src/WeatherCM/FGWeatherUtils.h

   1 /*****************************************************************************
   2
   3  Header:       FGWeatherUtils.h
   4  Author:       Christian Mayer
   5  Date started: 28.05.99
   6
   7  ---------- Copyright (C) 1999  Christian Mayer (vader@t-online.de) ----------
   8
   9  This program is free software; you can redistribute it and/or modify it under
  10  the terms of the GNU General Public License as published by the Free Software
  11  Foundation; either version 2 of the License, or (at your option) any later
  12  version.
  13
  14  This program is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT
  15  ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS
  16  FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for more
  17  details.
  18
  19  You should have received a copy of the GNU General Public License along with
  20  this program; if not, write to the Free Software Foundation, Inc., 59 Temple
  21  Place - Suite 330, Boston, MA  02111-1307, USA.
  22
  23  Further information about the GNU General Public License can also be found on
  24  the world wide web at http://www.gnu.org.
  25
  26 FUNCTIONAL DESCRIPTION
  27 ------------------------------------------------------------------------------
  28 Utilities for the weather calculation like converting formulas
  29
  30 HISTORY
  31 ------------------------------------------------------------------------------
  32 02.06.1999 Christian Mayer      Created
  33 08.06.1999 Christian Mayer      Changed sat_vp
  34 16.06.1999 Durk Talsma          Portability for Linux
  35 20.06.1999 Christian Mayer      added lots of consts
  36 *****************************************************************************/
  37
  38 /****************************************************************************/
  39 /* SENTRY                                                                   */
  40 /****************************************************************************/
  41 #ifndef FGWeatherUtils_H
  42 #define FGWeatherUtils_H
  43
  44 /****************************************************************************/
  45 /* INCLUDES                                                                 */
  46 /****************************************************************************/
  47 #include <math.h>
  48
  49 /****************************************************************************/
  50 /* DEFINES                                                                  */
  51 /****************************************************************************/
  52
  53 /****************************************************************************/
  54 /*assuming as given:                                                        */
  55 /*                                                                          */
  56 /* t:       temperature in °C                                               */
  57 /* p:       preasure in mbar                                                */
  58 /* //abs_hum: absoloute humidity in g/m^3,                                  */
  59 /* act_vp:  actual vapor pressure pascal                                    */
  60 /*                                                                          */
  61 /* Calculated vaues:                                                        */
  62 /* //max_hum: maximum of humidity in g/m^3,                                 */
  63 /* sat_vp:  saturated vapor pressure in pascal                              */
  64 /* rel_hum: relative humidity in %                                          */
  65 /* dp:      dew point in °C                                                 */
  66 /* wb:      approximate wetbulp in °C                                       */
  67 /*                                                                          */
  68 /* NOTE: Pascal is the SI unit for preasure and is defined as Pa = N/m^2    */
  69 /*       1 mbar = 1 hPa = 100 Pa                                            */
  70 /* NOTE: °C isn't a SI unit, so I should use °K instead. But as all         */
  71 /*       formulas are given in °C and the weather database only uses        */
  72 /*       'normal' temperatures, I've kept it in °C                          */
  73 /****************************************************************************/
  74
  75 #define SAT_VP_CONST1 610.483125
  76 #define SAT_VP_CONST2 7.444072452
  77 #define SAT_VP_CONST3 235.3120919
  78
  79 inline WeatherPrecition sat_vp(const WeatherPrecition& temp)
  80 {
  81     //old:
  82     //return 6.112 * pow( 10, (7.5*dp)/(237.7+dp) );    //in mbar
  83
  84     //new:
  85     //advantages: return the result as SI unit pascal and the constants
  86     //are choosen that the correct results are returned for 0°C, 20°C and
  87     //100°C. By 100°C I'm now returning a preasure of 1013.25 hPa
  88     return SAT_VP_CONST1 * pow( 10, (SAT_VP_CONST2*temp)/(SAT_VP_CONST3+temp) );    //in pascal
  89 }
  90
  91 inline WeatherPrecition rel_hum(const WeatherPrecition& act_vp, const WeatherPrecition& sat_vp)
  92 {
  93     return (act_vp / sat_vp) * 100;     //in %
  94 }
  95
  96 inline WeatherPrecition dp(const WeatherPrecition& sat_vp)
  97 {
  98     return (SAT_VP_CONST3*log10(sat_vp/SAT_VP_CONST1))/(SAT_VP_CONST2-log10(sat_vp/SAT_VP_CONST1)); //in °C
  99 }
 100
 101 inline WeatherPrecition wb(const WeatherPrecition& t, const WeatherPrecition& p, const WeatherPrecition& dp)
 102 {
 103     WeatherPrecition e = sat_vp(dp);
 104     WeatherPrecition tcur, tcvp, peq, diff;
 105     WeatherPrecition tmin, tmax;
 106
 107     if (t > dp)
 108     {
 109         tmax = t;
 110         tmin = dp;
 111     }
 112     else
 113     {
 114         tmax = dp;
 115         tmin = t;
 116     }
 117
 118     while (true)
 119     {
 120         tcur=(tmax+tmin)/2;
 121         tcvp=sat_vp(tcur);
 122
 123         peq = 0.000660*(1+0.00155*tcur)*p*(t-tcur);
 124
 125         diff = peq-tcvp+e;
 126
 127         if (fabs(diff) < 0.01)
 128             return tcur;        //in °C
 129
 130         if (diff < 0)
 131             tmax=tcur;
 132         else
 133             tmin=tcur;
 134     };
 135
 136 }
 137
 138 inline WeatherPrecition Celsius(const WeatherPrecition& celsius)
 139 {
 140     return celsius + 273.16;                            //Kelvin
 141 }
 142
 143 inline WeatherPrecition Fahrenheit(const WeatherPrecition& fahrenheit)
 144 {
 145     return (fahrenheit * 9.0 / 5.0) + 32.0 + 273.16;    //Kelvin
 146 }
 147
 148 inline WeatherPrecition Kelvin2Celsius(const WeatherPrecition& kelvin)
 149 {
 150     return kelvin - 273.16;                             //Celsius
 151 }
 152
 153 inline WeatherPrecition Kelvin2Fahrenheit(const WeatherPrecition& kelvin)
 154 {
 155     return ((kelvin - 273.16) * 9.0 / 5.0) + 32.0;       //Fahrenheit
 156 }
 157
 158 inline WeatherPrecition Celsius2Fahrenheit(const WeatherPrecition& celsius)
 159 {
 160     return (celsius * 9.0 / 5.0) + 32.0;                 //Fahrenheit
 161 }
 162
 163 inline WeatherPrecition Fahrenheit2Celsius(const WeatherPrecition& fahrenheit)
 164 {
 165     return (fahrenheit - 32.0) * 5.0 / 9.0;             //Celsius
 166 }
 167
 168 inline WeatherPrecition Torr2Pascal(const WeatherPrecition& torr)
 169 {
 170     return (101325.0/760.0)*torr;
 171 }
 172
 173 /****************************************************************************/
 174 /* CLASS DECLARATION                                                        */
 175 /****************************************************************************/
 176
 177 /****************************************************************************/
 178 #endif /*FGWeatherUtils_H*/