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 (fgfs@christianmayer.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 11.10.1999 Christian Mayer      changed set<> to map<> on Bernie Bright's
  37                                 suggestion
  38 19.10.1999 Christian Mayer      change to use PLIB's sg instead of Point[2/3]D
  39                                 and lots of wee code cleaning
  40 *****************************************************************************/
  41
  42 /****************************************************************************/
  43 /* SENTRY                                                                   */
  44 /****************************************************************************/
  45 #ifndef FGWeatherUtils_H
  46 #define FGWeatherUtils_H
  47
  48 /****************************************************************************/
  49 /* INCLUDES                                                                 */
  50 /****************************************************************************/
  51 #include <math.h>
  52
  53 /****************************************************************************/
  54 /* DEFINES                                                                  */
  55 /****************************************************************************/
  56
  57 /****************************************************************************/
  58 /*assuming as given:                                                        */
  59 /*                                                                          */
  60 /* t:       temperature in °C                                               */
  61 /* p:       preasure in mbar                                                */
  62 /* //abs_hum: absoloute humidity in g/m^3,                                  */
  63 /* act_vp:  actual vapor pressure pascal                                    */
  64 /*                                                                          */
  65 /* Calculated vaues:                                                        */
  66 /* //max_hum: maximum of humidity in g/m^3,                                 */
  67 /* sat_vp:  saturated vapor pressure in pascal                              */
  68 /* rel_hum: relative humidity in %                                          */
  69 /* dp:      dew point in °C                                                 */
  70 /* wb:      approximate wetbulp in °C                                       */
  71 /*                                                                          */
  72 /* NOTE: Pascal is the SI unit for preasure and is defined as Pa = N/m^2    */
  73 /*       1 mbar = 1 hPa = 100 Pa                                            */
  74 /* NOTE: °C isn't a SI unit, so I should use °K instead. But as all         */
  75 /*       formulas are given in °C and the weather database only uses        */
  76 /*       'normal' temperatures, I've kept it in °C                          */
  77 /****************************************************************************/
  78
  79 #define SAT_VP_CONST1 610.483125
  80 #define SAT_VP_CONST2 7.444072452
  81 #define SAT_VP_CONST3 235.3120919
  82
  83 inline WeatherPrecision sat_vp(const WeatherPrecision temp)
  84 {
  85     //old:
  86     //return 6.112 * pow( 10, (7.5*dp)/(237.7+dp) );    //in mbar
  87
  88     //new:
  89     //advantages: return the result as SI unit pascal and the constants
  90     //are choosen that the correct results are returned for 0°C, 20°C and
  91     //100°C. By 100°C I'm now returning a preasure of 1013.25 hPa
  92     return SAT_VP_CONST1 * pow( 10, (SAT_VP_CONST2*temp)/(SAT_VP_CONST3+temp) );    //in pascal
  93 }
  94
  95 inline WeatherPrecision rel_hum(const WeatherPrecision act_vp, const WeatherPrecision sat_vp)
  96 {
  97     return (act_vp / sat_vp) * 100;     //in %
  98 }
  99
 100 inline WeatherPrecision dp(const WeatherPrecision sat_vp)
 101 {
 102     return (SAT_VP_CONST3*log10(sat_vp/SAT_VP_CONST1))/(SAT_VP_CONST2-log10(sat_vp/SAT_VP_CONST1)); //in °C
 103 }
 104
 105 inline WeatherPrecision wb(const WeatherPrecision t, const WeatherPrecision p, const WeatherPrecision dp)
 106 {
 107     WeatherPrecision e = sat_vp(dp);
 108     WeatherPrecision tcur, tcvp, peq, diff;
 109     WeatherPrecision tmin, tmax;
 110
 111     if (t > dp)
 112     {
 113         tmax = t;
 114         tmin = dp;
 115     }
 116     else
 117     {
 118         tmax = dp;
 119         tmin = t;
 120     }
 121
 122     while (true)
 123     {
 124         tcur=(tmax+tmin)/2;
 125         tcvp=sat_vp(tcur);
 126
 127         peq = 0.000660*(1+0.00155*tcur)*p*(t-tcur);
 128
 129         diff = peq-tcvp+e;
 130
 131         if (fabs(diff) < 0.01)
 132             return tcur;        //in °C
 133
 134         if (diff < 0)
 135             tmax=tcur;
 136         else
 137             tmin=tcur;
 138     };
 139
 140 }
 141
 142 inline WeatherPrecision Celsius(const WeatherPrecision celsius)
 143 {
 144     return celsius + 273.16;                            //Kelvin
 145 }
 146
 147 inline WeatherPrecision Fahrenheit(const WeatherPrecision fahrenheit)
 148 {
 149     return (fahrenheit * 9.0 / 5.0) + 32.0 + 273.16;    //Kelvin
 150 }
 151
 152 inline WeatherPrecision Kelvin2Celsius(const WeatherPrecision kelvin)
 153 {
 154     return kelvin - 273.16;                             //Celsius
 155 }
 156
 157 inline WeatherPrecision Kelvin2Fahrenheit(const WeatherPrecision kelvin)
 158 {
 159     return ((kelvin - 273.16) * 9.0 / 5.0) + 32.0;       //Fahrenheit
 160 }
 161
 162 inline WeatherPrecision Celsius2Fahrenheit(const WeatherPrecision celsius)
 163 {
 164     return (celsius * 9.0 / 5.0) + 32.0;                 //Fahrenheit
 165 }
 166
 167 inline WeatherPrecision Fahrenheit2Celsius(const WeatherPrecision fahrenheit)
 168 {
 169     return (fahrenheit - 32.0) * 5.0 / 9.0;             //Celsius
 170 }
 171
 172 inline WeatherPrecision Torr2Pascal(const WeatherPrecision torr)
 173 {
 174     return (101325.0/760.0)*torr;
 175 }
 176
 177 /****************************************************************************/
 178 /* CLASS DECLARATION                                                        */
 179 /****************************************************************************/
 180
 181 /****************************************************************************/
 182 #endif /*FGWeatherUtils_H*/