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 "FGState.h"
  62 #include <math.h>          /* maths functions */
  63 #include <stdlib.h>        /* for malloc/free */
  64 #include <stdio.h>         /* for printf      */
  65 #include <iostream>        // for cout, endl
  66
  67 namespace JSBSim {
  68
  69 static const char *IdSrc = "$Id$";
  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   unbind();
 107   Debug(1);
 108 }
 109
 110 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 111
 112 bool MSIS::InitModel(void)
 113 {
 114   FGModel::InitModel();
 115
 116   unsigned int i;
 117
 118   flags.switches[0] = 0;
 119   for (i=1;i<24;i++) flags.switches[i] = 1;
 120
 121   for (i=0;i<7;i++) aph.a[i] = 100.0;
 122
 123   // set some common magnetic flux values
 124   input.f107A = 150.0;
 125   input.f107 = 150.0;
 126   input.ap = 4.0;
 127
 128   SLtemperature = intTemperature = 518.0;
 129   SLpressure    = intPressure = 2116.7;
 130   SLdensity     = intDensity = 0.002378;
 131   SLsoundspeed  = sqrt(2403.0832 * SLtemperature);
 132   rSLtemperature = 1.0/intTemperature;
 133   rSLpressure    = 1.0/intPressure;
 134   rSLdensity     = 1.0/intDensity;
 135   rSLsoundspeed  = 1.0/SLsoundspeed;
 136   temperature = &intTemperature;
 137   pressure = &intPressure;
 138   density = &intDensity;
 139
 140   useExternal=false;
 141
 142   return true;
 143 }
 144
 145 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 146
 147 bool MSIS::Run(void)
 148 {
 149   if (FGModel::Run()) return true;
 150   if (FDMExec->Holding()) return false;
 151
 152   //do temp, pressure, and density first
 153   if (!useExternal) {
 154     // get sea-level values
 155     Calculate(Auxiliary->GetDayOfYear(),
 156               Auxiliary->GetSecondsInDay(),
 157               0.0,
 158               Propagate->GetLocation().GetLatitudeDeg(),
 159               Propagate->GetLocation().GetLongitudeDeg());
 160     SLtemperature = output.t[1] * 1.8;
 161     SLdensity     = output.d[5] * 1.940321;
 162     SLpressure    = 1716.488 * SLdensity * SLtemperature;
 163     SLsoundspeed  = sqrt(2403.0832 * SLtemperature);
 164     rSLtemperature = 1.0/SLtemperature;
 165     rSLpressure    = 1.0/SLpressure;
 166     rSLdensity     = 1.0/SLdensity;
 167     rSLsoundspeed  = 1.0/SLsoundspeed;
 168
 169     // get at-altitude values
 170     Calculate(Auxiliary->GetDayOfYear(),
 171               Auxiliary->GetSecondsInDay(),
 172               Propagate->Geth(),
 173               Propagate->GetLocation().GetLatitudeDeg(),
 174               Propagate->GetLocation().GetLongitudeDeg());
 175     intTemperature = output.t[1] * 1.8;
 176     intDensity     = output.d[5] * 1.940321;
 177     intPressure    = 1716.488 * intDensity * intTemperature;
 178     soundspeed     = sqrt(2403.0832 * intTemperature);
 179     //cout << "T=" << intTemperature << " D=" << intDensity << " P=";
 180     //cout << intPressure << " a=" << soundspeed << endl;
 181   }
 182
 183   if (turbType != ttNone) {
 184     Turbulence();
 185     vWindNED += vTurbulence;
 186   }
 187
 188   if (vWindNED(1) != 0.0) psiw = atan2( vWindNED(2), vWindNED(1) );
 189
 190   if (psiw < 0) psiw += 2*M_PI;
 191
 192   Debug(2);
 193
 194   return false;
 195 }
 196
 197 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 198
 199 void MSIS::Calculate(int day, double sec, double alt, double lat, double lon)
 200 {
 201   input.year = 2000;
 202   input.doy = day;
 203   input.sec = sec;
 204   input.alt = alt / 3281;  //feet to kilometers
 205   input.g_lat = lat;
 206   input.g_long = lon;
 207
 208   input.lst = (sec/3600) + (lon/15);
 209   if (input.lst > 24.0) input.lst -= 24.0;
 210   if (input.lst < 0.0) input.lst = 24 - input.lst;
 211
 212   gtd7d(&input, &flags, &output);
 213 }
 214
 215 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 216
 217
 218 void MSIS::UseExternal(void){
 219   // do nothing, external control not allowed
 220 }
 221
 222
 223 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 224
 225
 226 void MSIS::tselec(struct nrlmsise_flags *flags)
 227 {
 228   int i;
 229   for (i=0;i<24;i++) {
 230     if (i!=9) {
 231       if (flags->switches[i]==1)
 232         flags->sw[i]=1;
 233       else
 234         flags->sw[i]=0;
 235       if (flags->switches[i]>0)
 236         flags->swc[i]=1;
 237       else
 238         flags->swc[i]=0;
 239     } else {
 240       flags->sw[i]=flags->switches[i];
 241       flags->swc[i]=flags->switches[i];
 242     }
 243   }
 244 }
 245
 246
 247 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 248
 249 void MSIS::glatf(double lat, double *gv, double *reff)
 250 {
 251   double dgtr = 1.74533E-2;
 252   double c2;
 253   c2 = cos(2.0*dgtr*lat);
 254   *gv = 980.616 * (1.0 - 0.0026373 * c2);
 255   *reff = 2.0 * (*gv) / (3.085462E-6 + 2.27E-9 * c2) * 1.0E-5;
 256 }
 257
 258 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 259
 260 double MSIS::ccor(double alt, double r, double h1, double zh)
 261 {
 262 /*        CHEMISTRY/DISSOCIATION CORRECTION FOR MSIS MODELS
 263  *         ALT - altitude
 264  *         R - target ratio
 265  *         H1 - transition scale length
 266  *         ZH - altitude of 1/2 R
 267  */
 268   double e;
 269   double ex;
 270   e = (alt - zh) / h1;
 271   if (e>70)
 272     return exp(0.0);
 273   if (e<-70)
 274     return exp(r);
 275   ex = exp(e);
 276   e = r / (1.0 + ex);
 277   return exp(e);
 278 }
 279
 280 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 281
 282 double MSIS::ccor2(double alt, double r, double h1, double zh, double h2)
 283 {
 284 /*        CHEMISTRY/DISSOCIATION CORRECTION FOR MSIS MODELS
 285  *         ALT - altitude
 286  *         R - target ratio
 287  *         H1 - transition scale length
 288  *         ZH - altitude of 1/2 R
 289  *         H2 - transition scale length #2 ?
 290  */
 291   double e1, e2;
 292   double ex1, ex2;
 293   double ccor2v;
 294   e1 = (alt - zh) / h1;
 295   e2 = (alt - zh) / h2;
 296   if ((e1 > 70) || (e2 > 70))
 297     return exp(0.0);
 298   if ((e1 < -70) && (e2 < -70))
 299     return exp(r);
 300   ex1 = exp(e1);
 301   ex2 = exp(e2);
 302   ccor2v = r / (1.0 + 0.5 * (ex1 + ex2));
 303   return exp(ccor2v);
 304 }
 305
 306 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 307
 308 double MSIS::scalh(double alt, double xm, double temp)
 309 {
 310   double g;
 311   double rgas=831.4;
 312   g = gsurf / (pow((1.0 + alt/re),2.0));
 313   g = rgas * temp / (g * xm);
 314   return g;
 315 }
 316
 317 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 318
 319 double MSIS::dnet (double dd, double dm, double zhm, double xmm, double xm)
 320 {
 321 /*       TURBOPAUSE CORRECTION FOR MSIS MODELS
 322  *        Root mean density
 323  *         DD - diffusive density
 324  *         DM - full mixed density
 325  *         ZHM - transition scale length
 326  *         XMM - full mixed molecular weight
 327  *         XM  - species molecular weight
 328  *         DNET - combined density
 329  */
 330   double a;
 331   double ylog;
 332   a  = zhm / (xmm-xm);
 333   if (!((dm>0) && (dd>0))) {
 334     printf("dnet log error %e %e %e\n",dm,dd,xm);
 335     if ((dd==0) && (dm==0))
 336       dd=1;
 337     if (dm==0)
 338       return dd;
 339     if (dd==0)
 340       return dm;
 341   }
 342   ylog = a * log(dm/dd);
 343   if (ylog<-10)
 344     return dd;
 345   if (ylog>10)
 346     return dm;
 347   a = dd*pow((1.0 + exp(ylog)),(1.0/a));
 348   return a;
 349 }
 350
 351 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 352
 353 void MSIS::splini (double *xa, double *ya, double *y2a, int n, double x, double *y)
 354 {
 355 /*      INTEGRATE CUBIC SPLINE FUNCTION FROM XA(1) TO X
 356  *       XA,YA: ARRAYS OF TABULATED FUNCTION IN ASCENDING ORDER BY X
 357  *       Y2A: ARRAY OF SECOND DERIVATIVES
 358  *       N: SIZE OF ARRAYS XA,YA,Y2A
 359  *       X: ABSCISSA ENDPOINT FOR INTEGRATION
 360  *       Y: OUTPUT VALUE
 361  */
 362   double yi=0;
 363   int klo=0;
 364   int khi=1;
 365   double xx, h, a, b, a2, b2;
 366   while ((x>xa[klo]) && (khi<n)) {
 367     xx=x;
 368     if (khi<(n-1)) {
 369       if (x<xa[khi])
 370         xx=x;
 371       else
 372         xx=xa[khi];
 373     }
 374     h = xa[khi] - xa[klo];
 375     a = (xa[khi] - xx)/h;
 376     b = (xx - xa[klo])/h;
 377     a2 = a*a;
 378     b2 = b*b;
 379     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;
 380     klo++;
 381     khi++;
 382   }
 383   *y = yi;
 384 }
 385
 386 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 387
 388 void MSIS::splint (double *xa, double *ya, double *y2a, int n, double x, double *y)
 389 {
 390 /*      CALCULATE CUBIC SPLINE INTERP VALUE
 391  *       ADAPTED FROM NUMERICAL RECIPES BY PRESS ET AL.
 392  *       XA,YA: ARRAYS OF TABULATED FUNCTION IN ASCENDING ORDER BY X
 393  *       Y2A: ARRAY OF SECOND DERIVATIVES
 394  *       N: SIZE OF ARRAYS XA,YA,Y2A
 395  *       X: ABSCISSA FOR INTERPOLATION
 396  *       Y: OUTPUT VALUE
 397  */
 398   int klo=0;
 399   int khi=n-1;
 400   int k;
 401   double h;
 402   double a, b, yi;
 403   while ((khi-klo)>1) {
 404     k=(khi+klo)/2;
 405     if (xa[k]>x)
 406       khi=k;
 407     else
 408       klo=k;
 409   }
 410   h = xa[khi] - xa[klo];
 411   if (h==0.0)
 412     printf("bad XA input to splint");
 413   a = (xa[khi] - x)/h;
 414   b = (x - xa[klo])/h;
 415   yi = a * ya[klo] + b * ya[khi] + ((a*a*a - a) * y2a[klo] + (b*b*b - b) * y2a[khi]) * h * h/6.0;
 416   *y = yi;
 417 }
 418
 419 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 420
 421 void MSIS::spline (double *x, double *y, int n, double yp1, double ypn, double *y2)
 422 {
 423 /*       CALCULATE 2ND DERIVATIVES OF CUBIC SPLINE INTERP FUNCTION
 424  *       ADAPTED FROM NUMERICAL RECIPES BY PRESS ET AL
 425  *       X,Y: ARRAYS OF TABULATED FUNCTION IN ASCENDING ORDER BY X
 426  *       N: SIZE OF ARRAYS X,Y
 427  *       YP1,YPN: SPECIFIED DERIVATIVES AT X[0] AND X[N-1]; VALUES
 428  *                >= 1E30 SIGNAL SIGNAL SECOND DERIVATIVE ZERO
 429  *       Y2: OUTPUT ARRAY OF SECOND DERIVATIVES
 430  */
 431   double *u;
 432   double sig, p, qn, un;
 433   int i, k;
 434   u=(double*)malloc(sizeof(double)*n);
 435   if (u==NULL) {
 436     printf("Out Of Memory in spline - ERROR");
 437     return;
 438   }
 439   if (yp1>0.99E30) {
 440     y2[0]=0;
 441     u[0]=0;
 442   } else {
 443     y2[0]=-0.5;
 444     u[0]=(3.0/(x[1]-x[0]))*((y[1]-y[0])/(x[1]-x[0])-yp1);
 445   }
 446   for (i=1;i<(n-1);i++) {
 447     sig = (x[i]-x[i-1])/(x[i+1] - x[i-1]);
 448     p = sig * y2[i-1] + 2.0;
 449     y2[i] = (sig - 1.0) / p;
 450     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;
 451   }
 452   if (ypn>0.99E30) {
 453     qn = 0;
 454     un = 0;
 455   } else {
 456     qn = 0.5;
 457     un = (3.0 / (x[n-1] - x[n-2])) * (ypn - (y[n-1] - y[n-2])/(x[n-1] - x[n-2]));
 458   }
 459   y2[n-1] = (un - qn * u[n-2]) / (qn * y2[n-2] + 1.0);
 460   for (k=n-2;k>=0;k--)
 461     y2[k] = y2[k] * y2[k+1] + u[k];
 462
 463   free(u);
 464 }
 465
 466 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 467
 468 double MSIS::zeta(double zz, double zl)
 469 {
 470   return ((zz-zl)*(re+zl)/(re+zz));
 471 }
 472
 473 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 474
 475 double MSIS::densm(double alt, double d0, double xm, double *tz, int mn3,
 476                      double *zn3, double *tn3, double *tgn3, int mn2, double *zn2,
 477                      double *tn2, double *tgn2)
 478 {
 479 /*      Calculate Temperature and Density Profiles for lower atmos.  */
 480   double xs[10], ys[10], y2out[10];
 481   double rgas = 831.4;
 482   double z, z1, z2, t1, t2, zg, zgdif;
 483   double yd1, yd2;
 484   double x, y, yi;
 485   double expl, gamm, glb;
 486   double densm_tmp;
 487   int mn;
 488   int k;
 489   densm_tmp=d0;
 490   if (alt>zn2[0]) {
 491     if (xm==0.0)
 492       return *tz;
 493     else
 494       return d0;
 495   }
 496
 497   /* STRATOSPHERE/MESOSPHERE TEMPERATURE */
 498   if (alt>zn2[mn2-1])
 499     z=alt;
 500   else
 501     z=zn2[mn2-1];
 502   mn=mn2;
 503   z1=zn2[0];
 504   z2=zn2[mn-1];
 505   t1=tn2[0];
 506   t2=tn2[mn-1];
 507   zg = zeta(z, z1);
 508   zgdif = zeta(z2, z1);
 509
 510   /* set up spline nodes */
 511   for (k=0;k<mn;k++) {
 512     xs[k]=zeta(zn2[k],z1)/zgdif;
 513     ys[k]=1.0 / tn2[k];
 514   }
 515   yd1=-tgn2[0] / (t1*t1) * zgdif;
 516   yd2=-tgn2[1] / (t2*t2) * zgdif * (pow(((re+z2)/(re+z1)),2.0));
 517
 518   /* calculate spline coefficients */
 519   spline (xs, ys, mn, yd1, yd2, y2out);
 520   x = zg/zgdif;
 521   splint (xs, ys, y2out, mn, x, &y);
 522
 523   /* temperature at altitude */
 524   *tz = 1.0 / y;
 525   if (xm!=0.0) {
 526     /* calaculate stratosphere / mesospehere density */
 527     glb = gsurf / (pow((1.0 + z1/re),2.0));
 528     gamm = xm * glb * zgdif / rgas;
 529
 530     /* Integrate temperature profile */
 531     splini(xs, ys, y2out, mn, x, &yi);
 532     expl=gamm*yi;
 533     if (expl>50.0)
 534       expl=50.0;
 535
 536     /* Density at altitude */
 537     densm_tmp = densm_tmp * (t1 / *tz) * exp(-expl);
 538   }
 539
 540   if (alt>zn3[0]) {
 541     if (xm==0.0)
 542       return *tz;
 543     else
 544       return densm_tmp;
 545   }
 546
 547   /* troposhere / stratosphere temperature */
 548   z = alt;
 549   mn = mn3;
 550   z1=zn3[0];
 551   z2=zn3[mn-1];
 552   t1=tn3[0];
 553   t2=tn3[mn-1];
 554   zg=zeta(z,z1);
 555   zgdif=zeta(z2,z1);
 556
 557   /* set up spline nodes */
 558   for (k=0;k<mn;k++) {
 559     xs[k] = zeta(zn3[k],z1) / zgdif;
 560     ys[k] = 1.0 / tn3[k];
 561   }
 562   yd1=-tgn3[0] / (t1*t1) * zgdif;
 563   yd2=-tgn3[1] / (t2*t2) * zgdif * (pow(((re+z2)/(re+z1)),2.0));
 564
 565   /* calculate spline coefficients */
 566   spline (xs, ys, mn, yd1, yd2, y2out);
 567   x = zg/zgdif;
 568   splint (xs, ys, y2out, mn, x, &y);
 569
 570   /* temperature at altitude */
 571   *tz = 1.0 / y;
 572   if (xm!=0.0) {
 573     /* calaculate tropospheric / stratosphere density */
 574     glb = gsurf / (pow((1.0 + z1/re),2.0));
 575     gamm = xm * glb * zgdif / rgas;
 576
 577     /* Integrate temperature profile */
 578     splini(xs, ys, y2out, mn, x, &yi);
 579     expl=gamm*yi;
 580     if (expl>50.0)
 581       expl=50.0;
 582
 583     /* Density at altitude */
 584     densm_tmp = densm_tmp * (t1 / *tz) * exp(-expl);
 585   }
 586   if (xm==0.0)
 587     return *tz;
 588   else
 589     return densm_tmp;
 590 }
 591
 592 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 593
 594 double MSIS::densu(double alt, double dlb, double tinf, double tlb, double xm,
 595                      double alpha, double *tz, double zlb, double s2, int mn1,
 596                      double *zn1, double *tn1, double *tgn1)
 597 {
 598 /*      Calculate Temperature and Density Profiles for MSIS models
 599  *      New lower thermo polynomial
 600  */
 601   double yd2, yd1, x=0.0, y=0.0;
 602   double rgas=831.4;
 603   double densu_temp=1.0;
 604   double za, z, zg2, tt, ta=0.0;
 605   double dta, z1=0.0, z2, t1=0.0, t2, zg, zgdif=0.0;
 606   int mn=0;
 607   int k;
 608   double glb;
 609   double expl;
 610   double yi;
 611   double densa;
 612   double gamma, gamm;
 613   double xs[5], ys[5], y2out[5];
 614   /* joining altitudes of Bates and spline */
 615   za=zn1[0];
 616   if (alt>za)
 617     z=alt;
 618   else
 619     z=za;
 620
 621   /* geopotential altitude difference from ZLB */
 622   zg2 = zeta(z, zlb);
 623
 624   /* Bates temperature */
 625   tt = tinf - (tinf - tlb) * exp(-s2*zg2);
 626   ta = tt;
 627   *tz = tt;
 628   densu_temp = *tz;
 629
 630   if (alt<za) {
 631     /* calculate temperature below ZA
 632      * temperature gradient at ZA from Bates profile */
 633     dta = (tinf - ta) * s2 * pow(((re+zlb)/(re+za)),2.0);
 634     tgn1[0]=dta;
 635     tn1[0]=ta;
 636     if (alt>zn1[mn1-1])
 637       z=alt;
 638     else
 639       z=zn1[mn1-1];
 640     mn=mn1;
 641     z1=zn1[0];
 642     z2=zn1[mn-1];
 643     t1=tn1[0];
 644     t2=tn1[mn-1];
 645     /* geopotental difference from z1 */
 646     zg = zeta (z, z1);
 647     zgdif = zeta(z2, z1);
 648     /* set up spline nodes */
 649     for (k=0;k<mn;k++) {
 650       xs[k] = zeta(zn1[k], z1) / zgdif;
 651       ys[k] = 1.0 / tn1[k];
 652     }
 653     /* end node derivatives */
 654     yd1 = -tgn1[0] / (t1*t1) * zgdif;
 655     yd2 = -tgn1[1] / (t2*t2) * zgdif * pow(((re+z2)/(re+z1)),2.0);
 656     /* calculate spline coefficients */
 657     spline (xs, ys, mn, yd1, yd2, y2out);
 658     x = zg / zgdif;
 659     splint (xs, ys, y2out, mn, x, &y);
 660     /* temperature at altitude */
 661     *tz = 1.0 / y;
 662     densu_temp = *tz;
 663   }
 664   if (xm==0)
 665     return densu_temp;
 666
 667   /* calculate density above za */
 668   glb = gsurf / pow((1.0 + zlb/re),2.0);
 669   gamma = xm * glb / (s2 * rgas * tinf);
 670   expl = exp(-s2 * gamma * zg2);
 671   if (expl>50.0)
 672       expl=50.0;
 673   if (tt<=0)
 674     expl=50.0;
 675
 676   /* density at altitude */
 677   densa = dlb * pow((tlb/tt),((1.0+alpha+gamma))) * expl;
 678   densu_temp=densa;
 679   if (alt>=za)
 680     return densu_temp;
 681
 682   /* calculate density below za */
 683   glb = gsurf / pow((1.0 + z1/re),2.0);
 684   gamm = xm * glb * zgdif / rgas;
 685
 686   /* integrate spline temperatures */
 687   splini (xs, ys, y2out, mn, x, &yi);
 688   expl = gamm * yi;
 689   if (expl>50.0)
 690     expl=50.0;
 691   if (*tz<=0)
 692     expl=50.0;
 693
 694   /* density at altitude */
 695   densu_temp = densu_temp * pow ((t1 / *tz),(1.0 + alpha)) * exp(-expl);
 696   return densu_temp;
 697 }
 698
 699 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 700
 701 /*    3hr Magnetic activity functions */
 702 /*    Eq. A24d */
 703 double MSIS::g0(double a, double *p)
 704 {
 705   return (a - 4.0 + (p[25] - 1.0) * (a - 4.0 + (exp(-sqrt(p[24]*p[24]) *
 706                 (a - 4.0)) - 1.0) / sqrt(p[24]*p[24])));
 707 }
 708
 709 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 710
 711 /*    Eq. A24c */
 712 double MSIS::sumex(double ex)
 713 {
 714   return (1.0 + (1.0 - pow(ex,19.0)) / (1.0 - ex) * pow(ex,0.5));
 715 }
 716
 717 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 718
 719 /*    Eq. A24a */
 720 double MSIS::sg0(double ex, double *p, double *ap)
 721 {
 722   return (g0(ap[1],p) + (g0(ap[2],p)*ex + g0(ap[3],p)*ex*ex +
 723                 g0(ap[4],p)*pow(ex,3.0)  + (g0(ap[5],p)*pow(ex,4.0) +
 724                 g0(ap[6],p)*pow(ex,12.0))*(1.0-pow(ex,8.0))/(1.0-ex)))/sumex(ex);
 725 }
 726
 727 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 728
 729 double MSIS::globe7(double *p, struct nrlmsise_input *input,
 730                       struct nrlmsise_flags *flags)
 731 {
 732 /*       CALCULATE G(L) FUNCTION
 733  *       Upper Thermosphere Parameters */
 734   double t[15];
 735   int i,j;
 736   int sw9=1;
 737   double apd;
 738   double xlong;
 739   double tloc;
 740   double c, s, c2, c4, s2;
 741   double sr = 7.2722E-5;
 742   double dgtr = 1.74533E-2;
 743   double dr = 1.72142E-2;
 744   double hr = 0.2618;
 745   double cd32, cd18, cd14, cd39;
 746   double p32, p18, p14, p39;
 747   double df, dfa;
 748   double f1, f2;
 749   double tinf;
 750   struct ap_array *ap;
 751
 752   tloc=input->lst;
 753   for (j=0;j<14;j++)
 754     t[j]=0;
 755   if (flags->sw[9]>0)
 756     sw9=1;
 757   else if (flags->sw[9]<0)
 758     sw9=-1;
 759   xlong = input->g_long;
 760
 761   /* calculate legendre polynomials */
 762   c = sin(input->g_lat * dgtr);
 763   s = cos(input->g_lat * dgtr);
 764   c2 = c*c;
 765   c4 = c2*c2;
 766   s2 = s*s;
 767
 768   plg[0][1] = c;
 769   plg[0][2] = 0.5*(3.0*c2 -1.0);
 770   plg[0][3] = 0.5*(5.0*c*c2-3.0*c);
 771   plg[0][4] = (35.0*c4 - 30.0*c2 + 3.0)/8.0;
 772   plg[0][5] = (63.0*c2*c2*c - 70.0*c2*c + 15.0*c)/8.0;
 773   plg[0][6] = (11.0*c*plg[0][5] - 5.0*plg[0][4])/6.0;
 774 /*      plg[0][7] = (13.0*c*plg[0][6] - 6.0*plg[0][5])/7.0; */
 775   plg[1][1] = s;
 776   plg[1][2] = 3.0*c*s;
 777   plg[1][3] = 1.5*(5.0*c2-1.0)*s;
 778   plg[1][4] = 2.5*(7.0*c2*c-3.0*c)*s;
 779   plg[1][5] = 1.875*(21.0*c4 - 14.0*c2 +1.0)*s;
 780   plg[1][6] = (11.0*c*plg[1][5]-6.0*plg[1][4])/5.0;
 781 /*      plg[1][7] = (13.0*c*plg[1][6]-7.0*plg[1][5])/6.0; */
 782 /*      plg[1][8] = (15.0*c*plg[1][7]-8.0*plg[1][6])/7.0; */
 783   plg[2][2] = 3.0*s2;
 784   plg[2][3] = 15.0*s2*c;
 785   plg[2][4] = 7.5*(7.0*c2 -1.0)*s2;
 786   plg[2][5] = 3.0*c*plg[2][4]-2.0*plg[2][3];
 787   plg[2][6] =(11.0*c*plg[2][5]-7.0*plg[2][4])/4.0;
 788   plg[2][7] =(13.0*c*plg[2][6]-8.0*plg[2][5])/5.0;
 789   plg[3][3] = 15.0*s2*s;
 790   plg[3][4] = 105.0*s2*s*c;
 791   plg[3][5] =(9.0*c*plg[3][4]-7.*plg[3][3])/2.0;
 792   plg[3][6] =(11.0*c*plg[3][5]-8.*plg[3][4])/3.0;
 793
 794   if (!(((flags->sw[7]==0)&&(flags->sw[8]==0))&&(flags->sw[14]==0))) {
 795     stloc = sin(hr*tloc);
 796     ctloc = cos(hr*tloc);
 797     s2tloc = sin(2.0*hr*tloc);
 798     c2tloc = cos(2.0*hr*tloc);
 799     s3tloc = sin(3.0*hr*tloc);
 800     c3tloc = cos(3.0*hr*tloc);
 801   }
 802
 803   cd32 = cos(dr*(input->doy-p[31]));
 804   cd18 = cos(2.0*dr*(input->doy-p[17]));
 805   cd14 = cos(dr*(input->doy-p[13]));
 806   cd39 = cos(2.0*dr*(input->doy-p[38]));
 807   p32=p[31];
 808   p18=p[17];
 809   p14=p[13];
 810   p39=p[38];
 811
 812   /* F10.7 EFFECT */
 813   df = input->f107 - input->f107A;
 814   dfa = input->f107A - 150.0;
 815   t[0] =  p[19]*df*(1.0+p[59]*dfa) + p[20]*df*df + p[21]*dfa + p[29]*pow(dfa,2.0);
 816   f1 = 1.0 + (p[47]*dfa +p[19]*df+p[20]*df*df)*flags->swc[1];
 817   f2 = 1.0 + (p[49]*dfa+p[19]*df+p[20]*df*df)*flags->swc[1];
 818
 819   /*  TIME INDEPENDENT */
 820   t[1] = (p[1]*plg[0][2]+ p[2]*plg[0][4]+p[22]*plg[0][6]) +
 821         (p[14]*plg[0][2])*dfa*flags->swc[1] +p[26]*plg[0][1];
 822
 823   /*  SYMMETRICAL ANNUAL */
 824   t[2] = p[18]*cd32;
 825
 826   /*  SYMMETRICAL SEMIANNUAL */
 827   t[3] = (p[15]+p[16]*plg[0][2])*cd18;
 828
 829   /*  ASYMMETRICAL ANNUAL */
 830   t[4] =  f1*(p[9]*plg[0][1]+p[10]*plg[0][3])*cd14;
 831
 832   /*  ASYMMETRICAL SEMIANNUAL */
 833   t[5] =    p[37]*plg[0][1]*cd39;
 834
 835         /* DIURNAL */
 836   if (flags->sw[7]) {
 837     double t71, t72;
 838     t71 = (p[11]*plg[1][2])*cd14*flags->swc[5];
 839     t72 = (p[12]*plg[1][2])*cd14*flags->swc[5];
 840     t[6] = f2*((p[3]*plg[1][1] + p[4]*plg[1][3] + p[27]*plg[1][5] + t71) * \
 841          ctloc + (p[6]*plg[1][1] + p[7]*plg[1][3] + p[28]*plg[1][5] \
 842             + t72)*stloc);
 843 }
 844
 845   /* SEMIDIURNAL */
 846   if (flags->sw[8]) {
 847     double t81, t82;
 848     t81 = (p[23]*plg[2][3]+p[35]*plg[2][5])*cd14*flags->swc[5];
 849     t82 = (p[33]*plg[2][3]+p[36]*plg[2][5])*cd14*flags->swc[5];
 850     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);
 851   }
 852
 853   /* TERDIURNAL */
 854   if (flags->sw[14]) {
 855     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);
 856 }
 857
 858   /* magnetic activity based on daily ap */
 859   if (flags->sw[9]==-1) {
 860     ap = input->ap_a;
 861     if (p[51]!=0) {
 862       double exp1;
 863       exp1 = exp(-10800.0*sqrt(p[51]*p[51])/(1.0+p[138]*(45.0-sqrt(input->g_lat*input->g_lat))));
 864       if (exp1>0.99999)
 865         exp1=0.99999;
 866       if (p[24]<1.0E-4)
 867         p[24]=1.0E-4;
 868       apt[0]=sg0(exp1,p,ap->a);
 869       /* apt[1]=sg2(exp1,p,ap->a);
 870          apt[2]=sg0(exp2,p,ap->a);
 871          apt[3]=sg2(exp2,p,ap->a);
 872       */
 873       if (flags->sw[9]) {
 874         t[8] = apt[0]*(p[50]+p[96]*plg[0][2]+p[54]*plg[0][4]+ \
 875      (p[125]*plg[0][1]+p[126]*plg[0][3]+p[127]*plg[0][5])*cd14*flags->swc[5]+ \
 876      (p[128]*plg[1][1]+p[129]*plg[1][3]+p[130]*plg[1][5])*flags->swc[7]* \
 877                  cos(hr*(tloc-p[131])));
 878       }
 879     }
 880   } else {
 881     double p44, p45;
 882     apd=input->ap-4.0;
 883     p44=p[43];
 884     p45=p[44];
 885     if (p44<0)
 886       p44 = 1.0E-5;
 887     apdf = apd + (p45-1.0)*(apd + (exp(-p44 * apd) - 1.0)/p44);
 888     if (flags->sw[9]) {
 889       t[8]=apdf*(p[32]+p[45]*plg[0][2]+p[34]*plg[0][4]+ \
 890      (p[100]*plg[0][1]+p[101]*plg[0][3]+p[102]*plg[0][5])*cd14*flags->swc[5]+
 891      (p[121]*plg[1][1]+p[122]*plg[1][3]+p[123]*plg[1][5])*flags->swc[7]*
 892             cos(hr*(tloc-p[124])));
 893     }
 894   }
 895
 896   if ((flags->sw[10])&&(input->g_long>-1000.0)) {
 897
 898     /* longitudinal */
 899     if (flags->sw[11]) {
 900       t[10] = (1.0 + p[80]*dfa*flags->swc[1])* \
 901      ((p[64]*plg[1][2]+p[65]*plg[1][4]+p[66]*plg[1][6]\
 902       +p[103]*plg[1][1]+p[104]*plg[1][3]+p[105]*plg[1][5]\
 903       +flags->swc[5]*(p[109]*plg[1][1]+p[110]*plg[1][3]+p[111]*plg[1][5])*cd14)* \
 904           cos(dgtr*input->g_long) \
 905       +(p[90]*plg[1][2]+p[91]*plg[1][4]+p[92]*plg[1][6]\
 906       +p[106]*plg[1][1]+p[107]*plg[1][3]+p[108]*plg[1][5]\
 907       +flags->swc[5]*(p[112]*plg[1][1]+p[113]*plg[1][3]+p[114]*plg[1][5])*cd14)* \
 908       sin(dgtr*input->g_long));
 909     }
 910
 911     /* ut and mixed ut, longitude */
 912     if (flags->sw[12]){
 913       t[11]=(1.0+p[95]*plg[0][1])*(1.0+p[81]*dfa*flags->swc[1])*\
 914         (1.0+p[119]*plg[0][1]*flags->swc[5]*cd14)*\
 915         ((p[68]*plg[0][1]+p[69]*plg[0][3]+p[70]*plg[0][5])*\
 916         cos(sr*(input->sec-p[71])));
 917       t[11]+=flags->swc[11]*\
 918         (p[76]*plg[2][3]+p[77]*plg[2][5]+p[78]*plg[2][7])*\
 919         cos(sr*(input->sec-p[79])+2.0*dgtr*input->g_long)*(1.0+p[137]*dfa*flags->swc[1]);
 920     }
 921
 922     /* ut, longitude magnetic activity */
 923     if (flags->sw[13]) {
 924       if (flags->sw[9]==-1) {
 925         if (p[51]) {
 926           t[12]=apt[0]*flags->swc[11]*(1.+p[132]*plg[0][1])*\
 927             ((p[52]*plg[1][2]+p[98]*plg[1][4]+p[67]*plg[1][6])*\
 928              cos(dgtr*(input->g_long-p[97])))\
 929             +apt[0]*flags->swc[11]*flags->swc[5]*\
 930             (p[133]*plg[1][1]+p[134]*plg[1][3]+p[135]*plg[1][5])*\
 931             cd14*cos(dgtr*(input->g_long-p[136])) \
 932             +apt[0]*flags->swc[12]* \
 933             (p[55]*plg[0][1]+p[56]*plg[0][3]+p[57]*plg[0][5])*\
 934             cos(sr*(input->sec-p[58]));
 935         }
 936       } else {
 937         t[12] = apdf*flags->swc[11]*(1.0+p[120]*plg[0][1])*\
 938           ((p[60]*plg[1][2]+p[61]*plg[1][4]+p[62]*plg[1][6])*\
 939           cos(dgtr*(input->g_long-p[63])))\
 940           +apdf*flags->swc[11]*flags->swc[5]* \
 941           (p[115]*plg[1][1]+p[116]*plg[1][3]+p[117]*plg[1][5])* \
 942           cd14*cos(dgtr*(input->g_long-p[118])) \
 943           + apdf*flags->swc[12]* \
 944           (p[83]*plg[0][1]+p[84]*plg[0][3]+p[85]*plg[0][5])* \
 945           cos(sr*(input->sec-p[75]));
 946       }
 947     }
 948   }
 949
 950   /* parms not used: 82, 89, 99, 139-149 */
 951   tinf = p[30];
 952   for (i=0;i<14;i++)
 953     tinf = tinf + fabs(flags->sw[i+1])*t[i];
 954   return tinf;
 955 }
 956
 957 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
 958
 959 double MSIS::glob7s(double *p, struct nrlmsise_input *input,
 960                       struct nrlmsise_flags *flags)
 961 {
 962 /*    VERSION OF GLOBE FOR LOWER ATMOSPHERE 10/26/99
 963  */
 964   double pset=2.0;
 965   double t[14];
 966   double tt;
 967   double cd32, cd18, cd14, cd39;
 968   double p32, p18, p14, p39;
 969   int i,j;
 970   double dr=1.72142E-2;
 971   double dgtr=1.74533E-2;
 972   /* confirm parameter set */
 973   if (p[99]==0)
 974     p[99]=pset;
 975   if (p[99]!=pset) {
 976     printf("Wrong parameter set for glob7s\n");
 977     return -1;
 978   }
 979   for (j=0;j<14;j++)
 980     t[j]=0.0;
 981   cd32 = cos(dr*(input->doy-p[31]));
 982   cd18 = cos(2.0*dr*(input->doy-p[17]));
 983   cd14 = cos(dr*(input->doy-p[13]));
 984   cd39 = cos(2.0*dr*(input->doy-p[38]));
 985   p32=p[31];
 986   p18=p[17];
 987   p14=p[13];
 988   p39=p[38];
 989
 990   /* F10.7 */
 991   t[0] = p[21]*dfa;
 992
 993   /* time independent */
 994   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];
 995
 996         /* SYMMETRICAL ANNUAL */
 997   t[2]=(p[18]+p[47]*plg[0][2]+p[29]*plg[0][4])*cd32;
 998
 999         /* SYMMETRICAL SEMIANNUAL */
1000   t[3]=(p[15]+p[16]*plg[0][2]+p[30]*plg[0][4])*cd18;
1001
1002         /* ASYMMETRICAL ANNUAL */
1003   t[4]=(p[9]*plg[0][1]+p[10]*plg[0][3]+p[20]*plg[0][5])*cd14;
1004
1005   /* ASYMMETRICAL SEMIANNUAL */
1006   t[5]=(p[37]*plg[0][1])*cd39;
1007
1008         /* DIURNAL */
1009   if (flags->sw[7]) {
1010     double t71, t72;
1011     t71 = p[11]*plg[1][2]*cd14*flags->swc[5];
1012     t72 = p[12]*plg[1][2]*cd14*flags->swc[5];
1013     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) ;
1014   }
1015
1016   /* SEMIDIURNAL */
1017   if (flags->sw[8]) {
1018     double t81, t82;
1019     t81 = (p[23]*plg[2][3]+p[35]*plg[2][5])*cd14*flags->swc[5];
1020     t82 = (p[33]*plg[2][3]+p[36]*plg[2][5])*cd14*flags->swc[5];
1021     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);
1022   }
1023
1024   /* TERDIURNAL */
1025   if (flags->sw[14]) {
1026     t[13] = p[39] * plg[3][3] * s3tloc + p[40] * plg[3][3] * c3tloc;
1027   }
1028
1029   /* MAGNETIC ACTIVITY */
1030   if (flags->sw[9]) {
1031     if (flags->sw[9]==1)
1032       t[8] = apdf * (p[32] + p[45] * plg[0][2] * flags->swc[2]);
1033     if (flags->sw[9]==-1)
1034       t[8]=(p[50]*apt[0] + p[96]*plg[0][2] * apt[0]*flags->swc[2]);
1035   }
1036
1037   /* LONGITUDINAL */
1038   if (!((flags->sw[10]==0) || (flags->sw[11]==0) || (input->g_long<=-1000.0))) {
1039     t[10] = (1.0 + plg[0][1]*(p[80]*flags->swc[5]*cos(dr*(input->doy-p[81]))\
1040             +p[85]*flags->swc[6]*cos(2.0*dr*(input->doy-p[86])))\
1041       +p[83]*flags->swc[3]*cos(dr*(input->doy-p[84]))\
1042       +p[87]*flags->swc[4]*cos(2.0*dr*(input->doy-p[88])))\
1043       *((p[64]*plg[1][2]+p[65]*plg[1][4]+p[66]*plg[1][6]\
1044       +p[74]*plg[1][1]+p[75]*plg[1][3]+p[76]*plg[1][5]\
1045       )*cos(dgtr*input->g_long)\
1046       +(p[90]*plg[1][2]+p[91]*plg[1][4]+p[92]*plg[1][6]\
1047       +p[77]*plg[1][1]+p[78]*plg[1][3]+p[79]*plg[1][5]\
1048       )*sin(dgtr*input->g_long));
1049   }
1050   tt=0;
1051   for (i=0;i<14;i++)
1052     tt+=fabs(flags->sw[i+1])*t[i];
1053   return tt;
1054 }
1055
1056 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
1057
1058 void MSIS::gtd7(struct nrlmsise_input *input, struct nrlmsise_flags *flags,
1059                   struct nrlmsise_output *output)
1060 {
1061   double xlat;
1062   double xmm;
1063   int mn3 = 5;
1064   double zn3[5]={32.5,20.0,15.0,10.0,0.0};
1065   int mn2 = 4;
1066   double zn2[4]={72.5,55.0,45.0,32.5};
1067   double altt;
1068   double zmix=62.5;
1069   double tmp;
1070   double dm28m;
1071   double tz;
1072   double dmc;
1073   double dmr;
1074   double dz28;
1075   struct nrlmsise_output soutput;
1076   int i;
1077
1078   tselec(flags);
1079
1080   /* Latitude variation of gravity (none for sw[2]=0) */
1081   xlat=input->g_lat;
1082   if (flags->sw[2]==0)
1083     xlat=45.0;
1084   glatf(xlat, &gsurf, &re);
1085
1086   xmm = pdm[2][4];
1087
1088   /* THERMOSPHERE / MESOSPHERE (above zn2[0]) */
1089   if (input->alt>zn2[0])
1090     altt=input->alt;
1091   else
1092     altt=zn2[0];
1093
1094   tmp=input->alt;
1095   input->alt=altt;
1096   gts7(input, flags, &soutput);
1097   altt=input->alt;
1098   input->alt=tmp;
1099   if (flags->sw[0])   /* metric adjustment */
1100     dm28m=dm28*1.0E6;
1101   else
1102     dm28m=dm28;
1103   output->t[0]=soutput.t[0];
1104   output->t[1]=soutput.t[1];
1105   if (input->alt>=zn2[0]) {
1106     for (i=0;i<9;i++)
1107       output->d[i]=soutput.d[i];
1108     return;
1109   }
1110
1111 /*       LOWER MESOSPHERE/UPPER STRATOSPHERE (between zn3[0] and zn2[0])
1112  *         Temperature at nodes and gradients at end nodes
1113  *         Inverse temperature a linear function of spherical harmonics
1114  */
1115   meso_tgn2[0]=meso_tgn1[1];
1116   meso_tn2[0]=meso_tn1[4];
1117         meso_tn2[1]=pma[0][0]*pavgm[0]/(1.0-flags->sw[20]*glob7s(pma[0], input, flags));
1118         meso_tn2[2]=pma[1][0]*pavgm[1]/(1.0-flags->sw[20]*glob7s(pma[1], input, flags));
1119         meso_tn2[3]=pma[2][0]*pavgm[2]/(1.0-flags->sw[20]*flags->sw[22]*glob7s(pma[2], input, flags));
1120   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));
1121   meso_tn3[0]=meso_tn2[3];
1122
1123   if (input->alt<zn3[0]) {
1124 /*       LOWER STRATOSPHERE AND TROPOSPHERE (below zn3[0])
1125  *         Temperature at nodes and gradients at end nodes
1126  *         Inverse temperature a linear function of spherical harmonics
1127  */
1128     meso_tgn3[0]=meso_tgn2[1];
1129     meso_tn3[1]=pma[3][0]*pavgm[3]/(1.0-flags->sw[22]*glob7s(pma[3], input, flags));
1130     meso_tn3[2]=pma[4][0]*pavgm[4]/(1.0-flags->sw[22]*glob7s(pma[4], input, flags));
1131     meso_tn3[3]=pma[5][0]*pavgm[5]/(1.0-flags->sw[22]*glob7s(pma[5], input, flags));
1132     meso_tn3[4]=pma[6][0]*pavgm[6]/(1.0-flags->sw[22]*glob7s(pma[6], input, flags));
1133     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));
1134   }
1135
1136         /* LINEAR TRANSITION TO FULL MIXING BELOW zn2[0] */
1137
1138   dmc=0;
1139   if (input->alt>zmix)
1140     dmc = 1.0 - (zn2[0]-input->alt)/(zn2[0] - zmix);
1141   dz28=soutput.d[2];
1142
1143   /**** N2 density ****/
1144   dmr=soutput.d[2] / dm28m - 1.0;
1145   output->d[2]=densm(input->alt,dm28m,xmm, &tz, mn3, zn3, meso_tn3, meso_tgn3, mn2, zn2, meso_tn2, meso_tgn2);
1146   output->d[2]=output->d[2] * (1.0 + dmr*dmc);
1147
1148   /**** HE density ****/
1149   dmr = soutput.d[0] / (dz28 * pdm[0][1]) - 1.0;
1150   output->d[0] = output->d[2] * pdm[0][1] * (1.0 + dmr*dmc);
1151
1152   /**** O density ****/
1153   output->d[1] = 0;
1154   output->d[8] = 0;
1155
1156   /**** O2 density ****/
1157   dmr = soutput.d[3] / (dz28 * pdm[3][1]) - 1.0;
1158   output->d[3] = output->d[2] * pdm[3][1] * (1.0 + dmr*dmc);
1159
1160   /**** AR density ***/
1161   dmr = soutput.d[4] / (dz28 * pdm[4][1]) - 1.0;
1162   output->d[4] = output->d[2] * pdm[4][1] * (1.0 + dmr*dmc);
1163
1164   /**** Hydrogen density ****/
1165   output->d[6] = 0;
1166
1167   /**** Atomic nitrogen density ****/
1168   output->d[7] = 0;
1169
1170   /**** Total mass density */
1171   output->d[5] = 1.66E-24 * (4.0 * output->d[0] + 16.0 * output->d[1] +
1172                      28.0 * output->d[2] + 32.0 * output->d[3] + 40.0 * output->d[4]
1173                      + output->d[6] + 14.0 * output->d[7]);
1174
1175   if (flags->sw[0])
1176     output->d[5]=output->d[5]/1000;
1177
1178   /**** temperature at altitude ****/
1179   dd = densm(input->alt, 1.0, 0, &tz, mn3, zn3, meso_tn3, meso_tgn3,
1180                    mn2, zn2, meso_tn2, meso_tgn2);
1181   output->t[1]=tz;
1182
1183 }
1184
1185 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
1186
1187 void MSIS::gtd7d(struct nrlmsise_input *input, struct nrlmsise_flags *flags,
1188                    struct nrlmsise_output *output)
1189 {
1190   gtd7(input, flags, output);
1191   output->d[5] = 1.66E-24 * (4.0 * output->d[0] + 16.0 * output->d[1] +
1192                    28.0 * output->d[2] + 32.0 * output->d[3] + 40.0 * output->d[4]
1193                    + output->d[6] + 14.0 * output->d[7] + 16.0 * output->d[8]);
1194 }
1195
1196 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
1197
1198 void MSIS::ghp7(struct nrlmsise_input *input, struct nrlmsise_flags *flags,
1199                   struct nrlmsise_output *output, double press)
1200 {
1201   double bm = 1.3806E-19;
1202   double rgas = 831.4;
1203   double test = 0.00043;
1204   double ltest = 12;
1205   double pl, p;
1206   double zi = 0.0;
1207   double z;
1208   double cl, cl2;
1209   double ca, cd;
1210   double xn, xm, diff;
1211   double g, sh;
1212   int l;
1213   pl = log10(press);
1214   if (pl >= -5.0) {
1215     if (pl>2.5)
1216       zi = 18.06 * (3.00 - pl);
1217     else if ((pl>0.075) && (pl<=2.5))
1218       zi = 14.98 * (3.08 - pl);
1219     else if ((pl>-1) && (pl<=0.075))
1220       zi = 17.80 * (2.72 - pl);
1221     else if ((pl>-2) && (pl<=-1))
1222       zi = 14.28 * (3.64 - pl);
1223     else if ((pl>-4) && (pl<=-2))
1224       zi = 12.72 * (4.32 -pl);
1225     else if (pl<=-4)
1226       zi = 25.3 * (0.11 - pl);
1227     cl = input->g_lat/90.0;
1228     cl2 = cl*cl;
1229     if (input->doy<182)
1230       cd = (1.0 - (double) input->doy) / 91.25;
1231     else
1232       cd = ((double) input->doy) / 91.25 - 3.0;
1233     ca = 0;
1234     if ((pl > -1.11) && (pl<=-0.23))
1235       ca = 1.0;
1236     if (pl > -0.23)
1237       ca = (2.79 - pl) / (2.79 + 0.23);
1238     if ((pl <= -1.11) && (pl>-3))
1239       ca = (-2.93 - pl)/(-2.93 + 1.11);
1240     z = zi - 4.87 * cl * cd * ca - 1.64 * cl2 * ca + 0.31 * ca * cl;
1241   } else
1242     z = 22.0 * pow((pl + 4.0),2.0) + 110.0;
1243
1244   /* iteration  loop */
1245   l = 0;
1246   do {
1247     l++;
1248     input->alt = z;
1249     gtd7(input, flags, output);
1250     z = input->alt;
1251     xn = output->d[0] + output->d[1] + output->d[2] + output->d[3] + output->d[4] + output->d[6] + output->d[7];
1252     p = bm * xn * output->t[1];
1253     if (flags->sw[0])
1254       p = p*1.0E-6;
1255     diff = pl - log10(p);
1256     if (sqrt(diff*diff)<test)
1257       return;
1258     if (l==ltest) {
1259       printf("ERROR: ghp7 not converging for press %e, diff %e",press,diff);
1260       return;
1261     }
1262     xm = output->d[5] / xn / 1.66E-24;
1263     if (flags->sw[0])
1264       xm = xm * 1.0E3;
1265     g = gsurf / (pow((1.0 + z/re),2.0));
1266     sh = rgas * output->t[1] / (xm * g);
1267
1268     /* new altitude estimate using scale height */
1269     if (l <  6)
1270       z = z - sh * diff * 2.302;
1271     else
1272       z = z - sh * diff;
1273   } while (1==1);
1274 }
1275
1276 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
1277
1278 void MSIS::gts7(struct nrlmsise_input *input, struct nrlmsise_flags *flags,
1279                   struct nrlmsise_output *output)
1280 {
1281 /*     Thermospheric portion of NRLMSISE-00
1282  *     See GTD7 for more extensive comments
1283  *     alt > 72.5 km!
1284  */
1285   double za;
1286   int i, j;
1287   double ddum, z;
1288   double zn1[5] = {120.0, 110.0, 100.0, 90.0, 72.5};
1289   double tinf;
1290   int mn1 = 5;
1291   double g0;
1292   double tlb;
1293   double s, z0, t0, tr12;
1294   double db01, db04, db14, db16, db28, db32, db40, db48;
1295   double zh28, zh04, zh16, zh32, zh40, zh01, zh14;
1296   double zhm28, zhm04, zhm16, zhm32, zhm40, zhm01, zhm14;
1297   double xmd;
1298   double b28, b04, b16, b32, b40, b01, b14;
1299   double tz;
1300   double g28, g4, g16, g32, g40, g1, g14;
1301   double zhf, xmm;
1302   double zc04, zc16, zc32, zc40, zc01, zc14;
1303   double hc04, hc16, hc32, hc40, hc01, hc14;
1304   double hcc16, hcc32, hcc01, hcc14;
1305   double zcc16, zcc32, zcc01, zcc14;
1306   double rc16, rc32, rc01, rc14;
1307   double rl;
1308   double g16h, db16h, tho, zsht, zmho, zsho;
1309   double dgtr=1.74533E-2;
1310   double dr=1.72142E-2;
1311   double alpha[9]={-0.38, 0.0, 0.0, 0.0, 0.17, 0.0, -0.38, 0.0, 0.0};
1312   double altl[8]={200.0, 300.0, 160.0, 250.0, 240.0, 450.0, 320.0, 450.0};
1313   double dd;
1314   double hc216, hcc232;
1315   za = pdl[1][15];
1316   zn1[0] = za;
1317   for (j=0;j<9;j++)
1318     output->d[j]=0;
1319
1320   /* TINF VARIATIONS NOT IMPORTANT BELOW ZA OR ZN1(1) */
1321   if (input->alt>zn1[0])
1322     tinf = ptm[0]*pt[0] * \
1323       (1.0+flags->sw[16]*globe7(pt,input,flags));
1324   else
1325     tinf = ptm[0]*pt[0];
1326   output->t[0]=tinf;
1327
1328   /*  GRADIENT VARIATIONS NOT IMPORTANT BELOW ZN1(5) */
1329   if (input->alt>zn1[4])
1330     g0 = ptm[3]*ps[0] * \
1331       (1.0+flags->sw[19]*globe7(ps,input,flags));
1332   else
1333     g0 = ptm[3]*ps[0];
1334   tlb = ptm[1] * (1.0 + flags->sw[17]*globe7(pd[3],input,flags))*pd[3][0];
1335   s = g0 / (tinf - tlb);
1336
1337 /*      Lower thermosphere temp variations not significant for
1338  *       density above 300 km */
1339   if (input->alt<300.0) {
1340     meso_tn1[1]=ptm[6]*ptl[0][0]/(1.0-flags->sw[18]*glob7s(ptl[0], input, flags));
1341     meso_tn1[2]=ptm[2]*ptl[1][0]/(1.0-flags->sw[18]*glob7s(ptl[1], input, flags));
1342     meso_tn1[3]=ptm[7]*ptl[2][0]/(1.0-flags->sw[18]*glob7s(ptl[2], input, flags));
1343     meso_tn1[4]=ptm[4]*ptl[3][0]/(1.0-flags->sw[18]*flags->sw[20]*glob7s(ptl[3], input, flags));
1344     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));
1345   } else {
1346     meso_tn1[1]=ptm[6]*ptl[0][0];
1347     meso_tn1[2]=ptm[2]*ptl[1][0];
1348     meso_tn1[3]=ptm[7]*ptl[2][0];
1349     meso_tn1[4]=ptm[4]*ptl[3][0];
1350     meso_tgn1[1]=ptm[8]*pma[8][0]*meso_tn1[4]*meso_tn1[4]/(pow((ptm[4]*ptl[3][0]),2.0));
1351   }
1352
1353   z0 = zn1[3];
1354   t0 = meso_tn1[3];
1355   tr12 = 1.0;
1356
1357   /* N2 variation factor at Zlb */
1358   g28=flags->sw[21]*globe7(pd[2], input, flags);
1359
1360   /* VARIATION OF TURBOPAUSE HEIGHT */
1361   zhf=pdl[1][24]*(1.0+flags->sw[5]*pdl[0][24]*sin(dgtr*input->g_lat)*cos(dr*(input->doy-pt[13])));
1362   output->t[0]=tinf;
1363   xmm = pdm[2][4];
1364   z = input->alt;
1365
1366
1367         /**** N2 DENSITY ****/
1368
1369   /* Diffusive density at Zlb */
1370   db28 = pdm[2][0]*exp(g28)*pd[2][0];
1371   /* Diffusive density at Alt */
1372   output->d[2]=densu(z,db28,tinf,tlb,28.0,alpha[2],&output->t[1],ptm[5],s,mn1,zn1,meso_tn1,meso_tgn1);
1373   dd=output->d[2];
1374   /* Turbopause */
1375   zh28=pdm[2][2]*zhf;
1376   zhm28=pdm[2][3]*pdl[1][5];
1377   xmd=28.0-xmm;
1378   /* Mixed density at Zlb */
1379   b28=densu(zh28,db28,tinf,tlb,xmd,(alpha[2]-1.0),&tz,ptm[5],s,mn1, zn1,meso_tn1,meso_tgn1);
1380   if ((flags->sw[15])&&(z<=altl[2])) {
1381     /*  Mixed density at Alt */
1382     dm28=densu(z,b28,tinf,tlb,xmm,alpha[2],&tz,ptm[5],s,mn1,zn1,meso_tn1,meso_tgn1);
1383     /*  Net density at Alt */
1384     output->d[2]=dnet(output->d[2],dm28,zhm28,xmm,28.0);
1385   }
1386
1387
1388         /**** HE DENSITY ****/
1389
1390   /*   Density variation factor at Zlb */
1391   g4 = flags->sw[21]*globe7(pd[0], input, flags);
1392   /*  Diffusive density at Zlb */
1393   db04 = pdm[0][0]*exp(g4)*pd[0][0];
1394         /*  Diffusive density at Alt */
1395   output->d[0]=densu(z,db04,tinf,tlb, 4.,alpha[0],&output->t[1],ptm[5],s,mn1,zn1,meso_tn1,meso_tgn1);
1396   dd=output->d[0];
1397   if ((flags->sw[15]) && (z<altl[0])) {
1398     /*  Turbopause */
1399     zh04=pdm[0][2];
1400     /*  Mixed density at Zlb */
1401     b04=densu(zh04,db04,tinf,tlb,4.-xmm,alpha[0]-1.,&output->t[1],ptm[5],s,mn1,zn1,meso_tn1,meso_tgn1);
1402     /*  Mixed density at Alt */
1403     dm04=densu(z,b04,tinf,tlb,xmm,0.,&output->t[1],ptm[5],s,mn1,zn1,meso_tn1,meso_tgn1);
1404     zhm04=zhm28;
1405     /*  Net density at Alt */
1406     output->d[0]=dnet(output->d[0],dm04,zhm04,xmm,4.);
1407     /*  Correction to specified mixing ratio at ground */
1408     rl=log(b28*pdm[0][1]/b04);
1409     zc04=pdm[0][4]*pdl[1][0];
1410     hc04=pdm[0][5]*pdl[1][1];
1411     /*  Net density corrected at Alt */
1412     output->d[0]=output->d[0]*ccor(z,rl,hc04,zc04);
1413   }
1414
1415
1416         /**** O DENSITY ****/
1417
1418   /*  Density variation factor at Zlb */
1419   g16= flags->sw[21]*globe7(pd[1],input,flags);
1420   /*  Diffusive density at Zlb */
1421   db16 =  pdm[1][0]*exp(g16)*pd[1][0];
1422         /*   Diffusive density at Alt */
1423   output->d[1]=densu(z,db16,tinf,tlb, 16.,alpha[1],&output->t[1],ptm[5],s,mn1, zn1,meso_tn1,meso_tgn1);
1424   dd=output->d[1];
1425   if ((flags->sw[15]) && (z<=altl[1])) {
1426     /*   Turbopause */
1427     zh16=pdm[1][2];
1428     /*  Mixed density at Zlb */
1429     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);
1430     /*  Mixed density at Alt */
1431     dm16=densu(z,b16,tinf,tlb,xmm,0.,&output->t[1],ptm[5],s,mn1,zn1,meso_tn1,meso_tgn1);
1432     zhm16=zhm28;
1433     /*  Net density at Alt */
1434     output->d[1]=dnet(output->d[1],dm16,zhm16,xmm,16.);
1435     rl=pdm[1][1]*pdl[1][16]*(1.0+flags->sw[1]*pdl[0][23]*(input->f107A-150.0));
1436     hc16=pdm[1][5]*pdl[1][3];
1437     zc16=pdm[1][4]*pdl[1][2];
1438     hc216=pdm[1][5]*pdl[1][4];
1439     output->d[1]=output->d[1]*ccor2(z,rl,hc16,zc16,hc216);
1440     /*   Chemistry correction */
1441     hcc16=pdm[1][7]*pdl[1][13];
1442     zcc16=pdm[1][6]*pdl[1][12];
1443     rc16=pdm[1][3]*pdl[1][14];
1444     /*  Net density corrected at Alt */
1445     output->d[1]=output->d[1]*ccor(z,rc16,hcc16,zcc16);
1446   }
1447
1448
1449         /**** O2 DENSITY ****/
1450
1451         /*   Density variation factor at Zlb */
1452   g32= flags->sw[21]*globe7(pd[4], input, flags);
1453         /*  Diffusive density at Zlb */
1454   db32 = pdm[3][0]*exp(g32)*pd[4][0];
1455         /*   Diffusive density at Alt */
1456   output->d[3]=densu(z,db32,tinf,tlb, 32.,alpha[3],&output->t[1],ptm[5],s,mn1, zn1,meso_tn1,meso_tgn1);
1457   dd=output->d[3];
1458   if (flags->sw[15]) {
1459     if (z<=altl[3]) {
1460       /*   Turbopause */
1461       zh32=pdm[3][2];
1462       /*  Mixed density at Zlb */
1463       b32=densu(zh32,db32,tinf,tlb,32.-xmm,alpha[3]-1., &output->t[1],ptm[5],s,mn1,zn1,meso_tn1,meso_tgn1);
1464       /*  Mixed density at Alt */
1465       dm32=densu(z,b32,tinf,tlb,xmm,0.,&output->t[1],ptm[5],s,mn1,zn1,meso_tn1,meso_tgn1);
1466       zhm32=zhm28;
1467       /*  Net density at Alt */
1468       output->d[3]=dnet(output->d[3],dm32,zhm32,xmm,32.);
1469       /*   Correction to specified mixing ratio at ground */
1470       rl=log(b28*pdm[3][1]/b32);
1471       hc32=pdm[3][5]*pdl[1][7];
1472       zc32=pdm[3][4]*pdl[1][6];
1473       output->d[3]=output->d[3]*ccor(z,rl,hc32,zc32);
1474     }
1475     /*  Correction for general departure from diffusive equilibrium above Zlb */
1476     hcc32=pdm[3][7]*pdl[1][22];
1477     hcc232=pdm[3][7]*pdl[0][22];
1478     zcc32=pdm[3][6]*pdl[1][21];
1479     rc32=pdm[3][3]*pdl[1][23]*(1.+flags->sw[1]*pdl[0][23]*(input->f107A-150.));
1480     /*  Net density corrected at Alt */
1481     output->d[3]=output->d[3]*ccor2(z,rc32,hcc32,zcc32,hcc232);
1482   }
1483
1484
1485         /**** AR DENSITY ****/
1486
1487         /*   Density variation factor at Zlb */
1488   g40= flags->sw[20]*globe7(pd[5],input,flags);
1489         /*  Diffusive density at Zlb */
1490   db40 = pdm[4][0]*exp(g40)*pd[5][0];
1491   /*   Diffusive density at Alt */
1492   output->d[4]=densu(z,db40,tinf,tlb, 40.,alpha[4],&output->t[1],ptm[5],s,mn1,zn1,meso_tn1,meso_tgn1);
1493   dd=output->d[4];
1494   if ((flags->sw[15]) && (z<=altl[4])) {
1495     /*   Turbopause */
1496     zh40=pdm[4][2];
1497     /*  Mixed density at Zlb */
1498     b40=densu(zh40,db40,tinf,tlb,40.-xmm,alpha[4]-1.,&output->t[1],ptm[5],s,mn1,zn1,meso_tn1,meso_tgn1);
1499     /*  Mixed density at Alt */
1500     dm40=densu(z,b40,tinf,tlb,xmm,0.,&output->t[1],ptm[5],s,mn1,zn1,meso_tn1,meso_tgn1);
1501     zhm40=zhm28;
1502     /*  Net density at Alt */
1503     output->d[4]=dnet(output->d[4],dm40,zhm40,xmm,40.);
1504     /*   Correction to specified mixing ratio at ground */
1505     rl=log(b28*pdm[4][1]/b40);
1506     hc40=pdm[4][5]*pdl[1][9];
1507     zc40=pdm[4][4]*pdl[1][8];
1508     /*  Net density corrected at Alt */
1509     output->d[4]=output->d[4]*ccor(z,rl,hc40,zc40);
1510     }
1511
1512
1513         /**** HYDROGEN DENSITY ****/
1514
1515         /*   Density variation factor at Zlb */
1516   g1 = flags->sw[21]*globe7(pd[6], input, flags);
1517         /*  Diffusive density at Zlb */
1518   db01 = pdm[5][0]*exp(g1)*pd[6][0];
1519         /*   Diffusive density at Alt */
1520   output->d[6]=densu(z,db01,tinf,tlb,1.,alpha[6],&output->t[1],ptm[5],s,mn1,zn1,meso_tn1,meso_tgn1);
1521   dd=output->d[6];
1522   if ((flags->sw[15]) && (z<=altl[6])) {
1523     /*   Turbopause */
1524     zh01=pdm[5][2];
1525     /*  Mixed density at Zlb */
1526     b01=densu(zh01,db01,tinf,tlb,1.-xmm,alpha[6]-1., &output->t[1],ptm[5],s,mn1,zn1,meso_tn1,meso_tgn1);
1527     /*  Mixed density at Alt */
1528     dm01=densu(z,b01,tinf,tlb,xmm,0.,&output->t[1],ptm[5],s,mn1,zn1,meso_tn1,meso_tgn1);
1529     zhm01=zhm28;
1530     /*  Net density at Alt */
1531     output->d[6]=dnet(output->d[6],dm01,zhm01,xmm,1.);
1532     /*   Correction to specified mixing ratio at ground */
1533     rl=log(b28*pdm[5][1]*sqrt(pdl[1][17]*pdl[1][17])/b01);
1534     hc01=pdm[5][5]*pdl[1][11];
1535     zc01=pdm[5][4]*pdl[1][10];
1536     output->d[6]=output->d[6]*ccor(z,rl,hc01,zc01);
1537     /*   Chemistry correction */
1538     hcc01=pdm[5][7]*pdl[1][19];
1539     zcc01=pdm[5][6]*pdl[1][18];
1540     rc01=pdm[5][3]*pdl[1][20];
1541     /*  Net density corrected at Alt */
1542     output->d[6]=output->d[6]*ccor(z,rc01,hcc01,zcc01);
1543 }
1544
1545
1546         /**** ATOMIC NITROGEN DENSITY ****/
1547
1548   /*   Density variation factor at Zlb */
1549   g14 = flags->sw[21]*globe7(pd[7],input,flags);
1550         /*  Diffusive density at Zlb */
1551   db14 = pdm[6][0]*exp(g14)*pd[7][0];
1552         /*   Diffusive density at Alt */
1553   output->d[7]=densu(z,db14,tinf,tlb,14.,alpha[7],&output->t[1],ptm[5],s,mn1,zn1,meso_tn1,meso_tgn1);
1554   dd=output->d[7];
1555   if ((flags->sw[15]) && (z<=altl[7])) {
1556     /*   Turbopause */
1557     zh14=pdm[6][2];
1558     /*  Mixed density at Zlb */
1559     b14=densu(zh14,db14,tinf,tlb,14.-xmm,alpha[7]-1., &output->t[1],ptm[5],s,mn1,zn1,meso_tn1,meso_tgn1);
1560     /*  Mixed density at Alt */
1561     dm14=densu(z,b14,tinf,tlb,xmm,0.,&output->t[1],ptm[5],s,mn1,zn1,meso_tn1,meso_tgn1);
1562     zhm14=zhm28;
1563     /*  Net density at Alt */
1564     output->d[7]=dnet(output->d[7],dm14,zhm14,xmm,14.);
1565     /*   Correction to specified mixing ratio at ground */
1566     rl=log(b28*pdm[6][1]*sqrt(pdl[0][2]*pdl[0][2])/b14);
1567     hc14=pdm[6][5]*pdl[0][1];
1568     zc14=pdm[6][4]*pdl[0][0];
1569     output->d[7]=output->d[7]*ccor(z,rl,hc14,zc14);
1570     /*   Chemistry correction */
1571     hcc14=pdm[6][7]*pdl[0][4];
1572     zcc14=pdm[6][6]*pdl[0][3];
1573     rc14=pdm[6][3]*pdl[0][5];
1574     /*  Net density corrected at Alt */
1575     output->d[7]=output->d[7]*ccor(z,rc14,hcc14,zcc14);
1576   }
1577
1578
1579         /**** Anomalous OXYGEN DENSITY ****/
1580
1581   g16h = flags->sw[21]*globe7(pd[8],input,flags);
1582   db16h = pdm[7][0]*exp(g16h)*pd[8][0];
1583   tho = pdm[7][9]*pdl[0][6];
1584   dd=densu(z,db16h,tho,tho,16.,alpha[8],&output->t[1],ptm[5],s,mn1, zn1,meso_tn1,meso_tgn1);
1585   zsht=pdm[7][5];
1586   zmho=pdm[7][4];
1587   zsho=scalh(zmho,16.0,tho);
1588   output->d[8]=dd*exp(-zsht/zsho*(exp(-(z-zmho)/zsht)-1.));
1589
1590
1591   /* total mass density */
1592   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]);
1593   db48=1.66E-24*(4.0*db04+16.0*db16+28.0*db28+32.0*db32+40.0*db40+db01+14.0*db14);
1594
1595
1596
1597   /* temperature */
1598   z = sqrt(input->alt*input->alt);
1599   ddum = densu(z,1.0, tinf, tlb, 0.0, 0.0, &output->t[1], ptm[5], s, mn1, zn1, meso_tn1, meso_tgn1);
1600   if (flags->sw[0]) {
1601     for(i=0;i<9;i++)
1602       output->d[i]=output->d[i]*1.0E6;
1603     output->d[5]=output->d[5]/1000;
1604   }
1605 }
1606
1607
1608 //%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
1609 //    The bitmasked value choices are as follows:
1610 //    unset: In this case (the default) JSBSim would only print
1611 //       out the normally expected messages, essentially echoing
1612 //       the config files as they are read. If the environment
1613 //       variable is not set, debug_lvl is set to 1 internally
1614 //    0: This requests JSBSim not to output any messages
1615 //       whatsoever.
1616 //    1: This value explicity requests the normal JSBSim
1617 //       startup messages
1618 //    2: This value asks for a message to be printed out when
1619 //       a class is instantiated
1620 //    4: When this value is set, a message is displayed when a
1621 //       FGModel object executes its Run() method
1622 //    8: When this value is set, various runtime state variables
1623 //       are printed out periodically
1624 //    16: When set various parameters are sanity checked and
1625 //       a message is printed out when they go out of bounds
1626
1627 void MSIS::Debug(int from)
1628 {
1629   if (debug_lvl <= 0) return;
1630
1631   if (debug_lvl & 1) { // Standard console startup message output
1632     if (from == 0) { // Constructor
1633     }
1634   }
1635   if (debug_lvl & 2 ) { // Instantiation/Destruction notification
1636     if (from == 0) cout << "Instantiated: MSIS" << endl;
1637     if (from == 1) cout << "Destroyed:    MSIS" << endl;
1638   }
1639   if (debug_lvl & 4 ) { // Run() method entry print for FGModel-derived objects
1640   }
1641   if (debug_lvl & 8 ) { // Runtime state variables
1642   }
1643   if (debug_lvl & 16) { // Sanity checking
1644   }
1645   if (debug_lvl & 32) { // Turbulence
1646     if (first_pass && from == 2) {
1647       cout << "vTurbulence(X), vTurbulence(Y), vTurbulence(Z), "
1648            << "vTurbulenceGrad(X), vTurbulenceGrad(Y), vTurbulenceGrad(Z), "
1649            << "vDirection(X), vDirection(Y), vDirection(Z), "
1650            << "Magnitude, "
1651            << "vTurbPQR(P), vTurbPQR(Q), vTurbPQR(R), " << endl;
1652     }
1653     if (from == 2) {
1654       cout << vTurbulence << ", " << vTurbulenceGrad << ", " << vDirection << ", " << Magnitude << ", " << vTurbPQR << endl;
1655     }
1656   }
1657   if (debug_lvl & 64) {
1658     if (from == 0) { // Constructor
1659       cout << IdSrc << endl;
1660       cout << IdHdr << endl;
1661     }
1662   }
1663 }
1664
1665
1666
1667 } // namespace JSBSim
1668