCISSA ENDPOINT FOR INTEGRATION
 355  *       Y: OUTPUT VALUE
 356  */
 357   double yi=0;
 358   int klo=0;
 359   int khi=1;
 360   double xx, h, a, b, a2, b2;
 361   while ((x>xa[klo]) && (khi<n)) {
 362     xx=x;
 363     if (khi<(n-1)) {
 364       if (x<xa[khi])
 365         xx=x;
 366       else
 367         xx=xa[khi];
 368     }
 369     h = xa[khi] - xa[klo];
 370     a = (xa[khi] - xx)/h;
 371     b = (xx - xa[klo])/h;
 372     a2 = a*a;
 373     b2 = b*b;
 374     yi += ((1.0 - a2) * ya[klo] / 2.0 + b2 * ya[khi] / 2.0 + ((-(1.0+a2*a2)/4.0 + a2/2.0) * y2a[klo] + (b2*b2/4.0 - b2/2.0) * y2a[khi]) * h * h / 6.0) * h;
 375     klo++;
 376     khi++;
 377   }
 378   *y = yi;
 379 }
 380
 381 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 382
 383 void MSIS::splint (double *xa, double *ya, double *y2a, int n, double x, double *y)
 384 {
 385 /*      CALCULATE CUBIC SPLINE INTERP VALUE
 386  *       ADAPTED FROM NUMERICAL RECIPES BY PRESS ET AL.
 387  *       XA,YA: ARRAYS OF TABULATED FUNCTION IN ASCENDING ORDER BY X
 388  *       Y2A: ARRAY OF SECOND DERIVATIVES
 389  *       N: SIZE OF ARRAYS XA,YA,Y2A
 390  *       X: ABSCISSA FOR INTERPOLATION
 391  *       Y: OUTPUT VALUE
 392  */
 393   int klo=0;
 394   int khi=n-1;
 395   int k;
 396   double h;
 397   double a, b, yi;
 398   while ((khi-klo)>1) {
 399     k=(khi+klo)/2;
 400     if (xa[k]>x)
 401       khi=k;
 402     else
 403       klo=k;
 404   }
 405   h = xa[khi] - xa[klo];
 406   if (h==0.0)
 407     cerr << "bad XA input to splint" << endl;
 408   a = (xa[khi] - x)/h;
 409   b = (x - xa[klo])/h;
 410   yi = a * ya[klo] + b * ya[khi] + ((a*a*a - a) * y2a[klo] + (b*b*b - b) * y2a[khi]) * h * h/6.0;
 411   *y = yi;
 412 }
 413
 414 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 415
 416 void MSIS::spline (double *x, double *y, int n, double yp1, double ypn, double *y2)
 417 {
 418 /*       CALCULATE 2ND DERIVATIVES OF CUBIC SPLINE INTERP FUNCTION
 419  *       ADAPTED FROM NUMERICAL RECIPES BY PRESS ET AL
 420  *       X,Y: ARRAYS OF TABULATED FUNCTION IN ASCENDING ORDER BY X
 421  *       N: SIZE OF ARRAYS X,Y
 422  *       YP1,YPN: SPECIFIED DERIVATIVES AT X[0] AND X[N-1]; VALUES
 423  *                >= 1E30 SIGNAL SIGNAL SECOND DERIVATIVE ZERO
 424  *       Y2: OUTPUT ARRAY OF SECOND DERIVATIVES
 425  */
 426   double *u;
 427   double sig, p, qn, un;
 428   int i, k;
 429   u=new double[n];
 430   if (u==NULL) {
 431     cerr << "Out Of Memory in spline - ERROR" << endl;
 432     return;
 433   }
 434   if (yp1>0.99E30) {
 435     y2[0]=0;
 436     u[0]=0;
 437   } else {
 438     y2[0]=-0.5;
 439     u[0]=(3.0/(x[1]-x[0]))*((y[1]-y[0])/(x[1]-x[0])-yp1);
 440   }
 441   for (i=1;i<(n-1);i++) {
 442     sig = (x[i]-x[i-1])/(x[i+1] - x[i-1]);
 443     p = sig * y2[i-1] + 2.0;
 444     y2[i] = (sig - 1.0) / p;
 445     u[i] = (6.0 * ((y[i+1] - y[i])/(x[i+1] - x[i]) -(y[i] - y[i-1]) / (x[i] - x[i-1]))/(x[i+1] - x[i-1]) - sig * u[i-1])/p;
 446   }
 447   if (ypn>0.99E30) {
 448     qn = 0;
 449     un = 0;
 450   } else {
 451     qn = 0.5;
 452     un = (3.0 / (x[n-1] - x[n-2])) * (ypn - (y[n-1] - y[n-2])/(x[n-1] - x[n-2]));
 453   }
 454   y2[n-1] = (un - qn * u[n-2]) / (qn * y2[n-2] + 1.0);
 455   for (k=n-2;k>=0;k--)
 456     y2[k] = y2[k] * y2[k+1] + u[k];
 457
 458   delete u;
 459 }
 460
 461 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 462
 463 double MSIS::zeta(double zz, double zl)
 464 {
 465   return ((zz-zl)*(re+zl)/(re+zz));
 466 }
 467
 468 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 469
 470 double MSIS::densm(double alt, double d0, double xm, double *tz, int mn3,
 471                      double *zn3, double *tn3, double *tgn3, int mn2, double *zn2,
 472                      double *tn2, double *tgn2)
 473 {
 474 /*      Calculate Temperature and Density Profiles for lower atmos.  */
 475   double xs[10], ys[10], y2out[10];
 476   double rgas = 831.4;
 477   double z, z1, z2, t1, t2, zg, zgdif;
 478   double yd1, yd2;
 479   double x, y, yi;
 480   double expl, gamm, glb;
 481   double densm_tmp;
 482   int mn;
 483   int k;
 484   densm_tmp=d0;
 485   if (alt>zn2[0]) {
 486     if (xm==0.0)
 487       return *tz;
 488     else
 489       return d0;
 490   }
 491
 492   /* STRATOSPHERE/MESOSPHERE TEMPERATURE */
 493   if (alt>zn2[mn2-1])
 494     z=alt;
 495   else
 496     z=zn2[mn2-1];
 497   mn=mn2;
 498   z1=zn2[0];
 499   z2=zn2[mn-1];
 500   t1=tn2[0];
 501   t2=tn2[mn-1];
 502   zg = zeta(z, z1);
 503   zgdif = zeta(z2, z1);
 504
 505   /* set up spline nodes */
 506   for (k=0;k<mn;k++) {
 507     xs[k]=zeta(zn2[k],z1)/zgdif;
 508     ys[k]=1.0 / tn2[k];
 509   }
 510   yd1=-tgn2[0] / (t1*t1) * zgdif;
 511   yd2=-tgn2[1] / (t2*t2) * zgdif * (pow(((re+z2)/(re+z1)),2.0));
 512
 513   /* calculate spline coefficients */
 514   spline (xs, ys, mn, yd1, yd2, y2out);
 515   x = zg/zgdif;
 516   splint (xs, ys, y2out, mn, x, &y);
 517
 518   /* temperature at altitude */
 519   *tz = 1.0 / y;
 520   if (xm!=0.0) {
 521     /* calaculate stratosphere / mesospehere density */
 522     glb = gsurf / (pow((1.0 + z1/re),2.0));
 523     gamm = xm * glb * zgdif / rgas;
 524
 525     /* Integrate temperature profile */
 526     splini(xs, ys, y2out, mn, x, &yi);
 527     expl=gamm*yi;
 528     if (expl>50.0)
 529       expl=50.0;
 530
 531     /* Density at altitude */
 532     densm_tmp = densm_tmp * (t1 / *tz) * exp(-expl);
 533   }
 534
 535   if (alt>zn3[0]) {
 536     if (xm==0.0)
 537       return *tz;
 538     else
 539       return densm_tmp;
 540   }
 541
 542   /* troposhere / stratosphere temperature */
 543   z = alt;
 544   mn = mn3;
 545   z1=zn3[0];
 546   z2=zn3[mn-1];
 547   t1=tn3[0];
 548   t2=tn3[mn-1];
 549   zg=zeta(z,z1);
 550   zgdif=zeta(z2,z1);
 551
 552   /* set up spline nodes */
 553   for (k=0;k<mn;k++) {
 554     xs[k] = zeta(zn3[k],z1) / zgdif;
 555     ys[k] = 1.0 / tn3[k];
 556   }
 557   yd1=-tgn3[0] / (t1*t1) * zgdif;
 558   yd2=-tgn3[1] / (t2*t2) * zgdif * (pow(((re+z2)/(re+z1)),2.0));
 559
 560   /* calculate spline coefficients */
 561   spline (xs, ys, mn, yd1, yd2, y2out);
 562   x = zg/zgdif;
 563   splint (xs, ys, y2out, mn, x, &y);
 564
 565   /* temperature at altitude */
 566   *tz = 1.0 / y;
 567   if (xm!=0.0) {
 568     /* calaculate tropospheric / stratosphere density */
 569     glb = gsurf / (pow((1.0 + z1/re),2.0));
 570     gamm = xm * glb * zgdif / rgas;
 571
 572     /* Integrate temperature profile */
 573     splini(xs, ys, y2out, mn, x, &yi);
 574     expl=gamm*yi;
 575     if (expl>50.0)
 576       expl=50.0;
 577
 578     /* Density at altitude */
 579     densm_tmp = densm_tmp * (t1 / *tz) * exp(-expl);
 580   }
 581   if (xm==0.0)
 582     return *tz;
 583   else
 584     return densm_tmp;
 585 }
 586
 587 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 588
 589 double MSIS::densu(double alt, double dlb, double tinf, double tlb, double xm,
 590                      double alpha, double *tz, double zlb, double s2, int mn1,
 591                      double *zn1, double *tn1, double *tgn1)
 592 {
 593 /*      Calculate Temperature and Density Profiles for MSIS models
 594  *      New lower thermo polynomial
 595  */
 596   double yd2, yd1, x=0.0, y=0.0;
 597   double rgas=831.4;
 598   double densu_temp=1.0;
 599   double za, z, zg2, tt, ta=0.0;
 600   double dta, z1=0.0, z2, t1=0.0, t2, zg, zgdif=0.0;
 601   int mn=0;
 602   int k;
 603   double glb;
 604   double expl;
 605   double yi;
 606   double densa;
 607   double gamma, gamm;
 608   double xs[5], ys[5], y2out[5];
 609   /* joining altitudes of Bates and spline */
 610   za=zn1[0];
 611   if (alt>za)
 612     z=alt;
 613   else
 614     z=za;
 615
 616   /* geopotential altitude difference from ZLB */
 617   zg2 = zeta(z, zlb);
 618
 619   /* Bates temperature */
 620   tt = tinf - (tinf - tlb) * exp(-s2*zg2);
 621   ta = tt;
 622   *tz = tt;
 623   densu_temp = *tz;
 624
 625   if (alt<za) {
 626     /* calculate temperature below ZA
 627      * temperature gradient at ZA from Bates profile */
 628     dta = (tinf - ta) * s2 * pow(((re+zlb)/(re+za)),2.0);
 629     tgn1[0]=dta;
 630     tn1[0]=ta;
 631     if (alt>zn1[mn1-1])
 632       z=alt;
 633     else
 634       z=zn1[mn1-1];
 635     mn=mn1;
 636     z1=zn1[0];
 637     z2=zn1[mn-1];
 638     t1=tn1[0];
 639     t2=tn1[mn-1];
 640     /* geopotental difference from z1 */
 641     zg = zeta (z, z1);
 642     zgdif = zeta(z2, z1);
 643     /* set up spline nodes */
 644     for (k=0;k<mn;k++) {
 645       xs[k] = zeta(zn1[k], z1) / zgdif;
 646       ys[k] = 1.0 / tn1[k];
 647     }
 648     /* end node derivatives */
 649     yd1 = -tgn1[0] / (t1*t1) * zgdif;
 650     yd2 = -tgn1[1] / (t2*t2) * zgdif * pow(((re+z2)/(re+z1)),2.0);
 651     /* calculate spline coefficients */
 652     spline (xs, ys, mn, yd1, yd2, y2out);
 653     x = zg / zgdif;
 654     splint (xs, ys, y2out, mn, x, &y);
 655     /* temperature at altitude */
 656     *tz = 1.0 / y;
 657     densu_temp = *tz;
 658   }
 659   if (xm==0)
 660     return densu_temp;
 661
 662   /* calculate density above za */
 663   glb = gsurf / pow((1.0 + zlb/re),2.0);
 664   gamma = xm * glb / (s2 * rgas * tinf);
 665   expl = exp(-s2 * gamma * zg2);
 666   if (expl>50.0)
 667       expl=50.0;
 668   if (tt<=0)
 669     expl=50.0;
 670
 671   /* density at altitude */
 672   densa = dlb * pow((tlb/tt),((1.0+alpha+gamma))) * expl;
 673   densu_temp=densa;
 674   if (alt>=za)
 675     return densu_temp;
 676
 677   /* calculate density below za */
 678   glb = gsurf / pow((1.0 + z1/re),2.0);
 679   gamm = xm * glb * zgdif / rgas;
 680
 681   /* integrate spline temperatures */
 682   splini (xs, ys, y2out, mn, x, &yi);
 683   expl = gamm * yi;
 684   if (expl>50.0)
 685     expl=50.0;
 686   if (*tz<=0)
 687     expl=50.0;
 688
 689   /* density at altitude */
 690   densu_temp = densu_temp * pow ((t1 / *tz),(1.0 + alpha)) * exp(-expl);
 691   return densu_temp;
 692 }
 693
 694 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 695
 696 /*    3hr Magnetic activity functions */
 697 /*    Eq. A24d */
 698 double MSIS::g0(double a, double *p)
 699 {
 700   return (a - 4.0 + (p[25] - 1.0) * (a - 4.0 + (exp(-sqrt(p[24]*p[24]) *
 701                 (a - 4.0)) - 1.0) / sqrt(p[24]*p[24])));
 702 }
 703
 704 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 705
 706 /*    Eq. A24c */
 707 double MSIS::sumex(double ex)
 708 {
 709   return (1.0 + (1.0 - pow(ex,19.0)) / (1.0 - ex) * pow(ex,0.5));
 710 }
 711
 712 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 713
 714 /*    Eq. A24a */
 715 double MSIS::sg0(double ex, double *p, double *ap)
 716 {
 717   return (g0(ap[1],p) + (g0(ap[2],p)*ex + g0(ap[3],p)*ex*ex +
 718                 g0(ap[4],p)*pow(ex,3.0)  + (g0(ap[5],p)*pow(ex,4.0) +
 719                 g0(ap[6],p)*pow(ex,12.0))*(1.0-pow(ex,8.0))/(1.0-ex)))/sumex(ex);
 720 }
 721
 722 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 723
 724 double MSIS::globe7(double *p, struct nrlmsise_input *input,
 725                       struct nrlmsise_flags *flags)
 726 {
 727 /*       CALCULATE G(L) FUNCTION
 728  *       Upper Thermosphere Parameters */
 729   double t[15];
 730   int i,j;
 731   int sw9=1;
 732   double apd;
 733   double xlong;
 734   double tloc;
 735   double c, s, c2, c4, s2;
 736   double sr = 7.2722E-5;
 737   double dgtr = 1.74533E-2;
 738   double dr = 1.72142E-2;
 739   double hr = 0.2618;
 740   double cd32, cd18, cd14, cd39;
 741   double p32, p18, p14, p39;
 742   double df, dfa;
 743   double f1, f2;
 744   double tinf;
 745   struct ap_array *ap;
 746
 747   tloc=input->lst;
 748   for (j=0;j<14;j++)
 749     t[j]=0;
 750   if (flags->sw[9]>0)
 751     sw9=1;
 752   else if (flags->sw[9]<0)
 753     sw9=-1;
 754   xlong = input->g_long;
 755
 756   /* calculate legendre polynomials */
 757   c = sin(input->g_lat * dgtr);
 758   s = cos(input->g_lat * dgtr);
 759   c2 = c*c;
 760   c4 = c2*c2;
 761   s2 = s*s;
 762
 763   plg[0][1] = c;
 764   plg[0][2] = 0.5*(3.0*c2 -1.0);
 765   plg[0][3] = 0.5*(5.0*c*c2-3.0*c);
 766   plg[0][4] = (35.0*c4 - 30.0*c2 + 3.0)/8.0;
 767   plg[0][5] = (63.0*c2*c2*c - 70.0*c2*c + 15.0*c)/8.0;
 768   plg[0][6] = (11.0*c*plg[0][5] - 5.0*plg[0][4])/6.0;
 769 /*      plg[0][7] = (13.0*c*plg[0][6] - 6.0*plg[0][5])/7.0; */
 770   plg[1][1] = s;
 771   plg[1][2] = 3.0*c*s;
 772   plg[1][3] = 1.5*(5.0*c2-1.0)*s;
 773   plg[1][4] = 2.5*(7.0*c2*c-3.0*c)*s;
 774   plg[1][5] = 1.875*(21.0*c4 - 14.0*c2 +1.0)*s;
 775   plg[1][6] = (11.0*c*plg[1][5]-6.0*plg[1][4])/5.0;
 776 /*      plg[1][7] = (13.0*c*plg[1][6]-7.0*plg[1][5])/6.0; */
 777 /*      plg[1][8] = (15.0*c*plg[1][7]-8.0*plg[1][6])/7.0; */
 778   plg[2][2] = 3.0*s2;
 779   plg[2][3] = 15.0*s2*c;
 780   plg[2][4] = 7.5*(7.0*c2 -1.0)*s2;
 781   plg[2][5] = 3.0*c*plg[2][4]-2.0*plg[2][3];
 782   plg[2][6] =(11.0*c*plg[2][5]-7.0*plg[2][4])/4.0;
 783   plg[2][7] =(13.0*c*plg[2][6]-8.0*plg[2][5])/5.0;
 784   plg[3][3] = 15.0*s2*s;
 785   plg[3][4] = 105.0*s2*s*c;
 786   plg[3][5] =(9.0*c*plg[3][4]-7.*plg[3][3])/2.0;
 787   plg[3][6] =(11.0*c*plg[3][5]-8.*plg[3][4])/3.0;
 788
 789   if (!(((flags->sw[7]==0)&&(flags->sw[8]==0))&&(flags->sw[14]==0))) {
 790     stloc = sin(hr*tloc);
 791     ctloc = cos(hr*tloc);
 792     s2tloc = sin(2.0*hr*tloc);
 793     c2tloc = cos(2.0*hr*tloc);
 794     s3tloc = sin(3.0*hr*tloc);
 795     c3tloc = cos(3.0*hr*tloc);
 796   }
 797
 798   cd32 = cos(dr*(input->doy-p[31]));
 799   cd18 = cos(2.0*dr*(input->doy-p[17]));
 800   cd14 = cos(dr*(input->doy-p[13]));
 801   cd39 = cos(2.0*dr*(input->doy-p[38]));
 802   p32=p[31];
 803   p18=p[17];
 804   p14=p[13];
 805   p39=p[38];
 806
 807   /* F10.7 EFFECT */
 808   df = input->f107 - input->f107A;
 809   dfa = input->f107A - 150.0;
 810   t[0] =  p[19]*df*(1.0+p[59]*dfa) + p[20]*df*df + p[21]*dfa + p[29]*pow(dfa,2.0);
 811   f1 = 1.0 + (p[47]*dfa +p[19]*df+p[20]*df*df)*flags->swc[1];
 812   f2 = 1.0 + (p[49]*dfa+p[19]*df+p[20]*df*df)*flags->swc[1];
 813
 814   /*  TIME INDEPENDENT */
 815   t[1] = (p[1]*plg[0][2]+ p[2]*plg[0][4]+p[22]*plg[0][6]) +
 816         (p[14]*plg[0][2])*dfa*flags->swc[1] +p[26]*plg[0][1];
 817
 818   /*  SYMMETRICAL ANNUAL */
 819   t[2] = p[18]*cd32;
 820
 821   /*  SYMMETRICAL SEMIANNUAL */
 822   t[3] = (p[15]+p[16]*plg[0][2])*cd18;
 823
 824   /*  ASYMMETRICAL ANNUAL */
 825   t[4] =  f1*(p[9]*plg[0][1]+p[10]*plg[0][3])*cd14;
 826
 827   /*  ASYMMETRICAL SEMIANNUAL */
 828   t[5] =    p[37]*plg[0][1]*cd39;
 829
 830         /* DIURNAL */
 831   if (flags->sw[7]) {
 832     double t71, t72;
 833     t71 = (p[11]*plg[1][2])*cd14*flags->swc[5];
 834     t72 = (p[12]*plg[1][2])*cd14*flags->swc[5];
 835     t[6] = f2*((p[3]*plg[1][1] + p[4]*plg[1][3] + p[27]*plg[1][5] + t71) * \
 836          ctloc + (p[6]*plg[1][1] + p[7]*plg[1][3] + p[28]*plg[1][5] \
 837             + t72)*stloc);
 838 }
 839
 840   /* SEMIDIURNAL */
 841   if (flags->sw[8]) {
 842     double t81, t82;
 843     t81 = (p[23]*plg[2][3]+p[35]*plg[2][5])*cd14*flags->swc[5];
 844     t82 = (p[33]*plg[2][3]+p[36]*plg[2][5])*cd14*flags->swc[5];
 845     t[7] = f2*((p[5]*plg[2][2]+ p[41]*plg[2][4] + t81)*c2tloc +(p[8]*plg[2][2] + p[42]*plg[2][4] + t82)*s2tloc);
 846   }
 847
 848   /* TERDIURNAL */
 849   if (flags->sw[14]) {
 850     t[13] = f2 * ((p[39]*plg[3][3]+(p[93]*plg[3][4]+p[46]*plg[3][6])*cd14*flags->swc[5])* s3tloc +(p[40]*plg[3][3]+(p[94]*plg[3][4]+p[48]*plg[3][6])*cd14*flags->swc[5])* c3tloc);
 851 }
 852
 853   /* magnetic activity based on daily ap */
 854   if (flags->sw[9]==-1) {
 855     ap = input->ap_a;
 856     if (p[51]!=0) {
 857       double exp1;
 858       exp1 = exp(-10800.0*sqrt(p[51]*p[51])/(1.0+p[138]*(45.0-sqrt(input->g_lat*input->g_lat))));
 859       if (exp1>0.99999)
 860         exp1=0.99999;
 861       if (p[24]<1.0E-4)
 862         p[24]=1.0E-4;
 863       apt[0]=sg0(exp1,p,ap->a);
 864       /* apt[1]=sg2(exp1,p,ap->a);
 865          apt[2]=sg0(exp2,p,ap->a);
 866          apt[3]=sg2(exp2,p,ap->a);
 867       */
 868       if (flags->sw[9]) {
 869         t[8] = apt[0]*(p[50]+p[96]*plg[0][2]+p[54]*plg[0][4]+ \
 870      (p[125]*plg[0][1]+p[126]*plg[0][3]+p[127]*plg[0][5])*cd14*flags->swc[5]+ \
 871      (p[128]*plg[1][1]+p[129]*plg[1][3]+p[130]*plg[1][5])*flags->swc[7]* \
 872                  cos(hr*(tloc-p[131])));
 873       }
 874     }
 875   } else {
 876     double p44, p45;
 877     apd=input->ap-4.0;
 878     p44=p[43];
 879     p45=p[44];
 880     if (p44<0)
 881       p44 = 1.0E-5;
 882     apdf = apd + (p45-1.0)*(apd + (exp(-p44 * apd) - 1.0)/p44);
 883     if (flags->sw[9]) {
 884       t[8]=apdf*(p[32]+p[45]*plg[0][2]+p[34]*plg[0][4]+ \
 885      (p[100]*plg[0][1]+p[101]*plg[0][3]+p[102]*plg[0][5])*cd14*flags->swc[5]+
 886      (p[121]*plg[1][1]+p[122]*plg[1][3]+p[123]*plg[1][5])*flags->swc[7]*
 887             cos(hr*(tloc-p[124])));
 888     }
 889   }
 890
 891   if ((flags->sw[10])&&(input->g_long>-1000.0)) {
 892
 893     /* longitudinal */
 894     if (flags->sw[11]) {
 895       t[10] = (1.0 + p[80]*dfa*flags->swc[1])* \
 896      ((p[64]*plg[1][2]+p[65]*plg[1][4]+p[66]*plg[1][6]\
 897       +p[103]*plg[1][1]+p[104]*plg[1][3]+p[105]*plg[1][5]\
 898       +flags->swc[5]*(p[109]*plg[1][1]+p[110]*plg[1][3]+p[111]*plg[1][5])*cd14)* \
 899           cos(dgtr*input->g_long) \
 900       +(p[90]*plg[1][2]+p[91]*plg[1][4]+p[92]*plg[1][6]\
 901       +p[106]*plg[1][1]+p[107]*plg[1][3]+p[108]*plg[1][5]\
 902       +flags->swc[5]*(p[112]*plg[1][1]+p[113]*plg[1][3]+p[114]*plg[1][5])*cd14)* \
 903       sin(dgtr*input->g_long));
 904     }
 905
 906     /* ut and mixed ut, longitude */
 907     if (flags->sw[12]){
 908       t[11]=(1.0+p[95]*plg[0][1])*(1.0+p[81]*dfa*flags->swc[1])*\
 909         (1.0+p[119]*plg[0][1]*flags->swc[5]*cd14)*\
 910         ((p[68]*plg[0][1]+p[69]*plg[0][3]+p[70]*plg[0][5])*\
 911         cos(sr*(input->sec-p[71])));
 912       t[11]+=flags->swc[11]*\
 913         (p[76]*plg[2][3]+p[77]*plg[2][5]+p[78]*plg[2][7])*\
 914         cos(sr*(input->sec-p[79])+2.0*dgtr*input->g_long)*(1.0+p[137]*dfa*flags->swc[1]);
 915     }
 916
 917     /* ut, longitude magnetic activity */
 918     if (flags->sw[13]) {
 919       if (flags->sw[9]==-1) {
 920         if (p[51]) {
 921           t[12]=apt[0]*flags->swc[11]*(1.+p[132]*plg[0][1])*\
 922             ((p[52]*plg[1][2]+p[98]*plg[1][4]+p[67]*plg[1][6])*\
 923              cos(dgtr*(input->g_long-p[97])))\
 924             +apt[0]*flags->swc[11]*flags->swc[5]*\
 925             (p[133]*plg[1][1]+p[134]*plg[1][3]+p[135]*plg[1][5])*\
 926             cd14*cos(dgtr*(input->g_long-p[136])) \
 927             +apt[0]*flags->swc[12]* \
 928             (p[55]*plg[0][1]+p[56]*plg[0][3]+p[57]*plg[0][5])*\
 929             cos(sr*(input->sec-p[58]));
 930         }
 931       } else {
 932         t[12] = apdf*flags->swc[11]*(1.0+p[120]*plg[0][1])*\
 933           ((p[60]*plg[1][2]+p[61]*plg[1][4]+p[62]*plg[1][6])*\
 934           cos(dgtr*(input->g_long-p[63])))\
 935           +apdf*flags->swc[11]*flags->swc[5]* \
 936           (p[115]*plg[1][1]+p[116]*plg[1][3]+p[117]*plg[1][5])* \
 937           cd14*cos(dgtr*(input->g_long-p[118])) \
 938           + apdf*flags->swc[12]* \
 939           (p[83]*plg[0][1]+p[84]*plg[0][3]+p[85]*plg[0][5])* \
 940           cos(sr*(input->sec-p[75]));
 941       }
 942     }
 943   }
 944
 945   /* parms not used: 82, 89, 99, 139-149 */
 946   tinf = p[30];
 947   for (i=0;i<14;i++)
 948     tinf = tinf + fabs(flags->sw[i+1])*t[i];
 949   return tinf;
 950 }
 951
 952 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 953
 954 double MSIS::glob7s(double *p, struct nrlmsise_input *input,
 955                       struct nrlmsise_flags *flags)
 956 {
 957 /*    VERSION OF GLOBE FOR LOWER ATMOSPHERE 10/26/99
 958  */
 959   double pset=2.0;
 960   double t[14];
 961   double tt;
 962   double cd32, cd18, cd14, cd39;
 963   double p32, p18, p14, p39;
 964   int i,j;
 965   double dr=1.72142E-2;
 966   double dgtr=1.74533E-2;
 967   /* confirm parameter set */
 968   if (p[99]==0)
 969     p[99]=pset;
 970   if (p[99]!=pset) {
 971     cerr << "Wrong parameter set for glob7s" << endl;
 972     return -1;
 973   }
 974   for (j=0;j<14;j++)
 975     t[j]=0.0;
 976   cd32 = cos(dr*(input->doy-p[31]));
 977   cd18 = cos(2.0*dr*(input->doy-p[17]));
 978   cd14 = cos(dr*(input->doy-p[13]));
 979   cd39 = cos(2.0*dr*(input->doy-p[38]));
 980   p32=p[31];
 981   p18=p[17];
 982   p14=p[13];
 983   p39=p[38];
 984
 985   /* F10.7 */
 986   t[0] = p[21]*dfa;
 987
 988   /* time independent */
 989   t[1]=p[1]*plg[0][2] + p[2]*plg[0][4] + p[22]*plg[0][6] + p[26]*plg[0][1] + p[14]*plg[0][3] + p[59]*plg[0][5];
 990
 991         /* SYMMETRICAL ANNUAL */
 992   t[2]=(p[18]+p[47]*plg[0][2]+p[29]*plg[0][4])*cd32;
 993
 994         /* SYMMETRICAL SEMIANNUAL */
 995   t[3]=(p[15]+p[16]*plg[0][2]+p[30]*plg[0][4])*cd18;
 996
 997         /* ASYMMETRICAL ANNUAL */
 998   t[4]=(p[9]*plg[0][1]+p[10]*plg[0][3]+p[20]*plg[0][5])*cd14;
 999
1000   /* ASYMMETRICAL SEMIANNUAL */
1001   t[5]=(p[37]*plg[0][1])*cd39;
1002
1003         /* DIURNAL */
1004   if (flags->sw[7]) {
1005     double t71, t72;
1006     t71 = p[11]*plg[1][2]*cd14*flags->swc[5];
1007     t72 = p[12]*plg[1][2]*cd14*flags->swc[5];
1008     t[6] = ((p[3]*plg[1][1] + p[4]*plg[1][3] + t71) * ctloc + (p[6]*plg[1][1] + p[7]*plg[1][3] + t72) * stloc) ;
1009   }
1010
1011   /* SEMIDIURNAL */
1012   if (flags->sw[8]) {
1013     double t81, t82;
1014     t81 = (p[23]*plg[2][3]+p[35]*plg[2][5])*cd14*flags->swc[5];
1015     t82 = (p[33]*plg[2][3]+p[36]*plg[2][5])*cd14*flags->swc[5];
1016     t[7] = ((p[5]*plg[2][2] + p[41]*plg[2][4] + t81) * c2tloc + (p[8]*plg[2][2] + p[42]*plg[2][4] + t82) * s2tloc);
1017   }
1018
1019   /* TERDIURNAL */
1020   if (flags->sw[14]) {
1021     t[13] = p[39] * plg[3][3] * s3tloc + p[40] * plg[3][3] * c3tloc;
1022   }
1023
1024   /* MAGNETIC ACTIVITY */
1025   if (flags->sw[9]) {
1026     if (flags->sw[9]==1)
1027       t[8] = apdf * (p[32] + p[45] * plg[0][2] * flags->swc[2]);
1028     if (flags->sw[9]==-1)
1029       t[8]=(p[50]*apt[0] + p[96]*plg[0][2] * apt[0]*flags->swc[2]);
1030   }
1031
1032   /* LONGITUDINAL */
1033   if (!((flags->sw[10]==0) || (flags->sw[11]==0) || (input->g_long<=-1000.0))) {
1034     t[10] = (1.0 + plg[0][1]*(p[80]*flags->swc[5]*cos(dr*(input->doy-p[81]))\
1035             +p[85]*flags->swc[6]*cos(2.0*dr*(input->doy-p[86])))\
1036       +p[83]*flags->swc[3]*cos(dr*(input->doy-p[84]))\
1037       +p[87]*flags->swc[4]*cos(2.0*dr*(input->doy-p[88])))\
1038       *((p[64]*plg[1][2]+p[65]*plg[1][4]+p[66]*plg[1][6]\
1039       +p[74]*plg[1][1]+p[75]*plg[1][3]+p[76]*plg[1][5]\
1040       )*cos(dgtr*input->g_long)\
1041       +(p[90]*plg[1][2]+p[91]*plg[1][4]+p[92]*plg[1][6]\
1042       +p[77]*plg[1][1]+p[78]*plg[1][3]+p[79]*plg[1][5]\
1043       )*sin(dgtr*input->g_long));
1044   }
1045   tt=0;
1046   for (i=0;i<14;i++)
1047     tt+=fabs(flags->sw[i+1])*t[i];
1048   return tt;
1049 }
1050
1051 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
1052
1053 void MSIS::gtd7(struct nrlmsise_input *input, struct nrlmsise_flags *flags,
1054                   struct nrlmsise_output *output)
1055 {
1056   double xlat;
1057   double xmm;
1058   int mn3 = 5;
1059   double zn3[5]={32.5,20.0,15.0,10.0,0.0};
1060   int mn2 = 4;
1061   double zn2[4]={72.5,55.0,45.0,32.5};
1062   double altt;
1063   double zmix=62.5;
1064   double tmp;
1065   double dm28m;
1066   double tz;
1067   double dmc;
1068   double dmr;
1069   double dz28;
1070   struct nrlmsise_output soutput;
1071   int i;
1072
1073   tselec(flags);
1074
1075   /* Latitude variation of gravity (none for sw[2]=0) */
1076   xlat=input->g_lat;
1077   if (flags->sw[2]==0)
1078     xlat=45.0;
1079   glatf(xlat, &gsurf, &re);
1080
1081   xmm = pdm[2][4];
1082
1083   /* THERMOSPHERE / MESOSPHERE (above zn2[0]) */
1084   if (input->alt>zn2[0])
1085     altt=input->alt;
1086   else
1087     altt=zn2[0];
1088
1089   tmp=input->alt;
1090   input->alt=altt;
1091   gts7(input, flags, &soutput);
1092   altt=input->alt;
1093   input->alt=tmp;
1094   if (flags->sw[0])   /* metric adjustment */
1095     dm28m=dm28*1.0E6;
1096   else
1097     dm28m=dm28;
1098   output->t[0]=soutput.t[0];
1099   output->t[1]=soutput.t[1];
1100   if (input->alt>=zn2[0]) {
1101     for (i=0;i<9;i++)
1102       output->d[i]=soutput.d[i];
1103     return;
1104   }
1105
1106 /*       LOWER MESOSPHERE/UPPER STRATOSPHERE (between zn3[0] and zn2[0])
1107  *         Temperature at nodes and gradients at end nodes
1108  *         Inverse temperature a linear function of spherical harmonics
1109  */
1110   meso_tgn2[0]=meso_tgn1[1];
1111   meso_tn2[0]=meso_tn1[4];
1112         meso_tn2[1]=pma[0][0]*pavgm[0]/(1.0-flags->sw[20]*glob7s(pma[0], input, flags));
1113         meso_tn2[2]=pma[1][0]*pavgm[1]/(1.0-flags->sw[20]*glob7s(pma[1], input, flags));
1114         meso_tn2[3]=pma[2][0]*pavgm[2]/(1.0-flags->sw[20]*flags->sw[22]*glob7s(pma[2], input, flags));
1115   meso_tgn2[1]=pavgm[8]*pma[9][0]*(1.0+flags->sw[20]*flags->sw[22]*glob7s(pma[9], input, flags))*meso_tn2[3]*meso_tn2[3]/(pow((pma[2][0]*pavgm[2]),2.0));
1116   meso_tn3[0]=meso_tn2[3];
1117
1118   if (input->alt<zn3[0]) {
1119 /*       LOWER STRATOSPHERE AND TROPOSPHERE (below zn3[0])
1120  *         Temperature at nodes and gradients at end nodes
1121  *         Inverse temperature a linear function of spherical harmonics
1122  */
1123     meso_tgn3[0]=meso_tgn2[1];
1124     meso_tn3[1]=pma[3][0]*pavgm[3]/(1.0-flags->sw[22]*glob7s(pma[3], input, flags));
1125     meso_tn3[2]=pma[4][0]*pavgm[4]/(1.0-flags->sw[22]*glob7s(pma[4], input, flags));
1126     meso_tn3[3]=pma[5][0]*pavgm[5]/(1.0-flags->sw[22]*glob7s(pma[5], input, flags));
1127     meso_tn3[4]=pma[6][0]*pavgm[6]/(1.0-flags->sw[22]*glob7s(pma[6], input, flags));
1128     meso_tgn3[1]=pma[7][0]*pavgm[7]*(1.0+flags->sw[22]*glob7s(pma[7], input, flags)) *meso_tn3[4]*meso_tn3[4]/(pow((pma[6][0]*pavgm[6]),2.0));
1129   }
1130
1131         /* LINEAR TRANSITION TO FULL MIXING BELOW zn2[0] */
1132
1133   dmc=0;
1134   if (input->alt>zmix)
1135     dmc = 1.0 - (zn2[0]-input->alt)/(zn2[0] - zmix);
1136   dz28=soutput.d[2];
1137
1138   /**** N2 density ****/
1139   dmr=soutput.d[2] / dm28m - 1.0;
1140   output->d[2]=densm(input->alt,dm28m,xmm, &tz, mn3, zn3, meso_tn3, meso_tgn3, mn2, zn2, meso_tn2, meso_tgn2);
1141   output->d[2]=output->d[2] * (1.0 + dmr*dmc);
1142
1143   /**** HE density ****/
1144   dmr = soutput.d[0] / (dz28 * pdm[0][1]) - 1.0;
1145   output->d[0] = output->d[2] * pdm[0][1] * (1.0 + dmr*dmc);
1146
1147   /**** O density ****/
1148   output->d[1] = 0;
1149   output->d[8] = 0;
1150
1151   /**** O2 density ****/
1152   dmr = soutput.d[3] / (dz28 * pdm[3][1]) - 1.0;
1153   output->d[3] = output->d[2] * pdm[3][1] * (1.0 + dmr*dmc);
1154
1155   /**** AR density ***/
1156   dmr = soutput.d[4] / (dz28 * pdm[4][1]) - 1.0;
1157   output->d[4] = output->d[2] * pdm[4][1] * (1.0 + dmr*dmc);
1158
1159   /**** Hydrogen density ****/
1160   output->d[6] = 0;
1161
1162   /**** Atomic nitrogen density ****/
1163   output->d[7] = 0;
1164
1165   /**** Total mass density */
1166   output->d[5] = 1.66E-24 * (4.0 * output->d[0] + 16.0 * output->d[1] +
1167                      28.0 * output->d[2] + 32.0 * output->d[3] + 40.0 * output->d[4]
1168                      + output->d[6] + 14.0 * output->d[7]);
1169
1170   if (flags->sw[0])
1171     output->d[5]=output->d[5]/1000;
1172
1173   /**** temperature at altitude ****/
1174   dd = densm(input->alt, 1.0, 0, &tz, mn3, zn3, meso_tn3, meso_tgn3,
1175                    mn2, zn2, meso_tn2, meso_tgn2);
1176   output->t[1]=tz;
1177
1178 }
1179
1180 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
1181
1182 void MSIS::gtd7d(struct nrlmsise_input *input, struct nrlmsise_flags *flags,
1183                    struct nrlmsise_output *output)
1184 {
1185   gtd7(input, flags, output);
1186   output->d[5] = 1.66E-24 * (4.0 * output->d[0] + 16.0 * output->d[1] +
1187                    28.0 * output->d[2] + 32.0 * output->d[3] + 40.0 * output->d[4]
1188                    + output->d[6] + 14.0 * output->d[7] + 16.0 * output->d[8]);
1189 }
1190
1191 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
1192
1193 void MSIS::ghp7(struct nrlmsise_input *input, struct nrlmsise_flags *flags,
1194                   struct nrlmsise_output *output, double press)
1195 {
1196   double bm = 1.3806E-19;
1197   double rgas = 831.4;
1198   double test = 0.00043;
1199   double ltest = 12;
1200   double pl, p;
1201   double zi = 0.0;
1202   double z;
1203   double cl, cl2;
1204   double ca, cd;
1205   double xn, xm, diff;
1206   double g, sh;
1207   int l;
1208   pl = log10(press);
1209   if (pl >= -5.0) {
1210     if (pl>2.5)
1211       zi = 18.06 * (3.00 - pl);
1212     else if ((pl>0.075) && (pl<=2.5))
1213       zi = 14.98 * (3.08 - pl);
1214     else if ((pl>-1) && (pl<=0.075))
1215       zi = 17.80 * (2.72 - pl);
1216     else if ((pl>-2) && (pl<=-1))
1217       zi = 14.28 * (3.64 - pl);
1218     else if ((pl>-4) && (pl<=-2))
1219       zi = 12.72 * (4.32 -pl);
1220     else if (pl<=-4)
1221       zi = 25.3 * (0.11 - pl);
1222     cl = input->g_lat/90.0;
1223     cl2 = cl*cl;
1224     if (input->doy<182)
1225       cd = (1.0 - (double) input->doy) / 91.25;
1226     else
1227       cd = ((double) input->doy) / 91.25 - 3.0;
1228     ca = 0;
1229     if ((pl > -1.11) && (pl<=-0.23))
1230       ca = 1.0;
1231     if (pl > -0.23)
1232       ca = (2.79 - pl) / (2.79 + 0.23);
1233     if ((pl <= -1.11) && (pl>-3))
1234       ca = (-2.93 - pl)/(-2.93 + 1.11);
1235     z = zi - 4.87 * cl * cd * ca - 1.64 * cl2 * ca + 0.31 * ca * cl;
1236   } else
1237     z = 22.0 * pow((pl + 4.0),2.0) + 110.0;
1238
1239   /* iteration  loop */
1240   l = 0;
1241   do {
1242     l++;
1243     input->alt = z;
1244     gtd7(input, flags, output);
1245     z = input->alt;
1246     xn = output->d[0] + output->d[1] + output->d[2] + output->d[3] + output->d[4] + output->d[6] + output->d[7];
1247     p = bm * xn * output->t[1];
1248     if (flags->sw[0])
1249       p = p*1.0E-6;
1250     diff = pl - log10(p);
1251     if (sqrt(diff*diff)<test)
1252       return;
1253     if (l==ltest) {
1254       cerr << "ERROR: ghp7 not converging for press " << press << ", diff " << diff << endl;
1255       return;
1256     }
1257     xm = output->d[5] / xn / 1.66E-24;
1258     if (flags->sw[0])
1259       xm = xm * 1.0E3;
1260     g = gsurf / (pow((1.0 + z/re),2.0));
1261     sh = rgas * output->t[1] / (xm * g);
1262
1263     /* new altitude estimate using scale height */
1264     if (l <  6)
1265       z = z - sh * diff * 2.302;
1266     else
1267       z = z - sh * diff;
1268   } while (1==1);
1269 }
1270
1271 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
1272
1273 void MSIS::gts7(struct nrlmsise_input *input, struct nrlmsise_flags *flags,
1274                   struct nrlmsise_output *output)
1275 {
1276 /*     Thermospheric portion of NRLMSISE-00
1277  *     See GTD7 for more extensive comments
1278  *     alt > 72.5 km!
1279  */
1280   double za;
1281   int i, j;
1282   double ddum, z;
1283   double zn1[5] = {120.0, 110.0, 100.0, 90.0, 72.5};
1284   double tinf;
1285   int mn1 = 5;
1286   double g0;
1287   double tlb;
1288   double s, z0, t0, tr12;
1289   double db01, db04, db14, db16, db28, db32, db40, db48;
1290   double zh28, zh04, zh16, zh32, zh40, zh01, zh14;
1291   double zhm28, zhm04, zhm16, zhm32, zhm40, zhm01, zhm14;
1292   double xmd;
1293   double b28, b04, b16, b32, b40, b01, b14;
1294   double tz;
1295   double g28, g4, g16, g32, g40, g1, g14;
1296   double zhf, xmm;
1297   double zc04, zc16, zc32, zc40, zc01, zc14;
1298   double hc04, hc16, hc32, hc40, hc01, hc14;
1299   double hcc16, hcc32, hcc01, hcc14;
1300   double zcc16, zcc32, zcc01, zcc14;
1301   double rc16, rc32, rc01, rc14;
1302   double rl;
1303   double g16h, db16h, tho, zsht, zmho, zsho;
1304   double dgtr=1.74533E-2;
1305   double dr=1.72142E-2;
1306   double alpha[9]={-0.38, 0.0, 0.0, 0.0, 0.17, 0.0, -0.38, 0.0, 0.0};
1307   double altl[8]={200.0, 300.0, 160.0, 250.0, 240.0, 450.0, 320.0, 450.0};
1308   double dd;
1309   double hc216, hcc232;
1310   za = pdl[1][15];
1311   zn1[0] = za;
1312   for (j=0;j<9;j++)
1313     output->d[j]=0;
1314
1315   /* TINF VARIATIONS NOT IMPORTANT BELOW ZA OR ZN1(1) */
1316   if (input->alt>zn1[0])
1317     tinf = ptm[0]*pt[0] * \
1318       (1.0+flags->sw[16]*globe7(pt,input,flags));
1319   else
1320     tinf = ptm[0]*pt[0];
1321   output->t[0]=tinf;
1322
1323   /*  GRADIENT VARIATIONS NOT IMPORTANT BELOW ZN1(5) */
1324   if (input->alt>zn1[4])
1325     g0 = ptm[3]*ps[0] * \
1326       (1.0+flags->sw[19]*globe7(ps,input,flags));
1327   else
1328     g0 = ptm[3]*ps[0];
1329   tlb = ptm[1] * (1.0 + flags->sw[17]*globe7(pd[3],input,flags))*pd[3][0];
1330   s = g0 / (tinf - tlb);
1331
1332 /*      Lower thermosphere temp variations not significant for
1333  *       density above 300 km */
1334   if (input->alt<300.0) {
1335     meso_tn1[1]=ptm[6]*ptl[0][0]/(1.0-flags->sw[18]*glob7s(ptl[0], input, flags));
1336     meso_tn1[2]=ptm[2]*ptl[1][0]/(1.0-flags->sw[18]*glob7s(ptl[1], input, flags));
1337     meso_tn1[3]=ptm[7]*ptl[2][0]/(1.0-flags->sw[18]*glob7s(ptl[2], input, flags));
1338     meso_tn1[4]=ptm[4]*ptl[3][0]/(1.0-flags->sw[18]*flags->sw[20]*glob7s(ptl[3], input, flags));
1339     meso_tgn1[1]=ptm[8]*pma[8][0]*(1.0+flags->sw[18]*flags->sw[20]*glob7s(pma[8], input, flags))*meso_tn1[4]*meso_tn1[4]/(pow((ptm[4]*ptl[3][0]),2.0));
1340   } else {
1341     meso_tn1[1]=ptm[6]*ptl[0][0];
1342     meso_tn1[2]=ptm[2]*ptl[1][0];
1343     meso_tn1[3]=ptm[7]*ptl[2][0];
1344     meso_tn1[4]=ptm[4]*ptl[3][0];
1345     meso_tgn1[1]=ptm[8]*pma[8][0]*meso_tn1[4]*meso_tn1[4]/(pow((ptm[4]*ptl[3][0]),2.0));
1346   }
1347
1348   z0 = zn1[3];
1349   t0 = meso_tn1[3];
1350   tr12 = 1.0;
1351
1352   /* N2 variation factor at Zlb */
1353   g28=flags->sw[21]*globe7(pd[2], input, flags);
1354
1355   /* VARIATION OF TURBOPAUSE HEIGHT */
1356   zhf=pdl[1][24]*(1.0+flags->sw[5]*pdl[0][24]*sin(dgtr*input->g_lat)*cos(dr*(input->doy-pt[13])));
1357   output->t[0]=tinf;
1358   xmm = pdm[2][4];
1359   z = input->alt;
1360
1361
1362         /**** N2 DENSITY ****/
1363
1364   /* Diffusive density at Zlb */
1365   db28 = pdm[2][0]*exp(g28)*pd[2][0];
1366   /* Diffusive density at Alt */
1367   output->d[2]=densu(z,db28,tinf,tlb,28.0,alpha[2],&output->t[1],ptm[5],s,mn1,zn1,meso_tn1,meso_tgn1);
1368   dd=output->d[2];
1369   /* Turbopause */
1370   zh28=pdm[2][2]*zhf;
1371   zhm28=pdm[2][3]*pdl[1][5];
1372   xmd=28.0-xmm;
1373   /* Mixed density at Zlb */
1374   b28=densu(zh28,db28,tinf,tlb,xmd,(alpha[2]-1.0),&tz,ptm[5],s,mn1, zn1,meso_tn1,meso_tgn1);
1375   if ((flags->sw[15])&&(z<=altl[2])) {
1376     /*  Mixed density at Alt */
1377     dm28=densu(z,b28,tinf,tlb,xmm,alpha[2],&tz,ptm[5],s,mn1,zn1,meso_tn1,meso_tgn1);
1378     /*  Net density at Alt */
1379     output->d[2]=dnet(output->d[2],dm28,zhm28,xmm,28.0);
1380   }
1381
1382
1383         /**** HE DENSITY ****/
1384
1385   /*   Density variation factor at Zlb */
1386   g4 = flags->sw[21]*globe7(pd[0], input, flags);
1387   /*  Diffusive density at Zlb */
1388   db04 = pdm[0][0]*exp(g4)*pd[0][0];
1389         /*  Diffusive density at Alt */
1390   output->d[0]=densu(z,db04,tinf,tlb, 4.,alpha[0],&output->t[1],ptm[5],s,mn1,zn1,meso_tn1,meso_tgn1);
1391   dd=output->d[0];
1392   if ((flags->sw[15]) && (z<altl[0])) {
1393     /*  Turbopause */
1394     zh04=pdm[0][2];
1395     /*  Mixed density at Zlb */
1396     b04=densu(zh04,db04,tinf,tlb,4.-xmm,alpha[0]-1.,&output->t[1],ptm[5],s,mn1,zn1,meso_tn1,meso_tgn1);
1397     /*  Mixed density at Alt */
1398     dm04=densu(z,b04,tinf,tlb,xmm,0.,&output->t[1],ptm[5],s,mn1,zn1,meso_tn1,meso_tgn1);
1399     zhm04=zhm28;
1400     /*  Net density at Alt */
1401     output->d[0]=dnet(output->d[0],dm04,zhm04,xmm,4.);
1402     /*  Correction to specified mixing ratio at ground */
1403     rl=log(b28*pdm[0][1]/b04);
1404     zc04=pdm[0][4]*pdl[1][0];
1405     hc04=pdm[0][5]*pdl[1][1];
1406     /*  Net density corrected at Alt */
1407     output->d[0]=output->d[0]*ccor(z,rl,hc04,zc04);
1408   }
1409
1410
1411         /**** O DENSITY ****/
1412
1413   /*  Density variation factor at Zlb */
1414   g16= flags->sw[21]*globe7(pd[1],input,flags);
1415   /*  Diffusive density at Zlb */
1416   db16 =  pdm[1][0]*exp(g16)*pd[1][0];
1417         /*   Diffusive density at Alt */
1418   output->d[1]=densu(z,db16,tinf,tlb, 16.,alpha[1],&output->t[1],ptm[5],s,mn1, zn1,meso_tn1,meso_tgn1);
1419   dd=output->d[1];
1420   if ((flags->sw[15]) && (z<=altl[1])) {
1421     /*   Turbopause */
1422     zh16=pdm[1][2];
1423     /*  Mixed density at Zlb */
1424     b16=densu(zh16,db16,tinf,tlb,16.0-xmm,(alpha[1]-1.0), &output->t[1],ptm[5],s,mn1,zn1,meso_tn1,meso_tgn1);
1425     /*  Mixed density at Alt */
1426     dm16=densu(z,b16,tinf,tlb,xmm,0.,&output->t[1],ptm[5],s,mn1,zn1,meso_tn1,meso_tgn1);
1427     zhm16=zhm28;
1428     /*  Net density at Alt */
1429     output->d[1]=dnet(output->d[1],dm16,zhm16,xmm,16.);
1430     rl=pdm[1][1]*pdl[1][16]*(1.0+flags->sw[1]*pdl[0][23]*(input->f107A-150.0));
1431     hc16=pdm[1][5]*pdl[1][3];
1432     zc16=pdm[1][4]*pdl[1][2];
1433     hc216=pdm[1][5]*pdl[1][4];
1434     output->d[1]=output->d[1]*ccor2(z,rl,hc16,zc16,hc216);
1435     /*   Chemistry correction */
1436     hcc16=pdm[1][7]*pdl[1][13];
1437     zcc16=pdm[1][6]*pdl[1][12];
1438     rc16=pdm[1][3]*pdl[1][14];
1439     /*  Net density corrected at Alt */
1440     output->d[1]=output->d[1]*ccor(z,rc16,hcc16,zcc16);
1441   }
1442
1443
1444         /**** O2 DENSITY ****/
1445
1446         /*   Density variation factor at Zlb */
1447   g32= flags->sw[21]*globe7(pd[4], input, flags);
1448         /*  Diffusive density at Zlb */
1449   db32 = pdm[3][0]*exp(g32)*pd[4][0];
1450         /*   Diffusive density at Alt */
1451   output->d[3]=densu(z,db32,tinf,tlb, 32.,alpha[3],&output->t[1],ptm[5],s,mn1, zn1,meso_tn1,meso_tgn1);
1452   dd=output->d[3];
1453   if (flags->sw[15]) {
1454     if (z<=altl[3]) {
1455       /*   Turbopause */
1456       zh32=pdm[3][2];
1457       /*  Mixed density at Zlb */
1458       b32=densu(zh32,db32,tinf,tlb,32.-xmm,alpha[3]-1., &output->t[1],ptm[5],s,mn1,zn1,meso_tn1,meso_tgn1);
1459       /*  Mixed density at Alt */
1460       dm32=densu(z,b32,tinf,tlb,xmm,0.,&output->t[1],ptm[5],s,mn1,zn1,meso_tn1,meso_tgn1);
1461       zhm32=zhm28;
1462       /*  Net density at Alt */
1463       output->d[3]=dnet(output->d[3],dm32,zhm32,xmm,32.);
1464       /*   Correction to specified mixing ratio at ground */
1465       rl=log(b28*pdm[3][1]/b32);
1466       hc32=pdm[3][5]*pdl[1][7];
1467       zc32=pdm[3][4]*pdl[1][6];
1468       output->d[3]=output->d[3]*ccor(z,rl,hc32,zc32);
1469     }
1470     /*  Correction for general departure from diffusive equilibrium above Zlb */
1471     hcc32=pdm[3][7]*pdl[1][22];
1472     hcc232=pdm[3][7]*pdl[0][22];
1473     zcc32=pdm[3][6]*pdl[1][21];
1474     rc32=pdm[3][3]*pdl[1][23]*(1.+flags->sw[1]*pdl[0][23]*(input->f107A-150.));
1475     /*  Net density corrected at Alt */
1476     output->d[3]=output->d[3]*ccor2(z,rc32,hcc32,zcc32,hcc232);
1477   }
1478
1479
1480         /**** AR DENSITY ****/
1481
1482         /*   Density variation factor at Zlb */
1483   g40= flags->sw[20]*globe7(pd[5],input,flags);
1484         /*  Diffusive density at Zlb */
1485   db40 = pdm[4][0]*exp(g40)*pd[5][0];
1486   /*   Diffusive density at Alt */
1487   output->d[4]=densu(z,db40,tinf,tlb, 40.,alpha[4],&output->t[1],ptm[5],s,mn1,zn1,meso_tn1,meso_tgn1);
1488   dd=output->d[4];
1489   if ((flags->sw[15]) && (z<=altl[4])) {
1490     /*   Turbopause */
1491     zh40=pdm[4][2];
1492     /*  Mixed density at Zlb */
1493     b40=densu(zh40,db40,tinf,tlb,40.-xmm,alpha[4]-1.,&output->t[1],ptm[5],s,mn1,zn1,meso_tn1,meso_tgn1);
1494     /*  Mixed density at Alt */
1495     dm40=densu(z,b40,tinf,tlb,xmm,0.,&output->t[1],ptm[5],s,mn1,zn1,meso_tn1,meso_tgn1);
1496     zhm40=zhm28;
1497     /*  Net density at Alt */
1498     output->d[4]=dnet(output->d[4],dm40,zhm40,xmm,40.);
1499     /*   Correction to specified mixing ratio at ground */
1500     rl=log(b28*pdm[4][1]/b40);
1501     hc40=pdm[4][5]*pdl[1][9];
1502     zc40=pdm[4][4]*pdl[1][8];
1503     /*  Net density corrected at Alt */
1504     output->d[4]=output->d[4]*ccor(z,rl,hc40,zc40);
1505     }
1506
1507
1508         /**** HYDROGEN DENSITY ****/
1509
1510         /*   Density variation factor at Zlb */
1511   g1 = flags->sw[21]*globe7(pd[6], input, flags);
1512         /*  Diffusive density at Zlb */
1513   db01 = pdm[5][0]*exp(g1)*pd[6][0];
1514         /*   Diffusive density at Alt */
1515   output->d[6]=densu(z,db01,tinf,tlb,1.,alpha[6],&output->t[1],ptm[5],s,mn1,zn1,meso_tn1,meso_tgn1);
1516   dd=output->d[6];
1517   if ((flags->sw[15]) && (z<=altl[6])) {
1518     /*   Turbopause */
1519     zh01=pdm[5][2];
1520     /*  Mixed density at Zlb */
1521     b01=densu(zh01,db01,tinf,tlb,1.-xmm,alpha[6]-1., &output->t[1],ptm[5],s,mn1,zn1,meso_tn1,meso_tgn1);
1522     /*  Mixed density at Alt */
1523     dm01=densu(z,b01,tinf,tlb,xmm,0.,&output->t[1],ptm[5],s,mn1,zn1,meso_tn1,meso_tgn1);
1524     zhm01=zhm28;
1525     /*  Net density at Alt */
1526     output->d[6]=dnet(output->d[6],dm01,zhm01,xmm,1.);
1527     /*   Correction to specified mixing ratio at ground */
1528     rl=log(b28*pdm[5][1]*sqrt(pdl[1][17]*pdl[1][17])/b01);
1529     hc01=pdm[5][5]*pdl[1][11];
1530     zc01=pdm[5][4]*pdl[1][10];
1531     output->d[6]=output->d[6]*ccor(z,rl,hc01,zc01);
1532     /*   Chemistry correction */
1533     hcc01=pdm[5][7]*pdl[1][19];
1534     zcc01=pdm[5][6]*pdl[1][18];
1535     rc01=pdm[5][3]*pdl[1][20];
1536     /*  Net density corrected at Alt */
1537     output->d[6]=output->d[6]*ccor(z,rc01,hcc01,zcc01);
1538 }
1539
1540
1541         /**** ATOMIC NITROGEN DENSITY ****/
1542
1543   /*   Density variation factor at Zlb */
1544   g14 = flags->sw[21]*globe7(pd[7],input,flags);
1545         /*  Diffusive density at Zlb */
1546   db14 = pdm[6][0]*exp(g14)*pd[7][0];
1547         /*   Diffusive density at Alt */
1548   output->d[7]=densu(z,db14,tinf,tlb,14.,alpha[7],&output->t[1],ptm[5],s,mn1,zn1,meso_tn1,meso_tgn1);
1549   dd=output->d[7];
1550   if ((flags->sw[15]) && (z<=altl[7])) {
1551     /*   Turbopause */
1552     zh14=pdm[6][2];
1553     /*  Mixed density at Zlb */
1554     b14=densu(zh14,db14,tinf,tlb,14.-xmm,alpha[7]-1., &output->t[1],ptm[5],s,mn1,zn1,meso_tn1,meso_tgn1);
1555     /*  Mixed density at Alt */
1556     dm14=densu(z,b14,tinf,tlb,xmm,0.,&output->t[1],ptm[5],s,mn1,zn1,meso_tn1,meso_tgn1);
1557     zhm14=zhm28;
1558     /*  Net density at Alt */
1559     output->d[7]=dnet(output->d[7],dm14,zhm14,xmm,14.);
1560     /*   Correction to specified mixing ratio at ground */
1561     rl=log(b28*pdm[6][1]*sqrt(pdl[0][2]*pdl[0][2])/b14);
1562     hc14=pdm[6][5]*pdl[0][1];
1563     zc14=pdm[6][4]*pdl[0][0];
1564     output->d[7]=output->d[7]*ccor(z,rl,hc14,zc14);
1565     /*   Chemistry correction */
1566     hcc14=pdm[6][7]*pdl[0][4];
1567     zcc14=pdm[6][6]*pdl[0][3];
1568     rc14=pdm[6][3]*pdl[0][5];
1569     /*  Net density corrected at Alt */
1570     output->d[7]=output->d[7]*ccor(z,rc14,hcc14,zcc14);
1571   }
1572
1573
1574         /**** Anomalous OXYGEN DENSITY ****/
1575
1576   g16h = flags->sw[21]*globe7(pd[8],input,flags);
1577   db16h = pdm[7][0]*exp(g16h)*pd[8][0];
1578   tho = pdm[7][9]*pdl[0][6];
1579   dd=densu(z,db16h,tho,tho,16.,alpha[8],&output->t[1],ptm[5],s,mn1, zn1,meso_tn1,meso_tgn1);
1580   zsht=pdm[7][5];
1581   zmho=pdm[7][4];
1582   zsho=scalh(zmho,16.0,tho);
1583   output->d[8]=dd*exp(-zsht/zsho*(exp(-(z-zmho)/zsht)-1.));
1584
1585
1586   /* total mass density */
1587   output->d[5] = 1.66E-24*(4.0*output->d[0]+16.0*output->d[1]+28.0*output->d[2]+32.0*output->d[3]+40.0*output->d[4]+ output->d[6]+14.0*output->d[7]);
1588   db48=1.66E-24*(4.0*db04+16.0*db16+28.0*db28+32.0*db32+40.0*db40+db01+14.0*db14);
1589
1590
1591
1592   /* temperature */
1593   z = sqrt(input->alt*input->alt);
1594   ddum = densu(z,1.0, tinf, tlb, 0.0, 0.0, &output->t[1], ptm[5], s, mn1, zn1, meso_tn1, meso_tgn1);
1595   if (flags->sw[0]) {
1596     for(i=0;i<9;i++)
1597       output->d[i]=output->d[i]*1.0E6;
1598     output->d[5]=output->d[5]/1000;
1599   }
1600 }
1601
1602
1603 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
1604 //    The bitmasked value choices are as follows:
1605 //    unset: In this case (the default) JSBSim would only print
1606 //       out the normally expected messages, essentially echoing
1607 //       the config files as they are read. If the environment
1608 //       variable is not set, debug_lvl is set to 1 internally
1609 //    0: This requests JSBSim not to output any messages
1610 //       whatsoever.
1611 //    1: This value explicity requests the normal JSBSim
1612 //       startup messages
1613 //    2: This value asks for a message to be printed out when
1614 //       a class is instantiated
1615 //    4: When this value is set, a message is displayed when a
1616 //       FGModel object executes its Run() method
1617 //    8: When this value is set, various runtime state variables
1618 //       are printed out periodically
1619 //    16: When set various parameters are sanity checked and
1620 //       a message is printed out when they go out of bounds
1621
1622 void MSIS::Debug(int from)
1623 {
1624   if (debug_lvl <= 0) return;
1625
1626   if (debug_lvl & 1) { // Standard console startup message output
1627     if (from == 0) { // Constructor
1628     }
1629   }
1630   if (debug_lvl & 2 ) { // Instantiation/Destruction notification
1631     if (from == 0) cout << "Instantiated: MSIS" << endl;
1632     if (from == 1) cout << "Destroyed:    MSIS" << endl;
1633   }
1634   if (debug_lvl & 4 ) { // Run() method entry print for FGModel-derived objects
1635   }
1636   if (debug_lvl & 8 ) { // Runtime state variables
1637   }
1638   if (debug_lvl & 16) { // Sanity checking
1639   }
1640   if (debug_lvl & 32) { // Turbulence
1641     if (first_pass && from == 2) {
1642       cout << "vTurbulenceNED(X), vTurbulenceNED(Y), vTurbulenceNED(Z), "
1643            << "vTurbulenceGrad(X), vTurbulenceGrad(Y), vTurbulenceGrad(Z), "
1644            << "vDirection(X), vDirection(Y), vDirection(Z), "
1645            << "Magnitude, "
1646            << "vTurbPQR(P), vTurbPQR(Q), vTurbPQR(R), " << endl;
1647     }
1648     if (from == 2) {
1649       cout << vTurbulenceNED << ", " << vTurbulenceGrad << ", " << vDirection << ", " << Magnitude << ", " << vTurbPQR << endl;
1650     }
1651   }
1652   if (debug_lvl & 64) {
1653     if (from == 0) { // Constructor
1654       cout << IdSrc << endl;
1655       cout << IdHdr << endl;
1656     }
1657   }
1658 }
1659
1660
1661
1662 } // namespace JSBSim
1663