source: NEMO/branches/2020/dev_r12563_ASINTER-06_ABL_improvement/src/TOP/PISCES/P4Z/p4zmicro.F90 @ 13159

Last change on this file since 13159 was 13159, checked in by gsamson, 3 months ago

merge trunk@r13136 into ASINTER-06 branch; pass all SETTE tests; results identical to trunk@r13136; ticket #2419

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 14.4 KB
Line 
1MODULE p4zmicro
2   !!======================================================================
3   !!                         ***  MODULE p4zmicro  ***
4   !! TOP :   PISCES Compute the sources/sinks for microzooplankton
5   !!======================================================================
6   !! History :   1.0  !  2004     (O. Aumont) Original code
7   !!             2.0  !  2007-12  (C. Ethe, G. Madec)  F90
8   !!             3.4  !  2011-06  (O. Aumont, C. Ethe) Quota model for iron
9   !!----------------------------------------------------------------------
10   !!   p4z_micro      : Compute the sources/sinks for microzooplankton
11   !!   p4z_micro_init : Initialize and read the appropriate namelist
12   !!----------------------------------------------------------------------
13   USE oce_trc         ! shared variables between ocean and passive tracers
14   USE trc             ! passive tracers common variables
15   USE sms_pisces      ! PISCES Source Minus Sink variables
16   USE p4zlim          ! Co-limitations
17   USE p4zprod         ! production
18   USE iom             ! I/O manager
19   USE prtctl_trc      ! print control for debugging
20
21   IMPLICIT NONE
22   PRIVATE
23
24   PUBLIC   p4z_micro         ! called in p4zbio.F90
25   PUBLIC   p4z_micro_init    ! called in trcsms_pisces.F90
26
27   REAL(wp), PUBLIC ::   part        !: part of calcite not dissolved in microzoo guts
28   REAL(wp), PUBLIC ::   xprefc      !: microzoo preference for POC
29   REAL(wp), PUBLIC ::   xprefn      !: microzoo preference for nanophyto
30   REAL(wp), PUBLIC ::   xprefd      !: microzoo preference for diatoms
31   REAL(wp), PUBLIC ::   xthreshdia  !: diatoms feeding threshold for microzooplankton
32   REAL(wp), PUBLIC ::   xthreshphy  !: nanophyto threshold for microzooplankton
33   REAL(wp), PUBLIC ::   xthreshpoc  !: poc threshold for microzooplankton
34   REAL(wp), PUBLIC ::   xthresh     !: feeding threshold for microzooplankton
35   REAL(wp), PUBLIC ::   resrat      !: exsudation rate of microzooplankton
36   REAL(wp), PUBLIC ::   mzrat       !: microzooplankton mortality rate
37   REAL(wp), PUBLIC ::   grazrat     !: maximal microzoo grazing rate
38   REAL(wp), PUBLIC ::   xkgraz      !: Half-saturation constant of assimilation
39   REAL(wp), PUBLIC ::   unass       !: Non-assimilated part of food
40   REAL(wp), PUBLIC ::   sigma1      !: Fraction of microzoo excretion as DOM
41   REAL(wp), PUBLIC ::   epsher      !: growth efficiency for grazing 1
42   REAL(wp), PUBLIC ::   epshermin   !: minimum growth efficiency for grazing 1
43
44   !! * Substitutions
45#  include "do_loop_substitute.h90"
46   !!----------------------------------------------------------------------
47   !! NEMO/TOP 4.0 , NEMO Consortium (2018)
48   !! $Id$
49   !! Software governed by the CeCILL license (see ./LICENSE)
50   !!----------------------------------------------------------------------
51CONTAINS
52
53   SUBROUTINE p4z_micro( kt, knt, Kbb, Krhs )
54      !!---------------------------------------------------------------------
55      !!                     ***  ROUTINE p4z_micro  ***
56      !!
57      !! ** Purpose :   Compute the sources/sinks for microzooplankton
58      !!
59      !! ** Method  : - ???
60      !!---------------------------------------------------------------------
61      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time step
62      INTEGER, INTENT(in) ::   knt   ! ???
63      INTEGER, INTENT(in) ::   Kbb, Krhs  ! time level indices
64      !
65      INTEGER  :: ji, jj, jk
66      REAL(wp) :: zcompadi, zcompaz , zcompaph, zcompapoc
67      REAL(wp) :: zgraze  , zdenom, zdenom2
68      REAL(wp) :: zfact   , zfood, zfoodlim, zbeta
69      REAL(wp) :: zepsherf, zepshert, zepsherv, zepsherq
70      REAL(wp) :: zgrarsig, zgraztotc, zgraztotn, zgraztotf
71      REAL(wp) :: zgrarem, zgrafer, zgrapoc, zprcaca, zmortz
72      REAL(wp) :: zrespz, ztortz, zgrasrat, zgrasratn
73      REAL(wp) :: zgrazp, zgrazm, zgrazsd
74      REAL(wp) :: zgrazmf, zgrazsf, zgrazpf
75      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) :: zgrazing, zfezoo, zzligprod
76      CHARACTER (len=25) :: charout
77      !!---------------------------------------------------------------------
78      !
79      IF( ln_timing )   CALL timing_start('p4z_micro')
80      !
81      DO_3D_11_11( 1, jpkm1 )
82         zcompaz = MAX( ( tr(ji,jj,jk,jpzoo,Kbb) - 1.e-9 ), 0.e0 )
83         zfact   = xstep * tgfunc2(ji,jj,jk) * zcompaz
84
85         !  Respiration rates of both zooplankton
86         !  -------------------------------------
87         zrespz = resrat * zfact * tr(ji,jj,jk,jpzoo,Kbb) / ( xkmort + tr(ji,jj,jk,jpzoo,Kbb) )  &
88            &   + resrat * zfact * 3. * nitrfac(ji,jj,jk)
89
90         !  Zooplankton mortality. A square function has been selected with
91         !  no real reason except that it seems to be more stable and may mimic predation.
92         !  ---------------------------------------------------------------
93         ztortz = mzrat * 1.e6 * zfact * tr(ji,jj,jk,jpzoo,Kbb) * (1. - nitrfac(ji,jj,jk))
94
95         zcompadi  = MIN( MAX( ( tr(ji,jj,jk,jpdia,Kbb) - xthreshdia ), 0.e0 ), xsizedia )
96         zcompaph  = MAX( ( tr(ji,jj,jk,jpphy,Kbb) - xthreshphy ), 0.e0 )
97         zcompapoc = MAX( ( tr(ji,jj,jk,jppoc,Kbb) - xthreshpoc ), 0.e0 )
98         
99         !     Microzooplankton grazing
100         !     ------------------------
101         zfood     = xprefn * zcompaph + xprefc * zcompapoc + xprefd * zcompadi
102         zfoodlim  = MAX( 0. , zfood - min(xthresh,0.5*zfood) )
103         zdenom    = zfoodlim / ( xkgraz + zfoodlim )
104         zdenom2   = zdenom / ( zfood + rtrn )
105         zgraze    = grazrat * xstep * tgfunc2(ji,jj,jk) * tr(ji,jj,jk,jpzoo,Kbb) * (1. - nitrfac(ji,jj,jk))
106
107         zgrazp    = zgraze  * xprefn * zcompaph  * zdenom2 
108         zgrazm    = zgraze  * xprefc * zcompapoc * zdenom2 
109         zgrazsd   = zgraze  * xprefd * zcompadi  * zdenom2 
110
111         zgrazpf   = zgrazp  * tr(ji,jj,jk,jpnfe,Kbb) / (tr(ji,jj,jk,jpphy,Kbb) + rtrn)
112         zgrazmf   = zgrazm  * tr(ji,jj,jk,jpsfe,Kbb) / (tr(ji,jj,jk,jppoc,Kbb) + rtrn)
113         zgrazsf   = zgrazsd * tr(ji,jj,jk,jpdfe,Kbb) / (tr(ji,jj,jk,jpdia,Kbb) + rtrn)
114         !
115         zgraztotc = zgrazp  + zgrazm  + zgrazsd 
116         zgraztotf = zgrazpf + zgrazsf + zgrazmf 
117         zgraztotn = zgrazp * quotan(ji,jj,jk) + zgrazm + zgrazsd * quotad(ji,jj,jk)
118
119         ! Grazing by microzooplankton
120         zgrazing(ji,jj,jk) = zgraztotc
121
122
123         ! Microzooplankton efficiency.
124         ! We adopt a formulation proposed by Mitra et al. (2007)
125         ! The gross growth efficiency is controled by the most limiting nutrient.
126         ! Growth is also further decreased when the food quality is poor. This is currently
127         ! hard coded : it can be decreased by up to 50% (zepsherq)
128         ! GGE can also be decreased when food quantity is high, zepsherf (Montagnes and
129         ! Fulton, 2012)
130         ! -----------------------------------------------------------------------------
131         zgrasrat  = ( zgraztotf + rtrn ) / ( zgraztotc + rtrn )
132         zgrasratn = ( zgraztotn + rtrn ) / ( zgraztotc + rtrn )
133         zepshert  =  MIN( 1., zgrasratn, zgrasrat / ferat3)
134         zbeta     = MAX(0., (epsher - epshermin) )
135         zepsherf  = epshermin + zbeta / ( 1.0 + 0.04E6 * 12. * zfood * zbeta )
136         zepsherq  = 0.5 + (1.0 - 0.5) * zepshert * ( 1.0 + 1.0 ) / ( zepshert + 1.0 )
137         zepsherv  = zepsherf * zepshert * zepsherq 
138
139         zgrafer   = zgraztotc * MAX( 0. , ( 1. - unass ) * zgrasrat - ferat3 * zepsherv ) 
140         zgrarem   = zgraztotc * ( 1. - zepsherv - unass )
141         zgrapoc   = zgraztotc * unass
142
143         !  Update of the TRA arrays
144         !  ------------------------
145         zgrarsig  = zgrarem * sigma1
146         tr(ji,jj,jk,jppo4,Krhs) = tr(ji,jj,jk,jppo4,Krhs) + zgrarsig
147         tr(ji,jj,jk,jpnh4,Krhs) = tr(ji,jj,jk,jpnh4,Krhs) + zgrarsig
148         tr(ji,jj,jk,jpdoc,Krhs) = tr(ji,jj,jk,jpdoc,Krhs) + zgrarem - zgrarsig
149         !
150         IF( ln_ligand ) THEN
151            tr(ji,jj,jk,jplgw,Krhs) = tr(ji,jj,jk,jplgw,Krhs) + (zgrarem - zgrarsig) * ldocz
152            zzligprod(ji,jj,jk) = (zgrarem - zgrarsig) * ldocz
153         ENDIF
154         !
155         tr(ji,jj,jk,jpoxy,Krhs) = tr(ji,jj,jk,jpoxy,Krhs) - o2ut * zgrarsig
156         tr(ji,jj,jk,jpfer,Krhs) = tr(ji,jj,jk,jpfer,Krhs) + zgrafer
157         zfezoo(ji,jj,jk)    = zgrafer
158         tr(ji,jj,jk,jppoc,Krhs) = tr(ji,jj,jk,jppoc,Krhs) + zgrapoc
159         prodpoc(ji,jj,jk)   = prodpoc(ji,jj,jk) + zgrapoc
160         tr(ji,jj,jk,jpsfe,Krhs) = tr(ji,jj,jk,jpsfe,Krhs) + zgraztotf * unass
161         tr(ji,jj,jk,jpdic,Krhs) = tr(ji,jj,jk,jpdic,Krhs) + zgrarsig
162         tr(ji,jj,jk,jptal,Krhs) = tr(ji,jj,jk,jptal,Krhs) + rno3 * zgrarsig
163         !   Update the arrays TRA which contain the biological sources and sinks
164         !   --------------------------------------------------------------------
165         zmortz = ztortz + zrespz
166         tr(ji,jj,jk,jpzoo,Krhs) = tr(ji,jj,jk,jpzoo,Krhs) - zmortz + zepsherv * zgraztotc 
167         tr(ji,jj,jk,jpphy,Krhs) = tr(ji,jj,jk,jpphy,Krhs) - zgrazp
168         tr(ji,jj,jk,jpdia,Krhs) = tr(ji,jj,jk,jpdia,Krhs) - zgrazsd
169         tr(ji,jj,jk,jpnch,Krhs) = tr(ji,jj,jk,jpnch,Krhs) - zgrazp  * tr(ji,jj,jk,jpnch,Kbb)/(tr(ji,jj,jk,jpphy,Kbb)+rtrn)
170         tr(ji,jj,jk,jpdch,Krhs) = tr(ji,jj,jk,jpdch,Krhs) - zgrazsd * tr(ji,jj,jk,jpdch,Kbb)/(tr(ji,jj,jk,jpdia,Kbb)+rtrn)
171         tr(ji,jj,jk,jpdsi,Krhs) = tr(ji,jj,jk,jpdsi,Krhs) - zgrazsd * tr(ji,jj,jk,jpdsi,Kbb)/(tr(ji,jj,jk,jpdia,Kbb)+rtrn)
172         tr(ji,jj,jk,jpgsi,Krhs) = tr(ji,jj,jk,jpgsi,Krhs) + zgrazsd * tr(ji,jj,jk,jpdsi,Kbb)/(tr(ji,jj,jk,jpdia,Kbb)+rtrn)
173         tr(ji,jj,jk,jpnfe,Krhs) = tr(ji,jj,jk,jpnfe,Krhs) - zgrazpf
174         tr(ji,jj,jk,jpdfe,Krhs) = tr(ji,jj,jk,jpdfe,Krhs) - zgrazsf
175         tr(ji,jj,jk,jppoc,Krhs) = tr(ji,jj,jk,jppoc,Krhs) + zmortz - zgrazm
176         prodpoc(ji,jj,jk) = prodpoc(ji,jj,jk) + zmortz
177         conspoc(ji,jj,jk) = conspoc(ji,jj,jk) - zgrazm
178         tr(ji,jj,jk,jpsfe,Krhs) = tr(ji,jj,jk,jpsfe,Krhs) + ferat3 * zmortz - zgrazmf
179         !
180         ! calcite production
181         zprcaca = xfracal(ji,jj,jk) * zgrazp
182         prodcal(ji,jj,jk) = prodcal(ji,jj,jk) + zprcaca  ! prodcal=prodcal(nanophy)+prodcal(microzoo)+prodcal(mesozoo)
183         !
184         zprcaca = part * zprcaca
185         tr(ji,jj,jk,jpdic,Krhs) = tr(ji,jj,jk,jpdic,Krhs) - zprcaca
186         tr(ji,jj,jk,jptal,Krhs) = tr(ji,jj,jk,jptal,Krhs) - 2. * zprcaca
187         tr(ji,jj,jk,jpcal,Krhs) = tr(ji,jj,jk,jpcal,Krhs) + zprcaca
188      END_3D
189      !
190      IF( lk_iomput .AND. knt == nrdttrc ) THEN
191        IF( iom_use("GRAZ1") ) THEN  !   Total grazing of phyto by zooplankton
192           zgrazing(:,:,jpk) = 0._wp   ; CALL iom_put( "GRAZ1" , zgrazing(:,:,:) * 1.e+3  * rfact2r * tmask(:,:,:) ) 
193         ENDIF
194         IF( iom_use("FEZOO") ) THEN 
195           zfezoo (:,:,jpk) = 0._wp    ; CALL iom_put( "FEZOO", zfezoo(:,:,:) * 1e9 * 1.e+3 * rfact2r * tmask(:,:,:) )
196         ENDIF
197         IF( ln_ligand ) THEN
198            zzligprod(:,:,jpk) = 0._wp ; CALL iom_put( "LPRODZ", zzligprod(:,:,:) * 1e9 * 1.e+3 * rfact2r * tmask(:,:,:))
199         ENDIF
200      ENDIF
201      !
202      IF(sn_cfctl%l_prttrc) THEN      ! print mean trends (used for debugging)
203         WRITE(charout, FMT="('micro')")
204         CALL prt_ctl_trc_info(charout)
205         CALL prt_ctl_trc(tab4d=tr(:,:,:,:,Krhs), mask=tmask, clinfo=ctrcnm)
206      ENDIF
207      !
208      IF( ln_timing )   CALL timing_stop('p4z_micro')
209      !
210   END SUBROUTINE p4z_micro
211
212
213   SUBROUTINE p4z_micro_init
214      !!----------------------------------------------------------------------
215      !!                  ***  ROUTINE p4z_micro_init  ***
216      !!
217      !! ** Purpose :   Initialization of microzooplankton parameters
218      !!
219      !! ** Method  :   Read the nampiszoo namelist and check the parameters
220      !!                called at the first timestep (nittrc000)
221      !!
222      !! ** input   :   Namelist nampiszoo
223      !!
224      !!----------------------------------------------------------------------
225      INTEGER ::   ios   ! Local integer
226      !
227      NAMELIST/namp4zzoo/ part, grazrat, resrat, mzrat, xprefn, xprefc, &
228         &                xprefd,  xthreshdia,  xthreshphy,  xthreshpoc, &
229         &                xthresh, xkgraz, epsher, epshermin, sigma1, unass
230      !!----------------------------------------------------------------------
231      !
232      IF(lwp) THEN
233         WRITE(numout,*) 
234         WRITE(numout,*) 'p4z_micro_init : Initialization of microzooplankton parameters'
235         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~~~'
236      ENDIF
237      !
238      READ  ( numnatp_ref, namp4zzoo, IOSTAT = ios, ERR = 901)
239901   IF( ios /= 0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'namp4zzoo in reference namelist' )
240      READ  ( numnatp_cfg, namp4zzoo, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
241902   IF( ios >  0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'namp4zzoo in configuration namelist' )
242      IF(lwm) WRITE( numonp, namp4zzoo )
243      !
244      IF(lwp) THEN                         ! control print
245         WRITE(numout,*) '   Namelist : namp4zzoo'
246         WRITE(numout,*) '      part of calcite not dissolved in microzoo guts  part        =', part
247         WRITE(numout,*) '      microzoo preference for POC                     xprefc      =', xprefc
248         WRITE(numout,*) '      microzoo preference for nano                    xprefn      =', xprefn
249         WRITE(numout,*) '      microzoo preference for diatoms                 xprefd      =', xprefd
250         WRITE(numout,*) '      diatoms feeding threshold  for microzoo         xthreshdia  =', xthreshdia
251         WRITE(numout,*) '      nanophyto feeding threshold for microzoo        xthreshphy  =', xthreshphy
252         WRITE(numout,*) '      poc feeding threshold for microzoo              xthreshpoc  =', xthreshpoc
253         WRITE(numout,*) '      feeding threshold for microzooplankton          xthresh     =', xthresh
254         WRITE(numout,*) '      exsudation rate of microzooplankton             resrat      =', resrat
255         WRITE(numout,*) '      microzooplankton mortality rate                 mzrat       =', mzrat
256         WRITE(numout,*) '      maximal microzoo grazing rate                   grazrat     =', grazrat
257         WRITE(numout,*) '      non assimilated fraction of P by microzoo       unass       =', unass
258         WRITE(numout,*) '      Efficicency of microzoo growth                  epsher      =', epsher
259         WRITE(numout,*) '      Minimum efficicency of microzoo growth          epshermin   =', epshermin
260         WRITE(numout,*) '      Fraction of microzoo excretion as DOM           sigma1      =', sigma1
261         WRITE(numout,*) '      half sturation constant for grazing 1           xkgraz      =', xkgraz
262      ENDIF
263      !
264   END SUBROUTINE p4z_micro_init
265
266   !!======================================================================
267END MODULE p4zmicro
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.