source: NEMO/trunk/src/TOP/PISCES/trcini_pisces.F90 @ 10222

Last change on this file since 10222 was 10222, checked in by aumont, 2 years ago

update of the sediment module + enhancement, bug correction in PISCES generating O2 negative values

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 16.0 KB
Line 
1MODULE trcini_pisces
2   !!======================================================================
3   !!                         ***  MODULE trcini_pisces  ***
4   !! TOP :   initialisation of the PISCES biochemical model
5   !!======================================================================
6   !! History :    -   !  1988-07  (E. Maier-Reiner) Original code
7   !!              -   !  1999-10  (O. Aumont, C. Le Quere)
8   !!              -   !  2002     (O. Aumont)  PISCES
9   !!             1.0  !  2005-03  (O. Aumont, A. El Moussaoui) F90
10   !!             2.0  !  2007-12  (C. Ethe, G. Madec) from trcini.pisces.h90
11   !!             3.5  !  2012-05  (C. Ethe) Merge PISCES-LOBSTER
12   !!----------------------------------------------------------------------
13   !! trc_ini_pisces   : PISCES biochemical model initialisation
14   !!----------------------------------------------------------------------
15   USE par_trc         !  TOP parameters
16   USE oce_trc         !  shared variables between ocean and passive tracers
17   USE trc             !  passive tracers common variables
18   USE trcnam_pisces   !  PISCES namelist
19   USE sms_pisces      !  PISCES Source Minus Sink variables
20   USE sedini          !  SEDIMENTS initialization routine
21
22   IMPLICIT NONE
23   PRIVATE
24
25   PUBLIC   trc_ini_pisces   ! called by trcini.F90 module
26
27   !!----------------------------------------------------------------------
28   !! NEMO/TOP 4.0 , NEMO Consortium (2018)
29   !! $Id$
30   !! Software governed by the CeCILL license (see ./LICENSE)
31   !!----------------------------------------------------------------------
32CONTAINS
33
34   SUBROUTINE trc_ini_pisces
35      !!----------------------------------------------------------------------
36      !!                   ***  ROUTINE trc_ini_pisces ***
37      !!
38      !! ** Purpose :   Initialisation of the PISCES biochemical model
39      !!----------------------------------------------------------------------
40      !
41      CALL trc_nam_pisces
42      !
43      IF( ln_p4z .OR. ln_p5z ) THEN  ;   CALL p4z_ini   !  PISCES
44      ELSE                           ;   CALL p2z_ini   !  LOBSTER
45      ENDIF
46
47   END SUBROUTINE trc_ini_pisces
48
49
50   SUBROUTINE p4z_ini
51      !!----------------------------------------------------------------------
52      !!                   ***  ROUTINE p4z_ini ***
53      !!
54      !! ** Purpose :   Initialisation of the PISCES biochemical model
55      !!----------------------------------------------------------------------
56      USE p4zsms          ! Main P4Z routine
57      USE p4zche          !  Chemical model
58      USE p4zsink         !  vertical flux of particulate matter due to sinking
59      USE p4zopt          !  optical model
60      USE p4zsbc          !  Boundary conditions
61      USE p4zfechem       !  Iron chemistry
62      USE p4zrem          !  Remineralisation of organic matter
63      USE p4zflx          !  Gas exchange
64      USE p4zice          !  Co-limitations of differents nutrients
65      USE p4zprod         !  Growth rate of the 2 phyto groups
66      USE p4zmicro        !  Sources and sinks of microzooplankton
67      USE p4zmeso         !  Sources and sinks of mesozooplankton
68      USE p4zmort         !  Mortality terms for phytoplankton
69      USE p4zlys          !  Calcite saturation
70      USE p4zsed          !  Sedimentation & burial
71      USE p4zpoc          !  Remineralization of organic particles
72      USE p4zligand       !  Remineralization of organic ligands
73      USE p5zice          !  Co-limitations of differents nutrients
74      USE p5zprod         !  Growth rate of the 2 phyto groups
75      USE p5zmicro        !  Sources and sinks of microzooplankton
76      USE p5zmeso         !  Sources and sinks of mesozooplankton
77      USE p5zmort         !  Mortality terms for phytoplankton
78      !
79      REAL(wp), SAVE ::   sco2   =  2.312e-3_wp
80      REAL(wp), SAVE ::   alka0  =  2.426e-3_wp
81      REAL(wp), SAVE ::   oxyg0  =  177.6e-6_wp 
82      REAL(wp), SAVE ::   po4    =  2.165e-6_wp 
83      REAL(wp), SAVE ::   bioma0 =  1.000e-8_wp 
84      REAL(wp), SAVE ::   silic1 =  91.51e-6_wp 
85      REAL(wp), SAVE ::   no3    =  30.9e-6_wp * 7.625_wp
86      !
87      INTEGER  ::  ji, jj, jk, jn, ierr
88      REAL(wp) ::  zcaralk, zbicarb, zco3
89      REAL(wp) ::  ztmas, ztmas1
90      CHARACTER(len = 20)  ::  cltra
91      !!----------------------------------------------------------------------
92      !
93      IF(lwp) THEN
94         WRITE(numout,*)
95         IF( ln_p4z ) THEN
96            WRITE(numout,*) 'p4z_ini :   PISCES biochemical model initialisation'
97            WRITE(numout,*) '~~~~~~~'
98         ELSE
99            WRITE(numout,*) 'p5z_ini :   PISCES biochemical model initialisation'
100            WRITE(numout,*) '~~~~~~~     With variable stoichiometry'
101         ENDIF
102      ENDIF
103      !
104      ! Allocate PISCES arrays
105      ierr =         sms_pisces_alloc()         
106      ierr = ierr +  p4z_che_alloc()
107      ierr = ierr +  p4z_sink_alloc()
108      ierr = ierr +  p4z_opt_alloc()
109      ierr = ierr +  p4z_flx_alloc()
110      ierr = ierr +  p4z_sed_alloc()
111      ierr = ierr +  p4z_rem_alloc()
112      IF( ln_p4z ) THEN
113         ierr = ierr +  p4z_lim_alloc()
114         ierr = ierr +  p4z_prod_alloc()
115      ELSE
116         ierr = ierr +  p5z_lim_alloc()
117         ierr = ierr +  p5z_prod_alloc()
118      ENDIF
119      !
120      IF( lk_mpp    )   CALL mpp_sum( ierr )
121      IF( ierr /= 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'pisces_alloc: unable to allocate PISCES arrays' )
122      !
123      ryyss    = nyear_len(1) * rday    ! number of seconds per year
124      r1_ryyss = 1. / ryyss
125      !
126
127      ! assign an index in trc arrays for each prognostic variables
128      DO jn = 1, jptra
129        cltra = ctrcnm(jn) 
130        IF( cltra == 'DIC'      )   jpdic = jn      !: dissolved inoganic carbon concentration
131        IF( cltra == 'Alkalini' )   jptal = jn      !: total alkalinity
132        IF( cltra == 'O2'       )   jpoxy = jn      !: oxygen carbon concentration
133        IF( cltra == 'CaCO3'    )   jpcal = jn      !: calcite  concentration
134        IF( cltra == 'PO4'      )   jppo4 = jn      !: phosphate concentration
135        IF( cltra == 'POC'      )   jppoc = jn      !: small particulate organic phosphate concentration
136        IF( cltra == 'Si'       )   jpsil = jn      !: silicate concentration
137        IF( cltra == 'PHY'      )   jpphy = jn      !: phytoplancton concentration
138        IF( cltra == 'ZOO'      )   jpzoo = jn      !: zooplancton concentration
139        IF( cltra == 'DOC'      )   jpdoc = jn      !: dissolved organic carbon concentration
140        IF( cltra == 'PHY2'     )   jpdia = jn      !: Diatoms Concentration
141        IF( cltra == 'ZOO2'     )   jpmes = jn      !: Mesozooplankton Concentration
142        IF( cltra == 'DSi'      )   jpdsi = jn      !: Diatoms Silicate Concentration
143        IF( cltra == 'Fer'      )   jpfer = jn      !: Iron Concentration
144        IF( cltra == 'BFe'      )   jpbfe = jn      !: Big iron particles Concentration
145        IF( cltra == 'GOC'      )   jpgoc = jn      !: Big particulate organic phosphate concentration
146        IF( cltra == 'SFe'      )   jpsfe = jn      !: Small iron particles Concentration
147        IF( cltra == 'DFe'      )   jpdfe = jn      !: Diatoms iron Concentration
148        IF( cltra == 'GSi'      )   jpgsi = jn      !: (big) Silicate Concentration
149        IF( cltra == 'NFe'      )   jpnfe = jn      !: Nano iron Concentration
150        IF( cltra == 'NCHL'     )   jpnch = jn      !: Nano Chlorophyll Concentration
151        IF( cltra == 'DCHL'     )   jpdch = jn      !: Diatoms Chlorophyll Concentration
152        IF( cltra == 'NO3'      )   jpno3 = jn      !: Nitrates Concentration
153        IF( cltra == 'NH4'      )   jpnh4 = jn      !: Ammonium Concentration
154        IF( cltra == 'DON'      )   jpdon = jn      !: Dissolved organic N Concentration
155        IF( cltra == 'DOP'      )   jpdop = jn      !: Dissolved organic P Concentration
156        IF( cltra == 'PON'      )   jppon = jn      !: Small Nitrogen particle Concentration
157        IF( cltra == 'POP'      )   jppop = jn      !: Small Phosphorus particle Concentration
158        IF( cltra == 'GON'      )   jpgon = jn      !: Big Nitrogen particles Concentration
159        IF( cltra == 'GOP'      )   jpgop = jn      !: Big Phosphorus Concentration
160        IF( cltra == 'PHYN'     )   jpnph = jn      !: Nanophytoplankton N biomass
161        IF( cltra == 'PHYP'     )   jppph = jn      !: Nanophytoplankton P biomass
162        IF( cltra == 'DIAN'     )   jpndi = jn      !: Diatoms N biomass
163        IF( cltra == 'DIAP'     )   jppdi = jn      !: Diatoms P biomass
164        IF( cltra == 'PIC'      )   jppic = jn      !: Picophytoplankton C biomass
165        IF( cltra == 'PICN'     )   jpnpi = jn      !: Picophytoplankton N biomass
166        IF( cltra == 'PICP'     )   jpppi = jn      !: Picophytoplankton P biomass
167        IF( cltra == 'PFe'      )   jppfe = jn      !: Picophytoplankton Fe biomass
168        IF( cltra == 'LGW'      )   jplgw = jn      !: Weak ligands
169        IF( cltra == 'LFe'      )   jpfep = jn      !: Fe nanoparticle
170      END DO
171
172      CALL p4z_sms_init       !  Maint routine
173      !
174
175      ! Set biological ratios
176      ! ---------------------
177      rno3    =  16._wp / 122._wp
178      po4r    =   1._wp / 122._wp
179      o2nit   =  32._wp / 122._wp
180      o2ut    = 133._wp / 122._wp
181      rdenit  =  ( ( o2ut + o2nit ) * 0.80 - rno3 - rno3 * 0.60 ) / rno3
182      rdenita =   3._wp /  5._wp
183      IF( ln_p5z ) THEN
184         no3rat3 = no3rat3 / rno3
185         po4rat3 = po4rat3 / po4r
186      ENDIF
187
188      ! Initialization of tracer concentration in case of  no restart
189      !--------------------------------------------------------------
190      IF( .NOT.ln_rsttr ) THEN 
191         trn(:,:,:,jpdic) = sco2
192         trn(:,:,:,jpdoc) = bioma0
193         trn(:,:,:,jptal) = alka0
194         trn(:,:,:,jpoxy) = oxyg0
195         trn(:,:,:,jpcal) = bioma0
196         trn(:,:,:,jppo4) = po4 / po4r
197         trn(:,:,:,jppoc) = bioma0
198         trn(:,:,:,jpgoc) = bioma0
199         trn(:,:,:,jpbfe) = bioma0 * 5.e-6
200         trn(:,:,:,jpsil) = silic1
201         trn(:,:,:,jpdsi) = bioma0 * 0.15
202         trn(:,:,:,jpgsi) = bioma0 * 5.e-6
203         trn(:,:,:,jpphy) = bioma0
204         trn(:,:,:,jpdia) = bioma0
205         trn(:,:,:,jpzoo) = bioma0
206         trn(:,:,:,jpmes) = bioma0
207         trn(:,:,:,jpfer) = 0.6E-9
208         trn(:,:,:,jpsfe) = bioma0 * 5.e-6
209         trn(:,:,:,jpdfe) = bioma0 * 5.e-6
210         trn(:,:,:,jpnfe) = bioma0 * 5.e-6
211         trn(:,:,:,jpnch) = bioma0 * 12. / 55.
212         trn(:,:,:,jpdch) = bioma0 * 12. / 55.
213         trn(:,:,:,jpno3) = no3
214         trn(:,:,:,jpnh4) = bioma0
215         IF( ln_ligand) THEN
216            trn(:,:,:,jplgw) = 0.6E-9
217            trn(:,:,:,jpfep) = 0. * 5.e-6
218         ENDIF
219         IF( ln_p5z ) THEN
220            trn(:,:,:,jpdon) = bioma0
221            trn(:,:,:,jpdop) = bioma0
222            trn(:,:,:,jppon) = bioma0
223            trn(:,:,:,jppop) = bioma0
224            trn(:,:,:,jpgon) = bioma0
225            trn(:,:,:,jpgop) = bioma0
226            trn(:,:,:,jpnph) = bioma0
227            trn(:,:,:,jppph) = bioma0
228            trn(:,:,:,jppic) = bioma0
229            trn(:,:,:,jpnpi) = bioma0
230            trn(:,:,:,jpppi) = bioma0
231            trn(:,:,:,jpndi) = bioma0
232            trn(:,:,:,jppdi) = bioma0
233            trn(:,:,:,jppfe) = bioma0 * 5.e-6
234            trn(:,:,:,jppch) = bioma0 * 12. / 55.
235         ENDIF
236         ! initialize the half saturation constant for silicate
237         ! ----------------------------------------------------
238         xksi(:,:)    = 2.e-6
239         xksimax(:,:) = xksi(:,:)
240      END IF
241
242
243      CALL p4z_sink_init         !  vertical flux of particulate organic matter
244      CALL p4z_opt_init          !  Optic: PAR in the water column
245      IF( ln_p4z ) THEN
246         CALL p4z_lim_init       !  co-limitations by the various nutrients
247         CALL p4z_prod_init      !  phytoplankton growth rate over the global ocean.
248      ELSE
249         CALL p5z_lim_init       !  co-limitations by the various nutrients
250         CALL p5z_prod_init      !  phytoplankton growth rate over the global ocean.
251      ENDIF
252      CALL p4z_sbc_init          !  boundary conditions
253      CALL p4z_fechem_init       !  Iron chemistry
254      CALL p4z_rem_init          !  remineralisation
255      CALL p4z_poc_init          !  remineralisation of organic particles
256      IF( ln_ligand ) &
257         & CALL p4z_ligand_init  !  remineralisation of organic ligands
258
259      IF( ln_p4z ) THEN
260         CALL p4z_mort_init      !  phytoplankton mortality
261         CALL p4z_micro_init     !  microzooplankton
262         CALL p4z_meso_init      !  mesozooplankton
263      ELSE
264         CALL p5z_mort_init      !  phytoplankton mortality
265         CALL p5z_micro_init     !  microzooplankton
266         CALL p5z_meso_init      !  mesozooplankton
267      ENDIF
268      CALL p4z_lys_init          !  calcite saturation
269      IF( .NOT.l_co2cpl ) &
270        & CALL p4z_flx_init      !  gas exchange
271
272      ! Initialization of the sediment model
273      IF( ln_sediment) THEN
274         CALL sed_init
275      ELSE
276         ALLOCATE( profsed(2) )
277      ENDIF
278
279      IF(lwp) WRITE(numout,*) 
280      IF(lwp) WRITE(numout,*) '   ==>>>   Initialization of PISCES tracers done'
281      IF(lwp) WRITE(numout,*) 
282      !
283   END SUBROUTINE p4z_ini
284
285
286   SUBROUTINE p2z_ini
287      !!----------------------------------------------------------------------
288      !!                   ***  ROUTINE p2z_ini ***
289      !!
290      !! ** Purpose :   Initialisation of the LOBSTER biochemical model
291      !!----------------------------------------------------------------------
292      !
293      USE p2zopt
294      USE p2zexp
295      USE p2zbio
296      USE p2zsed
297      !
298      INTEGER  ::  ji, jj, jk, jn, ierr
299      CHARACTER(len = 10)  ::  cltra
300      !!----------------------------------------------------------------------
301
302      IF(lwp) WRITE(numout,*)
303      IF(lwp) WRITE(numout,*) ' p2z_ini :   LOBSTER biochemical model initialisation'
304      IF(lwp) WRITE(numout,*) ' ~~~~~~~'
305
306      ierr =        sms_pisces_alloc()         
307      ierr = ierr + p2z_exp_alloc()
308      !
309      IF( lk_mpp    )   CALL mpp_sum( ierr )
310      IF( ierr /= 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'p2z_ini: unable to allocate LOBSTER arrays' )
311
312      DO jn = 1, jptra
313        cltra = ctrcnm(jn) 
314        IF( cltra == 'DET' )   jpdet = jn       !: detritus                    [mmoleN/m3]
315        IF( cltra == 'ZOO' )   jpzoo = jn       !: zooplancton concentration   [mmoleN/m3]
316        IF( cltra == 'PHY' )   jpphy = jn       !: phytoplancton concentration [mmoleN/m3]
317        IF( cltra == 'NO3' )   jpno3 = jn       !: nitrate concentration       [mmoleN/m3]
318        IF( cltra == 'NH4' )   jpnh4 = jn       !: ammonium concentration      [mmoleN/m3]
319        IF( cltra == 'DOM' )   jpdom = jn       !: dissolved organic matter    [mmoleN/m3]
320      ENDDO
321
322      jpkb = 10        !  last level where depth less than 200 m
323      DO jk = jpkm1, 1, -1
324         IF( gdept_1d(jk) > 200. ) jpkb = jk 
325      END DO
326      IF (lwp) WRITE(numout,*)
327      IF (lwp) WRITE(numout,*) ' first vertical layers where biology is active (200m depth ) ', jpkb
328      IF (lwp) WRITE(numout,*)
329      jpkbm1 = jpkb - 1
330      !
331
332
333      ! LOBSTER initialisation for GYRE : init NO3=f(density) by asklod AS Kremeur 2005-07
334      ! ----------------------
335      IF( .NOT. ln_rsttr ) THEN             ! in case of  no restart
336         trn(:,:,:,jpdet) = 0.1 * tmask(:,:,:)
337         trn(:,:,:,jpzoo) = 0.1 * tmask(:,:,:)
338         trn(:,:,:,jpnh4) = 0.1 * tmask(:,:,:)
339         trn(:,:,:,jpphy) = 0.1 * tmask(:,:,:)
340         trn(:,:,:,jpdom) = 1.0 * tmask(:,:,:)
341         WHERE( rhd(:,:,:) <= 24.5e-3 )  ;  trn(:,:,:,jpno3) = 2._wp * tmask(:,:,:)
342         ELSE WHERE                      ;  trn(:,:,:,jpno3) = ( 15.55 * ( rhd(:,:,:) * 1000. ) - 380.11 ) * tmask(:,:,:)
343         END WHERE                       
344      ENDIF
345      !                       !  Namelist read
346      CALL p2z_opt_init       !  Optics parameters
347      CALL p2z_sed_init       !  sedimentation
348      CALL p2z_bio_init       !  biology
349      CALL p2z_exp_init       !  export
350      !
351      IF(lwp) WRITE(numout,*) 
352      IF(lwp) WRITE(numout,*) '   ==>>>   Initialization of LOBSTER tracers done'
353      IF(lwp) WRITE(numout,*) 
354      !
355   END SUBROUTINE p2z_ini
356
357   !!======================================================================
358END MODULE trcini_pisces
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.