source: NEMO/trunk/src/TOP/PISCES/P4Z/p5zlim.F90 @ 10227

Last change on this file since 10227 was 10227, checked in by aumont, 2 years ago

rename p4zice and p5zice to their orginal names p4zlim and p5zlim. Namelists files should be changed accordingly.

File size: 35.8 KB
Line 
1MODULE p5zlim
2   !!======================================================================
3   !!                         ***  MODULE p5zlim  ***
4   !! TOP :   PISCES with variable stoichiometry
5   !!======================================================================
6   !! History :   1.0  !  2004     (O. Aumont) Original code
7   !!             2.0  !  2007-12  (C. Ethe, G. Madec)  F90
8   !!             3.4  !  2011-04  (O. Aumont, C. Ethe) Limitation for iron modelled in quota
9   !!             3.6  !  2015-05  (O. Aumont) PISCES quota
10   !!----------------------------------------------------------------------
11   !!   p5z_lim        :   Compute the nutrients limitation terms
12   !!   p5z_lim_init   :   Read the namelist
13   !!----------------------------------------------------------------------
14   USE oce_trc         ! Shared ocean-passive tracers variables
15   USE trc             ! Tracers defined
16   USE sms_pisces      ! PISCES variables
17   USE iom             !  I/O manager
18
19   IMPLICIT NONE
20   PRIVATE
21
22   PUBLIC p5z_lim   
23   PUBLIC p5z_lim_init   
24   PUBLIC p5z_lim_alloc
25
26   !! * Shared module variables
27   REAL(wp), PUBLIC ::  concnno3    !:  NO3, PO4 half saturation   
28   REAL(wp), PUBLIC ::  concpno3    !:  NO3, PO4 half saturation   
29   REAL(wp), PUBLIC ::  concdno3    !:  Phosphate half saturation for diatoms 
30   REAL(wp), PUBLIC ::  concnnh4    !:  NH4 half saturation for phyto 
31   REAL(wp), PUBLIC ::  concpnh4    !:  NH4 half saturation for phyto 
32   REAL(wp), PUBLIC ::  concdnh4    !:  NH4 half saturation for diatoms
33   REAL(wp), PUBLIC ::  concnpo4    !:  NH4 half saturation for diatoms
34   REAL(wp), PUBLIC ::  concppo4    !:  NH4 half saturation for diatoms
35   REAL(wp), PUBLIC ::  concdpo4    !:  NH4 half saturation for diatoms
36   REAL(wp), PUBLIC ::  concnfer    !:  Iron half saturation for nanophyto
37   REAL(wp), PUBLIC ::  concpfer    !:  Iron half saturation for nanophyto
38   REAL(wp), PUBLIC ::  concdfer    !:  Iron half saturation for diatoms 
39   REAL(wp), PUBLIC ::  concbno3    !:  NO3 half saturation  for bacteria
40   REAL(wp), PUBLIC ::  concbnh4    !:  NH4 half saturation for bacteria
41   REAL(wp), PUBLIC ::  concbpo4    !:  PO4 half saturation for bacteria
42   REAL(wp), PUBLIC ::  xsizedia    !:  Minimum size criteria for diatoms
43   REAL(wp), PUBLIC ::  xsizepic    !:  Minimum size criteria for diatoms
44   REAL(wp), PUBLIC ::  xsizephy    !:  Minimum size criteria for nanophyto
45   REAL(wp), PUBLIC ::  xsizern     !:  Size ratio for nanophytoplankton
46   REAL(wp), PUBLIC ::  xsizerp     !:  Size ratio for nanophytoplankton
47   REAL(wp), PUBLIC ::  xsizerd     !:  Size ratio for diatoms
48   REAL(wp), PUBLIC ::  xksi1       !:  half saturation constant for Si uptake
49   REAL(wp), PUBLIC ::  xksi2       !:  half saturation constant for Si/C
50   REAL(wp), PUBLIC ::  xkdoc       !:  2nd half-sat. of DOC remineralization 
51   REAL(wp), PUBLIC ::  concbfe     !:  Fe half saturation for bacteria
52   REAL(wp), PUBLIC ::  oxymin      !:  half saturation constant for anoxia
53   REAL(wp), PUBLIC ::  qfnopt      !:  optimal Fe quota for nanophyto
54   REAL(wp), PUBLIC ::  qfpopt      !:  optimal Fe quota for nanophyto
55   REAL(wp), PUBLIC ::  qfdopt      !:  optimal Fe quota for diatoms
56   REAL(wp), PUBLIC ::  caco3r      !:  mean rainratio
57   REAL(wp), PUBLIC ::  qnnmin      !:  optimal Fe quota for diatoms
58   REAL(wp), PUBLIC ::  qnnmax      !:  optimal Fe quota for diatoms
59   REAL(wp), PUBLIC ::  qpnmin      !:  optimal Fe quota for diatoms
60   REAL(wp), PUBLIC ::  qpnmax      !:  optimal Fe quota for diatoms
61   REAL(wp), PUBLIC ::  qnpmin      !:  optimal Fe quota for diatoms
62   REAL(wp), PUBLIC ::  qnpmax      !:  optimal Fe quota for diatoms
63   REAL(wp), PUBLIC ::  qppmin      !:  optimal Fe quota for diatoms
64   REAL(wp), PUBLIC ::  qppmax      !:  optimal Fe quota for diatoms
65   REAL(wp), PUBLIC ::  qndmin      !:  optimal Fe quota for diatoms
66   REAL(wp), PUBLIC ::  qndmax      !:  optimal Fe quota for diatoms
67   REAL(wp), PUBLIC ::  qpdmin      !:  optimal Fe quota for diatoms
68   REAL(wp), PUBLIC ::  qpdmax      !:  optimal Fe quota for diatoms
69   REAL(wp), PUBLIC ::  qfnmax      !:  optimal Fe quota for diatoms
70   REAL(wp), PUBLIC ::  qfpmax      !:  optimal Fe quota for diatoms
71   REAL(wp), PUBLIC ::  qfdmax      !:  optimal Fe quota for diatoms
72   REAL(wp), PUBLIC ::  zpsinh4
73   REAL(wp), PUBLIC ::  zpsino3
74   REAL(wp), PUBLIC ::  zpsiuptk
75
76   !!*  Allometric variations of the quotas
77   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE,   DIMENSION(:,:,:)  ::   xqnnmin    !: ???
78   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE,   DIMENSION(:,:,:)  ::   xqnnmax    !: ???
79   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE,   DIMENSION(:,:,:)  ::   xqpnmin    !: ???
80   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE,   DIMENSION(:,:,:)  ::   xqpnmax    !: ???
81   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE,   DIMENSION(:,:,:)  ::   xqnpmin    !: ???
82   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE,   DIMENSION(:,:,:)  ::   xqnpmax    !: ???
83   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE,   DIMENSION(:,:,:)  ::   xqppmin    !: ???
84   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE,   DIMENSION(:,:,:)  ::   xqppmax    !: ???
85   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE,   DIMENSION(:,:,:)  ::   xqndmin    !: ???
86   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE,   DIMENSION(:,:,:)  ::   xqndmax    !: ???
87   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE,   DIMENSION(:,:,:)  ::   xqpdmin    !: ???
88   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE,   DIMENSION(:,:,:)  ::   xqpdmax    !: ???
89
90   !!* Phytoplankton limitation terms
91   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)  ::   xnanono3   !: ???
92   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)  ::   xdiatno3   !: ???
93   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)  ::   xnanonh4   !: ???
94   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)  ::   xdiatnh4   !: ???
95   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)  ::   xnanopo4   !: ???
96   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)  ::   xdiatpo4   !: ???
97   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)  ::   xlimphy    !: ???
98   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)  ::   xlimdia    !: ???
99   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)  ::   xlimnfe    !: ???
100   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)  ::   xlimdfe    !: ???
101   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)  ::   xlimsi     !: ???
102   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)  ::   xlimbac    !: ??
103   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)  ::   xlimbacl   !: ??
104   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)  ::   xpicono3   !: ???
105   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)  ::   xpiconh4   !: ???
106   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)  ::   xpicopo4   !: ???
107   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)  ::   xnanodop   !: ???
108   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)  ::   xpicodop   !: ???
109   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)  ::   xdiatdop   !: ???
110   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)  ::   xnanofer   !: ???
111   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)  ::   xpicofer   !: ???
112   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)  ::   xdiatfer   !: ???
113   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)  ::   xlimpic    !: ???
114   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)  ::   xlimpfe    !: ???
115   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)  ::   fvnuptk
116   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)  ::   fvpuptk
117   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)  ::   fvduptk
118
119   ! Coefficient for iron limitation
120   REAL(wp) ::  xcoef1   = 0.00167  / 55.85
121   REAL(wp) ::  xcoef2   = 1.21E-5 * 14. / 55.85 / 7.625 * 0.5 * 1.5
122   REAL(wp) ::  xcoef3   = 1.15E-4 * 14. / 55.85 / 7.625 * 0.5 
123   !!----------------------------------------------------------------------
124   !! NEMO/TOP 4.0 , NEMO Consortium (2018)
125   !! $Id: p5zlim.F90 10070 2018-08-28 14:30:54Z nicolasmartin $
126   !! Software governed by the CeCILL license (see ./LICENSE)
127   !!----------------------------------------------------------------------
128
129CONTAINS
130
131   SUBROUTINE p5z_lim( kt, knt )
132      !!---------------------------------------------------------------------
133      !!                     ***  ROUTINE p5z_lim  ***
134      !!
135      !! ** Purpose :   Compute the co-limitations by the various nutrients
136      !!              for the various phytoplankton species
137      !!
138      !! ** Method  : - ???
139      !!---------------------------------------------------------------------
140      !
141      INTEGER, INTENT(in)  :: kt, knt
142      !
143      INTEGER  ::   ji, jj, jk
144      REAL(wp) ::   zlim1, zlim2, zlim3, zlim4, zno3, zferlim
145      REAL(wp) ::   z1_trndia, z1_trnpic, z1_trnphy, ztem1, ztem2, zetot1
146      REAL(wp) ::   zratio, zration, zratiof, znutlim, zfalim
147      REAL(wp) ::   zconc1d, zconc1dnh4, zconc0n, zconc0nnh4, zconc0npo4, zconc0dpo4
148      REAL(wp) ::   zconc0p, zconc0pnh4, zconc0ppo4, zconcpfe, zconcnfe, zconcdfe
149      REAL(wp) ::   fanano, fananop, fananof, fadiat, fadiatp, fadiatf
150      REAL(wp) ::   fapico, fapicop, fapicof
151      REAL(wp) ::   zrpho, zrass, zcoef, zfuptk, zratchl
152      REAL(wp) ::   zfvn, zfvp, zfvf, zsizen, zsizep, zsized, znanochl, zpicochl, zdiatchl
153      REAL(wp) ::   zqfemn, zqfemp, zqfemd, zbactno3, zbactnh4
154      !!---------------------------------------------------------------------
155      !
156      IF( ln_timing )   CALL timing_start('p5z_lim')
157      !
158      zratchl = 6.0
159      !
160      DO jk = 1, jpkm1
161         DO jj = 1, jpj
162            DO ji = 1, jpi
163               !
164               ! Tuning of the iron concentration to a minimum level that is set to the detection limit
165               !-------------------------------------
166               zno3    = trb(ji,jj,jk,jpno3) / 40.e-6
167               zferlim = MAX( 3e-11 * zno3 * zno3, 5e-12 )
168               zferlim = MIN( zferlim, 7e-11 )
169               trb(ji,jj,jk,jpfer) = MAX( trb(ji,jj,jk,jpfer), zferlim )
170
171               ! Computation of the mean relative size of each community
172               ! -------------------------------------------------------
173               z1_trnphy   = 1. / ( trb(ji,jj,jk,jpphy) + rtrn )
174               z1_trnpic   = 1. / ( trb(ji,jj,jk,jppic) + rtrn )
175               z1_trndia   = 1. / ( trb(ji,jj,jk,jpdia) + rtrn )
176               znanochl = trb(ji,jj,jk,jpnch) * z1_trnphy
177               zpicochl = trb(ji,jj,jk,jppch) * z1_trnpic
178               zdiatchl = trb(ji,jj,jk,jpdch) * z1_trndia
179
180               ! Computation of a variable Ks for iron on diatoms taking into account
181               ! that increasing biomass is made of generally bigger cells
182               !------------------------------------------------
183               zsized            = sized(ji,jj,jk)**0.81
184               zconcdfe          = concdfer * zsized
185               zconc1d           = concdno3 * zsized
186               zconc1dnh4        = concdnh4 * zsized
187               zconc0dpo4        = concdpo4 * zsized
188
189               zsizep            = 1.
190               zconcpfe          = concpfer * zsizep
191               zconc0p           = concpno3 * zsizep
192               zconc0pnh4        = concpnh4 * zsizep
193               zconc0ppo4        = concppo4 * zsizep
194
195               zsizen            = 1.
196               zconcnfe          = concnfer * zsizen
197               zconc0n           = concnno3 * zsizen
198               zconc0nnh4        = concnnh4 * zsizen
199               zconc0npo4        = concnpo4 * zsizen
200
201               ! Allometric variations of the minimum and maximum quotas
202               ! From Talmy et al. (2014) and Maranon et al. (2013)
203               ! -------------------------------------------------------
204               xqnnmin(ji,jj,jk) = qnnmin
205               xqnnmax(ji,jj,jk) = qnnmax
206               xqndmin(ji,jj,jk) = qndmin * sized(ji,jj,jk)**(-0.27) 
207               xqndmax(ji,jj,jk) = qndmax
208               xqnpmin(ji,jj,jk) = qnpmin
209               xqnpmax(ji,jj,jk) = qnpmax
210
211               ! Computation of the optimal allocation parameters
212               ! Based on the different papers by Pahlow et al., and Smith et al.
213               ! -----------------------------------------------------------------
214               znutlim = MAX( trb(ji,jj,jk,jpnh4) / zconc0nnh4,    &
215                 &         trb(ji,jj,jk,jpno3) / zconc0n)
216               fanano = MAX(0.01, MIN(0.99, 1. / ( SQRT(znutlim) + 1.) ) )
217               znutlim = trb(ji,jj,jk,jppo4) / zconc0npo4
218               fananop = MAX(0.01, MIN(0.99, 1. / ( SQRT(znutlim) + 1.) ) )
219               znutlim = biron(ji,jj,jk) / zconcnfe
220               fananof = MAX(0.01, MIN(0.99, 1. / ( SQRT(znutlim) + 1.) ) )
221               znutlim = MAX( trb(ji,jj,jk,jpnh4) / zconc0pnh4,    &
222                 &         trb(ji,jj,jk,jpno3) / zconc0p)
223               fapico = MAX(0.01, MIN(0.99, 1. / ( SQRT(znutlim) + 1.) ) )
224               znutlim = trb(ji,jj,jk,jppo4) / zconc0ppo4
225               fapicop = MAX(0.01, MIN(0.99, 1. / ( SQRT(znutlim) + 1.) ) )
226               znutlim = biron(ji,jj,jk) / zconcpfe
227               fapicof = MAX(0.01, MIN(0.99, 1. / ( SQRT(znutlim) + 1.) ) )
228               znutlim = MAX( trb(ji,jj,jk,jpnh4) / zconc1dnh4,    &
229                 &         trb(ji,jj,jk,jpno3) / zconc1d )
230               fadiat = MAX(0.01, MIN(0.99, 1. / ( SQRT(znutlim) + 1.) ) )
231               znutlim = trb(ji,jj,jk,jppo4) / zconc0dpo4
232               fadiatp = MAX(0.01, MIN(0.99, 1. / ( SQRT(znutlim) + 1.) ) )
233               znutlim = biron(ji,jj,jk) / zconcdfe
234               fadiatf = MAX(0.01, MIN(0.99, 1. / ( SQRT(znutlim) + 1.) ) )
235               !
236               ! Michaelis-Menten Limitation term for nutrients Small bacteria
237               ! -------------------------------------------------------------
238               zbactnh4 = trb(ji,jj,jk,jpnh4) / ( concbnh4 + trb(ji,jj,jk,jpnh4) )
239               zbactno3 = trb(ji,jj,jk,jpno3) / ( concbno3 + trb(ji,jj,jk,jpno3) ) * (1. - zbactnh4)
240               !
241               zlim1    = zbactno3 + zbactnh4
242               zlim2    = trb(ji,jj,jk,jppo4) / ( trb(ji,jj,jk,jppo4) + concbpo4)
243               zlim3    = biron(ji,jj,jk) / ( concbfe + biron(ji,jj,jk) )
244               zlim4    = trb(ji,jj,jk,jpdoc) / ( xkdoc   + trb(ji,jj,jk,jpdoc) )
245               xlimbacl(ji,jj,jk) = MIN( zlim1, zlim2, zlim3 )
246               xlimbac (ji,jj,jk) = xlimbacl(ji,jj,jk) * zlim4
247               !
248               ! Michaelis-Menten Limitation term for nutrients Small flagellates
249               ! -----------------------------------------------
250               zfalim = (1.-fanano) / fanano
251               xnanonh4(ji,jj,jk) = (1. - fanano) * trb(ji,jj,jk,jpnh4) / ( zfalim * zconc0nnh4 + trb(ji,jj,jk,jpnh4) )
252               xnanono3(ji,jj,jk) = (1. - fanano) * trb(ji,jj,jk,jpno3) / ( zfalim * zconc0n + trb(ji,jj,jk,jpno3) )  &
253               &                    * (1. - xnanonh4(ji,jj,jk))
254               !
255               zfalim = (1.-fananop) / fananop
256               xnanopo4(ji,jj,jk) = (1. - fananop) * trb(ji,jj,jk,jppo4) / ( trb(ji,jj,jk,jppo4) + zfalim * zconc0npo4 )
257               xnanodop(ji,jj,jk) = trb(ji,jj,jk,jpdop) / ( trb(ji,jj,jk,jpdop) + xkdoc )   &
258               &                    * ( 1.0 - xnanopo4(ji,jj,jk) )
259               xnanodop(ji,jj,jk) = 0.
260               !
261               zfalim = (1.-fananof) / fananof
262               xnanofer(ji,jj,jk) = (1. - fananof) * biron(ji,jj,jk) / ( biron(ji,jj,jk) + zfalim * zconcnfe )
263               !
264               zratiof   = trb(ji,jj,jk,jpnfe) * z1_trnphy
265               zqfemn = xcoef1 * znanochl + xcoef2 + xcoef3 * xnanono3(ji,jj,jk)
266               !
267               zration = trb(ji,jj,jk,jpnph) * z1_trnphy
268               zration = MIN(xqnnmax(ji,jj,jk), MAX( 2. * xqnnmin(ji,jj,jk), zration ))
269               fvnuptk(ji,jj,jk) = 1. / zpsiuptk * rno3 * 2. * xqnnmin(ji,jj,jk) / (zration + rtrn)  &
270               &                   * MAX(0., (1. - zratchl * znanochl / 12. ) )
271               !
272               zlim1    = max(0., (zration - 2. * xqnnmin(ji,jj,jk) )  &
273               &          / (xqnnmax(ji,jj,jk) - 2. * xqnnmin(ji,jj,jk) ) ) * xqnnmax(ji,jj,jk)  &
274               &          / (zration + rtrn)
275               zlim3    = MAX( 0.,( zratiof - zqfemn ) / qfnopt ) 
276               xlimnfe(ji,jj,jk) = MIN( 1., zlim3 )
277               xlimphy(ji,jj,jk) = MIN( 1., zlim1, zlim3 )
278               !
279               ! Michaelis-Menten Limitation term for nutrients picophytoplankton
280               ! ----------------------------------------------------------------
281               zfalim = (1.-fapico) / fapico 
282               xpiconh4(ji,jj,jk) = (1. - fapico) * trb(ji,jj,jk,jpnh4) / ( zfalim * zconc0pnh4 + trb(ji,jj,jk,jpnh4) )
283               xpicono3(ji,jj,jk) = (1. - fapico) * trb(ji,jj,jk,jpno3) / ( zfalim * zconc0p + trb(ji,jj,jk,jpno3) )  &
284               &                    * (1. - xpiconh4(ji,jj,jk))
285               !
286               zfalim = (1.-fapicop) / fapicop 
287               xpicopo4(ji,jj,jk) = (1. - fapicop) * trb(ji,jj,jk,jppo4) / ( trb(ji,jj,jk,jppo4) + zfalim * zconc0ppo4 )
288               xpicodop(ji,jj,jk) = trb(ji,jj,jk,jpdop) / ( trb(ji,jj,jk,jpdop) + xkdoc )   &
289               &                    * ( 1.0 - xpicopo4(ji,jj,jk) )
290               xpicodop(ji,jj,jk) = 0.
291               !
292               zfalim = (1.-fapicof) / fapicof
293               xpicofer(ji,jj,jk) = (1. - fapicof) * biron(ji,jj,jk) / ( biron(ji,jj,jk) + zfalim * zconcpfe )
294               !
295               zratiof   = trb(ji,jj,jk,jppfe) * z1_trnpic
296               zqfemp = xcoef1 * zpicochl + xcoef2 + xcoef3 * xpicono3(ji,jj,jk)
297               !
298               zration   = trb(ji,jj,jk,jpnpi) * z1_trnpic
299               zration = MIN(xqnpmax(ji,jj,jk), MAX( 2. * xqnpmin(ji,jj,jk), zration ))
300               fvpuptk(ji,jj,jk) = 1. / zpsiuptk * rno3 * 2. * xqnpmin(ji,jj,jk) / (zration + rtrn)  &
301               &                   * MAX(0., (1. - zratchl * zpicochl / 12. ) ) 
302               !
303               zlim1    = max(0., (zration - 2. * xqnpmin(ji,jj,jk) )  &
304               &          / (xqnpmax(ji,jj,jk) - 2. * xqnpmin(ji,jj,jk) ) ) * xqnpmax(ji,jj,jk)  &
305               &          / (zration + rtrn)
306               zlim3    = MAX( 0.,( zratiof - zqfemp ) / qfpopt )
307               xlimpfe(ji,jj,jk) = MIN( 1., zlim3 )
308               xlimpic(ji,jj,jk) = MIN( 1., zlim1, zlim3 )
309               !
310               !   Michaelis-Menten Limitation term for nutrients Diatoms
311               !   ------------------------------------------------------
312               zfalim = (1.-fadiat) / fadiat 
313               xdiatnh4(ji,jj,jk) = (1. - fadiat) * trb(ji,jj,jk,jpnh4) / ( zfalim * zconc1dnh4 + trb(ji,jj,jk,jpnh4) )
314               xdiatno3(ji,jj,jk) = (1. - fadiat) * trb(ji,jj,jk,jpno3) / ( zfalim * zconc1d + trb(ji,jj,jk,jpno3) )  &
315               &                    * (1. - xdiatnh4(ji,jj,jk))
316               !
317               zfalim = (1.-fadiatp) / fadiatp
318               xdiatpo4(ji,jj,jk) = (1. - fadiatp) * trb(ji,jj,jk,jppo4) / ( trb(ji,jj,jk,jppo4) + zfalim * zconc0dpo4 )
319               xdiatdop(ji,jj,jk) = trb(ji,jj,jk,jpdop) / ( trb(ji,jj,jk,jpdop) + xkdoc )  &
320               &                    * ( 1.0 - xdiatpo4(ji,jj,jk) )
321               xdiatdop(ji,jj,jk) = 0.
322               !
323               zfalim = (1.-fadiatf) / fadiatf
324               xdiatfer(ji,jj,jk) = (1. - fadiatf) * biron(ji,jj,jk) / ( biron(ji,jj,jk) + zfalim * zconcdfe )
325               !
326               zratiof   = trb(ji,jj,jk,jpdfe) * z1_trndia
327               zqfemd = xcoef1 * zdiatchl + xcoef2 + xcoef3 * xdiatno3(ji,jj,jk)
328               !
329               zration   = trb(ji,jj,jk,jpndi) * z1_trndia
330               zration = MIN(xqndmax(ji,jj,jk), MAX( 2. * xqndmin(ji,jj,jk), zration ))
331               fvduptk(ji,jj,jk) = 1. / zpsiuptk * rno3 * 2. * xqndmin(ji,jj,jk) / (zration + rtrn)   &
332               &                   * MAX(0., (1. - zratchl * zdiatchl / 12. ) ) 
333               !
334               zlim1    = max(0., (zration - 2. * xqndmin(ji,jj,jk) )    &
335               &          / (xqndmax(ji,jj,jk) - 2. * xqndmin(ji,jj,jk) ) )   &
336               &          * xqndmax(ji,jj,jk) / (zration + rtrn)
337               zlim3    = trb(ji,jj,jk,jpsil) / ( trb(ji,jj,jk,jpsil) + xksi(ji,jj) )
338               zlim4    = MAX( 0., ( zratiof - zqfemd ) / qfdopt )
339               xlimdfe(ji,jj,jk) = MIN( 1., zlim4 )
340               xlimdia(ji,jj,jk) = MIN( 1., zlim1, zlim3, zlim4 )
341               xlimsi(ji,jj,jk)  = MIN( zlim1, zlim4 )
342            END DO
343         END DO
344      END DO
345      !
346      ! Compute the phosphorus quota values. It is based on Litchmann et al., 2004 and Daines et al, 2013.
347      ! The relative contribution of three fonctional pools are computed: light harvesting apparatus,
348      ! nutrient uptake pool and assembly machinery. DNA is assumed to represent 1% of the dry mass of
349      ! phytoplankton (see Daines et al., 2013).
350      ! --------------------------------------------------------------------------------------------------
351      DO jk = 1, jpkm1
352         DO jj = 1, jpj
353            DO ji = 1, jpi
354               ! Size estimation of nanophytoplankton
355               ! ------------------------------------
356               zfvn = 2. * fvnuptk(ji,jj,jk)
357               sizen(ji,jj,jk) = MAX(1., MIN(xsizern, 1.0 / ( MAX(rtrn, zfvn) ) ) )
358
359               ! N/P ratio of nanophytoplankton
360               ! ------------------------------
361               zfuptk = 0.23 * zfvn
362               zrpho = 2.24 * trb(ji,jj,jk,jpnch) / ( trb(ji,jj,jk,jpnph) * rno3 * 15. + rtrn )
363               zrass = 1. - 0.2 - zrpho - zfuptk
364               xqpnmax(ji,jj,jk) = ( zfuptk + zrpho ) * 0.0128 * 16. + zrass * 1./ 7.2 * 16.
365               xqpnmax(ji,jj,jk) = xqpnmax(ji,jj,jk) * trb(ji,jj,jk,jpnph) / ( trb(ji,jj,jk,jpphy) + rtrn ) + 0.13
366               xqpnmin(ji,jj,jk) = 0.13 + 0.23 * 0.0128 * 16.
367
368               ! Size estimation of picophytoplankton
369               ! ------------------------------------
370               zfvn = 2. * fvpuptk(ji,jj,jk)
371               sizep(ji,jj,jk) = MAX(1., MIN(xsizerp, 1.0 / ( MAX(rtrn, zfvn) ) ) )
372
373               ! N/P ratio of picophytoplankton
374               ! ------------------------------
375               zfuptk = 0.35 * zfvn
376               zrpho = 2.24 * trb(ji,jj,jk,jppch) / ( trb(ji,jj,jk,jpnpi) * rno3 * 15. + rtrn )
377               zrass = 1. - 0.4 - zrpho - zfuptk
378               xqppmax(ji,jj,jk) =  (zrpho + zfuptk) * 0.0128 * 16. + zrass * 1./ 9. * 16.
379               xqppmax(ji,jj,jk) = xqppmax(ji,jj,jk) * trb(ji,jj,jk,jpnpi) / ( trb(ji,jj,jk,jppic) + rtrn ) + 0.13
380               xqppmin(ji,jj,jk) = 0.13
381
382               ! Size estimation of diatoms
383               ! --------------------------
384               zfvn = 2. * fvduptk(ji,jj,jk)
385               sized(ji,jj,jk) = MAX(1., MIN(xsizerd, 1.0 / ( MAX(rtrn, zfvn) ) ) )
386               zcoef = trb(ji,jj,jk,jpdia) - MIN(xsizedia, trb(ji,jj,jk,jpdia) )
387               sized(ji,jj,jk) = 1. + xsizerd * zcoef *1E6 / ( 1. + zcoef * 1E6 )
388
389               ! N/P ratio of diatoms
390               ! --------------------
391               zfuptk = 0.2 * zfvn
392               zrpho = 2.24 * trb(ji,jj,jk,jpdch) / ( trb(ji,jj,jk,jpndi) * rno3 * 15. + rtrn )
393               zrass = 1. - 0.2 - zrpho - zfuptk
394               xqpdmax(ji,jj,jk) = ( zfuptk + zrpho ) * 0.0128 * 16. + zrass * 1./ 7.2 * 16.
395               xqpdmax(ji,jj,jk) = xqpdmax(ji,jj,jk) * trb(ji,jj,jk,jpndi) / ( trb(ji,jj,jk,jpdia) + rtrn ) + 0.13
396               xqpdmin(ji,jj,jk) = 0.13 + 0.2 * 0.0128 * 16.
397
398            END DO
399         END DO
400      END DO
401
402      ! Compute the fraction of nanophytoplankton that is made of calcifiers
403      ! --------------------------------------------------------------------
404      DO jk = 1, jpkm1
405         DO jj = 1, jpj
406            DO ji = 1, jpi
407               zlim1 =  trb(ji,jj,jk,jpnh4) / ( trb(ji,jj,jk,jpnh4) + concnnh4 ) + trb(ji,jj,jk,jpno3)    &
408               &        / ( trb(ji,jj,jk,jpno3) + concnno3 ) * ( 1.0 - trb(ji,jj,jk,jpnh4)   &
409               &        / ( trb(ji,jj,jk,jpnh4) + concnnh4 ) )
410               zlim2  = trb(ji,jj,jk,jppo4) / ( trb(ji,jj,jk,jppo4) + concnpo4 )
411               zlim3  = trb(ji,jj,jk,jpfer) / ( trb(ji,jj,jk,jpfer) +  5.E-11 ) 
412               ztem1  = MAX( 0., tsn(ji,jj,jk,jp_tem) )
413               ztem2  = tsn(ji,jj,jk,jp_tem) - 10.
414               zetot1 = MAX( 0., etot(ji,jj,jk) - 1.) / ( 4. + etot(ji,jj,jk) ) * 20. / ( 20. + etot(ji,jj,jk) ) 
415
416!               xfracal(ji,jj,jk) = caco3r * MIN( zlim1, zlim2, zlim3 )                  &
417               xfracal(ji,jj,jk) = caco3r                 &
418               &                   * ztem1 / ( 1. + ztem1 ) * MAX( 1., trb(ji,jj,jk,jpphy)*1E6 )   &
419                  &                * ( 1. + EXP(-ztem2 * ztem2 / 25. ) )         &
420                  &                * zetot1 * MIN( 1., 50. / ( hmld(ji,jj) + rtrn ) )
421               xfracal(ji,jj,jk) = MAX( 0.02, MIN( 0.8 , xfracal(ji,jj,jk) ) )
422            END DO
423         END DO
424      END DO
425      !
426      DO jk = 1, jpkm1
427         DO jj = 1, jpj
428            DO ji = 1, jpi
429               ! denitrification factor computed from O2 levels
430               nitrfac(ji,jj,jk) = MAX(  0.e0, 0.4 * ( 6.e-6  - trb(ji,jj,jk,jpoxy) )    &
431                  &                                / ( oxymin + trb(ji,jj,jk,jpoxy) )  )
432               nitrfac(ji,jj,jk) = MIN( 1., nitrfac(ji,jj,jk) )
433            END DO
434         END DO
435      END DO
436      !
437      IF( lk_iomput .AND. knt == nrdttrc ) THEN        ! save output diagnostics
438        IF( iom_use( "xfracal" ) ) CALL iom_put( "xfracal", xfracal(:,:,:) * tmask(:,:,:) )  ! euphotic layer deptht
439        IF( iom_use( "LNnut"   ) ) CALL iom_put( "LNnut"  , xlimphy(:,:,:) * tmask(:,:,:) )  ! Nutrient limitation term
440        IF( iom_use( "LPnut"   ) ) CALL iom_put( "LPnut"  , xlimpic(:,:,:) * tmask(:,:,:) )  ! Nutrient limitation term
441        IF( iom_use( "LDnut"   ) ) CALL iom_put( "LDnut"  , xlimdia(:,:,:) * tmask(:,:,:) )  ! Nutrient limitation term
442        IF( iom_use( "LNFe"    ) ) CALL iom_put( "LNFe"   , xlimnfe(:,:,:) * tmask(:,:,:) )  ! Iron limitation term
443        IF( iom_use( "LPFe"    ) ) CALL iom_put( "LPFe"   , xlimpfe(:,:,:) * tmask(:,:,:) )  ! Iron limitation term
444        IF( iom_use( "LDFe"    ) ) CALL iom_put( "LDFe"   , xlimdfe(:,:,:) * tmask(:,:,:) )  ! Iron limitation term
445        IF( iom_use( "SIZEN"   ) ) CALL iom_put( "SIZEN"  , sizen(:,:,:) * tmask(:,:,:) )  ! Iron limitation term
446        IF( iom_use( "SIZEP"   ) ) CALL iom_put( "SIZEP"  , sizep(:,:,:) * tmask(:,:,:) )  ! Iron limitation term
447        IF( iom_use( "SIZED"   ) ) CALL iom_put( "SIZED"  , sized(:,:,:) * tmask(:,:,:) )  ! Iron limitation term
448      ENDIF
449      !
450      IF( ln_timing )  CALL timing_stop('p5z_lim')
451      !
452   END SUBROUTINE p5z_lim
453
454
455   SUBROUTINE p5z_lim_init
456      !!----------------------------------------------------------------------
457      !!                  ***  ROUTINE p5z_lim_init  ***
458      !!
459      !! ** Purpose :   Initialization of nutrient limitation parameters
460      !!
461      !! ** Method  :   Read the nampislim and nampisquota namelists and check
462      !!      the parameters called at the first timestep (nittrc000)
463      !!
464      !! ** input   :   Namelist nampislim
465      !!
466      !!----------------------------------------------------------------------
467      INTEGER :: ios                 ! Local integer output status for namelist read
468      !!
469      NAMELIST/namp5zlim/ concnno3, concpno3, concdno3, concnnh4, concpnh4, concdnh4,  &
470         &                concnfer, concpfer, concdfer, concbfe, concnpo4, concppo4,   &
471         &                concdpo4, concbno3, concbnh4, concbpo4, xsizedia, xsizepic,  &
472         &                xsizephy, xsizern, xsizerp, xsizerd, xksi1, xksi2, xkdoc,    &
473         &                caco3r, oxymin
474         !
475      NAMELIST/namp5zquota/ qnnmin, qnnmax, qpnmin, qpnmax, qnpmin, qnpmax, qppmin,      &
476         &                  qppmax, qndmin, qndmax, qpdmin, qpdmax, qfnmax, qfpmax, qfdmax,  &
477         &                  qfnopt, qfpopt, qfdopt
478      !!----------------------------------------------------------------------
479      !
480      REWIND( numnatp_ref )              ! Namelist nampislim in reference namelist : Pisces nutrient limitation parameters
481      READ  ( numnatp_ref, namp5zlim, IOSTAT = ios, ERR = 901)
482901   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'nampislim in reference namelist', lwp )
483      !
484      REWIND( numnatp_cfg )              ! Namelist nampislim in configuration namelist : Pisces nutrient limitation parameters
485      READ  ( numnatp_cfg, namp5zlim, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
486902   IF( ios >  0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'nampislim in configuration namelist', lwp )
487      IF(lwm) WRITE ( numonp, namp5zlim )
488      !
489      IF(lwp) THEN                         ! control print
490         WRITE(numout,*) ' '
491         WRITE(numout,*) ' Namelist parameters for nutrient limitations, namp5zlim'
492         WRITE(numout,*) ' ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~'
493         WRITE(numout,*) '    mean rainratio                           caco3r    = ', caco3r
494         WRITE(numout,*) '    NO3 half saturation of nanophyto         concnno3  = ', concnno3
495         WRITE(numout,*) '    NO3 half saturation of picophyto         concpno3  = ', concpno3
496         WRITE(numout,*) '    NO3 half saturation of diatoms           concdno3  = ', concdno3
497         WRITE(numout,*) '    NH4 half saturation for phyto            concnnh4  = ', concnnh4
498         WRITE(numout,*) '    NH4 half saturation for pico             concpnh4  = ', concpnh4
499         WRITE(numout,*) '    NH4 half saturation for diatoms          concdnh4  = ', concdnh4
500         WRITE(numout,*) '    PO4 half saturation for phyto            concnpo4  = ', concnpo4
501         WRITE(numout,*) '    PO4 half saturation for pico             concppo4  = ', concppo4
502         WRITE(numout,*) '    PO4 half saturation for diatoms          concdpo4  = ', concdpo4
503         WRITE(numout,*) '    half saturation constant for Si uptake   xksi1     = ', xksi1
504         WRITE(numout,*) '    half saturation constant for Si/C        xksi2     = ', xksi2
505         WRITE(numout,*) '    half-sat. of DOC remineralization        xkdoc     = ', xkdoc
506         WRITE(numout,*) '    Iron half saturation for nanophyto       concnfer  = ', concnfer
507         WRITE(numout,*) '    Iron half saturation for picophyto       concpfer  = ', concpfer
508         WRITE(numout,*) '    Iron half saturation for diatoms         concdfer  = ', concdfer
509         WRITE(numout,*) '    size ratio for nanophytoplankton         xsizern   = ', xsizern
510         WRITE(numout,*) '    size ratio for picophytoplankton         xsizerp   = ', xsizerp
511         WRITE(numout,*) '    size ratio for diatoms                   xsizerd   = ', xsizerd
512         WRITE(numout,*) '    NO3 half saturation of bacteria          concbno3  = ', concbno3
513         WRITE(numout,*) '    NH4 half saturation for bacteria         concbnh4  = ', concbnh4
514         WRITE(numout,*) '    Minimum size criteria for diatoms        xsizedia  = ', xsizedia
515         WRITE(numout,*) '    Minimum size criteria for picophyto      xsizepic  = ', xsizepic
516         WRITE(numout,*) '    Minimum size criteria for nanophyto      xsizephy  = ', xsizephy
517         WRITE(numout,*) '    Fe half saturation for bacteria          concbfe   = ', concbfe
518         WRITE(numout,*) '    halk saturation constant for anoxia       oxymin   =' , oxymin
519      ENDIF
520
521      REWIND( numnatp_ref )              ! Namelist nampislim in reference namelist : Pisces nutrient limitation parameters
522      READ  ( numnatp_ref, namp5zquota, IOSTAT = ios, ERR = 903)
523903   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'nampisquota in reference namelist', lwp )
524      !
525      REWIND( numnatp_cfg )              ! Namelist nampislim in configuration namelist : Pisces nutrient limitation parameters
526      READ  ( numnatp_cfg, namp5zquota, IOSTAT = ios, ERR = 904 )
527904   IF( ios >  0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'nampisquota in configuration namelist', lwp )
528      IF(lwm) WRITE ( numonp, namp5zquota )
529      !
530      IF(lwp) THEN                         ! control print
531         WRITE(numout,*) ' '
532         WRITE(numout,*) ' Namelist parameters for nutrient limitations, namp5zquota'
533         WRITE(numout,*) ' ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~'
534         WRITE(numout,*) '    optimal Fe quota for nano.               qfnopt    = ', qfnopt
535         WRITE(numout,*) '    optimal Fe quota for pico.               qfpopt    = ', qfpopt
536         WRITE(numout,*) '    Optimal Fe quota for diatoms             qfdopt    = ', qfdopt
537         WRITE(numout,*) '    Minimal N quota for nano                 qnnmin    = ', qnnmin
538         WRITE(numout,*) '    Maximal N quota for nano                 qnnmax    = ', qnnmax
539         WRITE(numout,*) '    Minimal P quota for nano                 qpnmin    = ', qpnmin
540         WRITE(numout,*) '    Maximal P quota for nano                 qpnmax    = ', qpnmax
541         WRITE(numout,*) '    Minimal N quota for pico                 qnpmin    = ', qnpmin
542         WRITE(numout,*) '    Maximal N quota for pico                 qnpmax    = ', qnpmax
543         WRITE(numout,*) '    Minimal P quota for pico                 qppmin    = ', qppmin
544         WRITE(numout,*) '    Maximal P quota for pico                 qppmax    = ', qppmax
545         WRITE(numout,*) '    Minimal N quota for diatoms              qndmin    = ', qndmin
546         WRITE(numout,*) '    Maximal N quota for diatoms              qndmax    = ', qndmax
547         WRITE(numout,*) '    Minimal P quota for diatoms              qpdmin    = ', qpdmin
548         WRITE(numout,*) '    Maximal P quota for diatoms              qpdmax    = ', qpdmax
549         WRITE(numout,*) '    Maximal Fe quota for nanophyto.          qfnmax    = ', qfnmax
550         WRITE(numout,*) '    Maximal Fe quota for picophyto.          qfpmax    = ', qfpmax
551         WRITE(numout,*) '    Maximal Fe quota for diatoms             qfdmax    = ', qfdmax
552      ENDIF
553      !
554      zpsino3 = 2.3 * rno3
555      zpsinh4 = 1.8 * rno3
556      zpsiuptk = 2.3 * rno3
557      !
558      nitrfac (:,:,:) = 0._wp
559      !
560   END SUBROUTINE p5z_lim_init
561
562
563   INTEGER FUNCTION p5z_lim_alloc()
564      !!----------------------------------------------------------------------
565      !!                     ***  ROUTINE p5z_lim_alloc  ***
566      !!----------------------------------------------------------------------
567      USE lib_mpp , ONLY: ctl_warn
568      INTEGER ::   ierr(2)        ! Local variables
569      !!----------------------------------------------------------------------
570      ierr(:) = 0
571      !
572      !*  Biological arrays for phytoplankton growth
573      ALLOCATE( xpicono3(jpi,jpj,jpk), xpiconh4(jpi,jpj,jpk),       &
574         &      xpicopo4(jpi,jpj,jpk), xpicodop(jpi,jpj,jpk),       &
575         &      xnanodop(jpi,jpj,jpk), xdiatdop(jpi,jpj,jpk),       &
576         &      xnanono3(jpi,jpj,jpk), xdiatno3(jpi,jpj,jpk),       &
577         &      xnanonh4(jpi,jpj,jpk), xdiatnh4(jpi,jpj,jpk),       &
578         &      xnanopo4(jpi,jpj,jpk), xdiatpo4(jpi,jpj,jpk),       &
579         &      xlimphy (jpi,jpj,jpk), xlimdia (jpi,jpj,jpk),       &
580         &      xlimnfe (jpi,jpj,jpk), xlimdfe (jpi,jpj,jpk),       &
581         &      xlimbac (jpi,jpj,jpk), xlimbacl(jpi,jpj,jpk),       &
582         &      xnanofer(jpi,jpj,jpk), xdiatfer(jpi,jpj,jpk),       &
583         &      xpicofer(jpi,jpj,jpk), xlimpfe (jpi,jpj,jpk),       &
584         &      fvnuptk (jpi,jpj,jpk), fvduptk (jpi,jpj,jpk),       &
585         &      fvpuptk (jpi,jpj,jpk), xlimpic (jpi,jpj,jpk),       &
586         &      xlimsi  (jpi,jpj,jpk), STAT=ierr(1) )
587         !
588      !*  Minimum/maximum quotas of phytoplankton
589      ALLOCATE( xqnnmin (jpi,jpj,jpk), xqnnmax(jpi,jpj,jpk),       &
590         &      xqpnmin (jpi,jpj,jpk), xqpnmax(jpi,jpj,jpk),       &
591         &      xqnpmin (jpi,jpj,jpk), xqnpmax(jpi,jpj,jpk),       &
592         &      xqppmin (jpi,jpj,jpk), xqppmax(jpi,jpj,jpk),       &
593         &      xqndmin (jpi,jpj,jpk), xqndmax(jpi,jpj,jpk),       &
594         &      xqpdmin (jpi,jpj,jpk), xqpdmax(jpi,jpj,jpk),     STAT=ierr(2) )
595         !
596      p5z_lim_alloc = MAXVAL( ierr )
597      !
598      IF( p5z_lim_alloc /= 0 ) CALL ctl_warn('p5z_lim_alloc : failed to allocate arrays.')
599      !
600   END FUNCTION p5z_lim_alloc
601   !!======================================================================
602END MODULE p5zlim
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.