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p4zflx.F90 in branches/2012/dev_r3438_LOCEAN15_PISLOB/NEMOGCM/NEMO/TOP_SRC/PISCES/P4Z – NEMO

source: branches/2012/dev_r3438_LOCEAN15_PISLOB/NEMOGCM/NEMO/TOP_SRC/PISCES/P4Z/p4zflx.F90 @ 3443

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branch:2012/dev_r3438_LOCEAN15_PISLOB : 1st step of the merge, see ticket #972

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Line 
1MODULE p4zflx
2   !!======================================================================
3   !!                         ***  MODULE p4zflx  ***
4   !! TOP :   PISCES CALCULATES GAS EXCHANGE AND CHEMISTRY AT SEA SURFACE
5   !!======================================================================
6   !! History :    -   !  1988-07  (E. MAIER-REIMER) Original code
7   !!              -   !  1998     (O. Aumont) additions
8   !!              -   !  1999     (C. Le Quere) modifications
9   !!             1.0  !  2004     (O. Aumont) modifications
10   !!             2.0  !  2007-12  (C. Ethe, G. Madec)  F90
11   !!                  !  2011-02  (J. Simeon, J. Orr) Include total atm P correction
12   !!----------------------------------------------------------------------
13#if defined key_pisces
14   !!----------------------------------------------------------------------
15   !!   'key_pisces'                                       PISCES bio-model
16   !!----------------------------------------------------------------------
17   !!   p4z_flx       :   CALCULATES GAS EXCHANGE AND CHEMISTRY AT SEA SURFACE
18   !!   p4z_flx_init  :   Read the namelist
19   !!   p4z_patm      :   Read sfc atm pressure [atm] for each grid cell
20   !!----------------------------------------------------------------------
21   USE oce_trc                      !  shared variables between ocean and passive tracers
22   USE trc                          !  passive tracers common variables
23   USE sms_pisces                   !  PISCES Source Minus Sink variables
24   USE p4zche                       !  Chemical model
25   USE prtctl_trc                   !  print control for debugging
26   USE iom                          !  I/O manager
27   USE fldread                      !  read input fields
28#if defined key_cpl_carbon_cycle
29   USE sbc_oce, ONLY :  atm_co2     !  atmospheric pCO2               
30#endif
31
32   IMPLICIT NONE
33   PRIVATE
34
35   PUBLIC   p4z_flx 
36   PUBLIC   p4z_flx_init 
37   PUBLIC   p4z_flx_alloc 
38
39   !                                      !!** Namelist  nampisext  **
40   REAL(wp)          ::  atcco2    = 278._wp       !: pre-industrial atmospheric [co2] (ppm)   
41   LOGICAL           ::  ln_co2int = .FALSE.       !: flag to read in a file and interpolate atmospheric pco2 or not
42   CHARACTER(len=34) ::  clname    = 'atcco2.txt'  !: filename of pco2 values
43   INTEGER           ::  nn_offset = 0             !: Offset model-data start year (default = 0)
44
45   !!  Variables related to reading atmospheric CO2 time history   
46   REAL(wp), ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:) :: atcco2h, years
47   INTEGER  :: nmaxrec, numco2
48
49   !                                         !!* nampisatm namelist (Atmospheric PRessure) *
50   LOGICAL, PUBLIC ::   ln_presatm = .true.  !: ref. pressure: global mean Patm (F) or a constant (F)
51
52   REAL(wp) , ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)  ::  patm      ! atmospheric pressure at kt                 [N/m2]
53   TYPE(FLD), ALLOCATABLE,       DIMENSION(:)    ::  sf_patm   ! structure of input fields (file informations, fields read)
54
55
56   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) :: oce_co2   !: ocean carbon flux
57   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) :: satmco2   !: atmospheric pco2
58
59   REAL(wp) ::  t_oce_co2_flx               !: Total ocean carbon flux
60   REAL(wp) ::  t_atm_co2_flx               !: global mean of atmospheric pco2
61   REAL(wp) ::  area                        !: ocean surface
62   REAL(wp) ::  xconv  = 0.01_wp / 3600._wp !: coefficients for conversion
63
64   !!* Substitution
65#  include "top_substitute.h90"
66   !!----------------------------------------------------------------------
67   !! NEMO/TOP 3.3 , NEMO Consortium (2010)
68   !! $Id: p4zflx.F90 3294 2012-01-28 16:44:18Z rblod $
69   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
70   !!----------------------------------------------------------------------
71CONTAINS
72
73   SUBROUTINE p4z_flx ( kt )
74      !!---------------------------------------------------------------------
75      !!                     ***  ROUTINE p4z_flx  ***
76      !!
77      !! ** Purpose :   CALCULATES GAS EXCHANGE AND CHEMISTRY AT SEA SURFACE
78      !!
79      !! ** Method  :
80      !!              - Include total atm P correction via Esbensen & Kushnir (1981)
81      !!              - Pressure correction NOT done for key_cpl_carbon_cycle
82      !!              - Remove Wanninkhof chemical enhancement;
83      !!              - Add option for time-interpolation of atcco2.txt 
84      !!---------------------------------------------------------------------
85      !
86      INTEGER, INTENT(in) ::   kt   !
87      !
88      INTEGER  ::   ji, jj, jm, iind, iindm1
89      REAL(wp) ::   ztc, ztc2, ztc3, zws, zkgwan
90      REAL(wp) ::   zfld, zflu, zfld16, zflu16, zfact
91      REAL(wp) ::   zph, zah2, zbot, zdic, zalk, zsch_o2, zalka, zsch_co2
92      REAL(wp) ::   zyr_dec, zdco2dt
93      CHARACTER (len=25) :: charout
94      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:) :: zkgco2, zkgo2, zh2co3, zoflx 
95      !!---------------------------------------------------------------------
96      !
97      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('p4z_flx')
98      !
99      CALL wrk_alloc( jpi, jpj, zkgco2, zkgo2, zh2co3, zoflx )
100      !
101
102      ! SURFACE CHEMISTRY (PCO2 AND [H+] IN
103      !     SURFACE LAYER); THE RESULT OF THIS CALCULATION
104      !     IS USED TO COMPUTE AIR-SEA FLUX OF CO2
105
106      IF( kt /= nit000 ) CALL p4z_patm( kt )    ! Get sea-level pressure (E&K [1981] climatology) for use in flux calcs
107
108      IF( ln_co2int ) THEN 
109         ! Linear temporal interpolation  of atmospheric pco2.  atcco2.txt has annual values.
110         ! Caveats: First column of .txt must be in years, decimal  years preferably.
111         ! For nn_offset, if your model year is iyy, nn_offset=(years(1)-iyy)
112         ! then the first atmospheric CO2 record read is at years(1)
113         zyr_dec = REAL( nyear + nn_offset, wp ) + REAL( nday_year, wp ) / REAL( nyear_len(1), wp )
114         jm = 2
115         DO WHILE( jm <= nmaxrec .AND. years(jm-1) < zyr_dec .AND. years(jm) >= zyr_dec ) ;  jm = jm + 1 ;  END DO
116         iind = jm  ;   iindm1 = jm - 1
117         zdco2dt = ( atcco2h(iind) - atcco2h(iindm1) ) / ( years(iind) - years(iindm1) + rtrn )
118         atcco2  = zdco2dt * ( zyr_dec - years(iindm1) ) + atcco2h(iindm1)
119         satmco2(:,:) = atcco2 
120      ENDIF
121
122#if defined key_cpl_carbon_cycle
123      satmco2(:,:) = atm_co2(:,:)
124#endif
125
126      DO jm = 1, 10
127!CDIR NOVERRCHK
128         DO jj = 1, jpj
129!CDIR NOVERRCHK
130            DO ji = 1, jpi
131
132               ! DUMMY VARIABLES FOR DIC, H+, AND BORATE
133               zbot  = borat(ji,jj,1)
134               zfact = rhop(ji,jj,1) / 1000. + rtrn
135               zdic  = trn(ji,jj,1,jpdic) / zfact
136               zph   = MAX( hi(ji,jj,1), 1.e-10 ) / zfact
137               zalka = trn(ji,jj,1,jptal) / zfact
138
139               ! CALCULATE [ALK]([CO3--], [HCO3-])
140               zalk  = zalka - (  akw3(ji,jj,1) / zph - zph + zbot / ( 1.+ zph / akb3(ji,jj,1) )  )
141
142               ! CALCULATE [H+] AND [H2CO3]
143               zah2   = SQRT(  (zdic-zalk)**2 + 4.* ( zalk * ak23(ji,jj,1)   &
144                  &                                        / ak13(ji,jj,1) ) * ( 2.* zdic - zalk )  )
145               zah2   = 0.5 * ak13(ji,jj,1) / zalk * ( ( zdic - zalk ) + zah2 )
146               zh2co3(ji,jj) = ( 2.* zdic - zalk ) / ( 2.+ ak13(ji,jj,1) / zah2 ) * zfact
147               hi(ji,jj,1)   = zah2 * zfact
148            END DO
149         END DO
150      END DO
151
152
153      ! --------------
154      ! COMPUTE FLUXES
155      ! --------------
156
157      ! FIRST COMPUTE GAS EXCHANGE COEFFICIENTS
158      ! -------------------------------------------
159
160!CDIR NOVERRCHK
161      DO jj = 1, jpj
162!CDIR NOVERRCHK
163         DO ji = 1, jpi
164            ztc  = MIN( 35., tsn(ji,jj,1,jp_tem) )
165            ztc2 = ztc * ztc
166            ztc3 = ztc * ztc2 
167            ! Compute the schmidt Number both O2 and CO2
168            zsch_co2 = 2073.1 - 125.62 * ztc + 3.6276 * ztc2 - 0.043126 * ztc3
169            zsch_o2  = 1953.4 - 128.0  * ztc + 3.9918 * ztc2 - 0.050091 * ztc3
170            !  wind speed
171            zws  = wndm(ji,jj) * wndm(ji,jj)
172            ! Compute the piston velocity for O2 and CO2
173            zkgwan = 0.3 * zws  + 2.5 * ( 0.5246 + 0.016256 * ztc + 0.00049946  * ztc2 )
174            zkgwan = zkgwan * xconv * ( 1.- fr_i(ji,jj) ) * tmask(ji,jj,1)
175# if defined key_degrad
176            zkgwan = zkgwan * facvol(ji,jj,1)
177#endif 
178            ! compute gas exchange for CO2 and O2
179            zkgco2(ji,jj) = zkgwan * SQRT( 660./ zsch_co2 )
180            zkgo2 (ji,jj) = zkgwan * SQRT( 660./ zsch_o2 )
181         END DO
182      END DO
183
184      DO jj = 1, jpj
185         DO ji = 1, jpi
186            ! Compute CO2 flux for the sea and air
187            zfld = satmco2(ji,jj) * patm(ji,jj) * tmask(ji,jj,1) * chemc(ji,jj,1) * zkgco2(ji,jj)   ! (mol/L) * (m/s)
188            zflu = zh2co3(ji,jj) * tmask(ji,jj,1) * zkgco2(ji,jj)                                   ! (mol/L) (m/s) ?
189            oce_co2(ji,jj) = ( zfld - zflu ) * rfact * e1e2t(ji,jj) * tmask(ji,jj,1) * 1000.
190            ! compute the trend
191            tra(ji,jj,1,jpdic) = tra(ji,jj,1,jpdic) + ( zfld - zflu ) / fse3t(ji,jj,1)
192
193            ! Compute O2 flux
194            zfld16 = atcox * patm(ji,jj) * chemc(ji,jj,2) * tmask(ji,jj,1) * zkgo2(ji,jj)          ! (mol/L) * (m/s)
195            zflu16 = trn(ji,jj,1,jpoxy) * tmask(ji,jj,1) * zkgo2(ji,jj)
196            zoflx(ji,jj) = zfld16 - zflu16
197            tra(ji,jj,1,jpoxy) = tra(ji,jj,1,jpoxy) + zoflx(ji,jj) / fse3t(ji,jj,1)
198         END DO
199      END DO
200
201      t_oce_co2_flx = t_oce_co2_flx + glob_sum( oce_co2(:,:) )            ! Cumulative Total Flux of Carbon
202      IF( kt == nitend ) THEN
203         t_atm_co2_flx = glob_sum( satmco2(:,:) * patm(:,:) * e1e2t(:,:) )            ! Total atmospheric pCO2
204         !
205         t_oce_co2_flx = (-1.) * t_oce_co2_flx  * 12. / 1.e15             ! Conversion in PgC ; negative for out of the ocean
206         t_atm_co2_flx = t_atm_co2_flx  / area                            ! global mean of atmospheric pCO2
207         !
208         IF( lwp) THEN
209            WRITE(numout,*)
210            WRITE(numout,*) ' Global mean of atmospheric pCO2 (ppm) at it= ', kt, ' date= ', ndastp
211            WRITE(numout,*) '------------------------------------------------------- :  ',t_atm_co2_flx
212            WRITE(numout,*)
213            WRITE(numout,*) ' Cumulative total Flux of Carbon out of the ocean (PgC) :'
214            WRITE(numout,*) '-------------------------------------------------------  ',t_oce_co2_flx
215         ENDIF
216         !
217      ENDIF
218
219      IF(ln_ctl)   THEN  ! print mean trends (used for debugging)
220         WRITE(charout, FMT="('flx ')")
221         CALL prt_ctl_trc_info(charout)
222         CALL prt_ctl_trc(tab4d=tra, mask=tmask, clinfo=ctrcnm)
223      ENDIF
224
225      IF( ln_diatrc ) THEN
226         IF( lk_iomput ) THEN
227            CALL iom_put( "Cflx" , oce_co2(:,:) / e1e2t(:,:) / rfact ) 
228            CALL iom_put( "Oflx" , zoflx(:,:) * 1000 * tmask(:,:,1)  )
229            CALL iom_put( "Kg"   , zkgco2(:,:) * tmask(:,:,1) )
230            CALL iom_put( "Dpco2", ( satmco2(:,:) * patm(:,:) - zh2co3(:,:) / ( chemc(:,:,1) + rtrn ) ) * tmask(:,:,1) )
231            CALL iom_put( "Dpo2" , ( atcox * patm(:,:) - trn(:,:,1,jpoxy) / ( chemc(:,:,2) + rtrn ) ) * tmask(:,:,1) )
232         ELSE
233            trc2d(:,:,jp_pcs0_2d    ) = oce_co2(:,:) / e1e2t(:,:) / rfact 
234            trc2d(:,:,jp_pcs0_2d + 1) = zoflx(:,:) * 1000 * tmask(:,:,1) 
235            trc2d(:,:,jp_pcs0_2d + 2) = zkgco2(:,:) * tmask(:,:,1) 
236            trc2d(:,:,jp_pcs0_2d + 3) = ( satmco2(:,:) * patm(:,:) - zh2co3(:,:) / ( chemc(:,:,1) + rtrn ) ) * tmask(:,:,1) 
237         ENDIF
238      ENDIF
239      !
240      CALL wrk_dealloc( jpi, jpj, zkgco2, zkgo2, zh2co3, zoflx )
241      !
242      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('p4z_flx')
243      !
244   END SUBROUTINE p4z_flx
245
246
247   SUBROUTINE p4z_flx_init
248      !!----------------------------------------------------------------------
249      !!                  ***  ROUTINE p4z_flx_init  ***
250      !!
251      !! ** Purpose :   Initialization of atmospheric conditions
252      !!
253      !! ** Method  :   Read the nampisext namelist and check the parameters
254      !!      called at the first timestep (nittrc000)
255      !! ** input   :   Namelist nampisext
256      !!----------------------------------------------------------------------
257      NAMELIST/nampisext/ln_co2int, atcco2, clname, nn_offset
258      INTEGER :: jm
259      !!----------------------------------------------------------------------
260      !
261      REWIND( numnatp )                     ! read numnatp
262      READ  ( numnatp, nampisext )
263      !
264      IF(lwp) THEN                         ! control print
265         WRITE(numout,*) ' '
266         WRITE(numout,*) ' Namelist parameters for air-sea exchange, nampisext'
267         WRITE(numout,*) ' ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~'
268         WRITE(numout,*) '    Choice for reading in the atm pCO2 file or constant value, ln_co2int =', ln_co2int
269         WRITE(numout,*) ' '
270      ENDIF
271      IF( .NOT.ln_co2int ) THEN
272         IF(lwp) THEN                         ! control print
273            WRITE(numout,*) '    Constant Atmospheric pCO2 value  atcco2    =', atcco2
274            WRITE(numout,*) ' '
275         ENDIF
276         satmco2(:,:)  = atcco2      ! Initialisation of atmospheric pco2
277      ELSE
278         IF(lwp)  THEN
279            WRITE(numout,*) '    Atmospheric pCO2 value  from file clname      =', TRIM( clname )
280            WRITE(numout,*) '    Offset model-data start year      nn_offset   =', nn_offset
281            WRITE(numout,*) ' '
282         ENDIF
283         CALL ctl_opn( numco2, TRIM( clname) , 'OLD', 'FORMATTED', 'SEQUENTIAL', -1 , numout, lwp )
284         jm = 0                      ! Count the number of record in co2 file
285         DO
286           READ(numco2,*,END=100) 
287           jm = jm + 1
288         END DO
289 100     nmaxrec = jm - 1 
290         ALLOCATE( years  (nmaxrec) )     ;      years  (:) = 0._wp
291         ALLOCATE( atcco2h(nmaxrec) )     ;      atcco2h(:) = 0._wp
292
293         REWIND(numco2)
294         DO jm = 1, nmaxrec          ! get  xCO2 data
295            READ(numco2, *)  years(jm), atcco2h(jm)
296            IF(lwp) WRITE(numout, '(f6.0,f7.2)')  years(jm), atcco2h(jm)
297         END DO
298         CLOSE(numco2)
299      ENDIF
300      !
301      area = glob_sum( e1e2t(:,:) )        ! interior global domain surface
302      !
303      oce_co2(:,:)  = 0._wp                ! Initialization of Flux of Carbon
304      t_atm_co2_flx = 0._wp
305      t_oce_co2_flx = 0._wp
306      !
307      CALL p4z_patm( nit000 )
308      !
309   END SUBROUTINE p4z_flx_init
310
311   SUBROUTINE p4z_patm( kt )
312
313      !!----------------------------------------------------------------------
314      !!                  ***  ROUTINE p4z_atm  ***
315      !!
316      !! ** Purpose :   Read and interpolate the external atmospheric sea-levl pressure
317      !! ** Method  :   Read the files and interpolate the appropriate variables
318      !!
319      !!----------------------------------------------------------------------
320      !! * arguments
321      INTEGER, INTENT( in  ) ::   kt   ! ocean time step
322      !
323      INTEGER            ::  ierr
324      CHARACTER(len=100) ::  cn_dir   ! Root directory for location of ssr files
325      TYPE(FLD_N)        ::  sn_patm  ! informations about the fields to be read
326      !!
327      NAMELIST/nampisatm/ ln_presatm, sn_patm, cn_dir
328
329      !                                         ! -------------------- !
330      IF( kt == nit000 ) THEN                   ! First call kt=nittrc000 !
331         !                                      ! -------------------- !
332         !                                            !* set file information (default values)
333         ! ... default values (NB: frequency positive => hours, negative => months)
334         !            !   file   ! frequency !  variable  ! time intep !  clim   ! 'yearly' or ! weights  ! rotation !
335         !            !   name   !  (hours)  !   name     !   (T/F)    !  (T/F)  !  'monthly'  ! filename ! pairs    !
336         sn_patm = FLD_N( 'pres'  ,    24     ,  'patm'    ,  .false.   , .true.  ,   'yearly'  , ''       , ''       )
337         cn_dir  = './'          ! directory in which the Patm data are
338
339         REWIND( numnatp )                             !* read in namlist nampisatm
340         READ  ( numnatp, nampisatm ) 
341         !
342         !
343         IF(lwp) THEN                                 !* control print
344            WRITE(numout,*)
345            WRITE(numout,*) '   Namelist nampisatm : Atmospheric Pressure as external forcing'
346            WRITE(numout,*) '      constant atmopsheric pressure (F) or from a file (T)  ln_presatm = ', ln_presatm
347            WRITE(numout,*)
348         ENDIF
349         !
350         IF( ln_presatm ) THEN
351            ALLOCATE( sf_patm(1), STAT=ierr )           !* allocate and fill sf_patm (forcing structure) with sn_patm
352            IF( ierr > 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'p4z_flx: unable to allocate sf_patm structure' )
353            !
354            CALL fld_fill( sf_patm, (/ sn_patm /), cn_dir, 'p4z_flx', 'Atmospheric pressure ', 'nampisatm' )
355                                   ALLOCATE( sf_patm(1)%fnow(jpi,jpj,1)   )
356            IF( sn_patm%ln_tint )  ALLOCATE( sf_patm(1)%fdta(jpi,jpj,1,2) )
357         ENDIF
358         !                                         
359         IF( .NOT.ln_presatm )   patm(:,:) = 1.e0    ! Initialize patm if no reading from a file
360         !
361      ENDIF
362      !
363      IF( ln_presatm ) THEN
364         CALL fld_read( kt, 1, sf_patm )               !* input Patm provided at kt + 1/2
365         patm(:,:) = sf_patm(1)%fnow(:,:,1)                        ! atmospheric pressure
366      ENDIF
367      !
368   END SUBROUTINE p4z_patm
369
370   INTEGER FUNCTION p4z_flx_alloc()
371      !!----------------------------------------------------------------------
372      !!                     ***  ROUTINE p4z_flx_alloc  ***
373      !!----------------------------------------------------------------------
374      ALLOCATE( oce_co2(jpi,jpj), satmco2(jpi,jpj), patm(jpi,jpj), STAT=p4z_flx_alloc )
375      !
376      IF( p4z_flx_alloc /= 0 )   CALL ctl_warn('p4z_flx_alloc : failed to allocate arrays')
377      !
378   END FUNCTION p4z_flx_alloc
379
380#else
381   !!======================================================================
382   !!  Dummy module :                                   No PISCES bio-model
383   !!======================================================================
384CONTAINS
385   SUBROUTINE p4z_flx( kt )                   ! Empty routine
386      INTEGER, INTENT( in ) ::   kt
387      WRITE(*,*) 'p4z_flx: You should not have seen this print! error?', kt
388   END SUBROUTINE p4z_flx
389#endif 
390
391   !!======================================================================
392END MODULE  p4zflx
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.