New URL for NEMO forge!   http://forge.nemo-ocean.eu

Since March 2022 along with NEMO 4.2 release, the code development moved to a self-hosted GitLab.
This present forge is now archived and remained online for history.
p4zsed.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/p4zsed.F90 @ 3475

Last change on this file since 3475 was 3475, checked in by cetlod, 12 years ago

branch:2012/dev_r3438_LOCEAN15_PISLOB last updates from PISCES, hopefully... see ticket #972
File size: 17.7 KB
Line 
1MODULE p4zsed
2   !!======================================================================
3   !!                         ***  MODULE p4sed  ***
4   !! TOP :   PISCES Compute loss of organic matter in the sediments
5   !!======================================================================
6   !! History :   1.0  !  2004-03 (O. Aumont) Original code
7   !!             2.0  !  2007-12 (C. Ethe, G. Madec)  F90
8   !!             3.4  !  2011-06 (C. Ethe) USE of fldread
9   !!             3.5  !  2012-07 (O. Aumont) improvment of river input of nutrients
10   !!----------------------------------------------------------------------
11#if defined key_pisces
12   !!----------------------------------------------------------------------
13   !!   'key_pisces'                                       PISCES bio-model
14   !!----------------------------------------------------------------------
15   !!   p4z_sed        :  Compute loss of organic matter in the sediments
16   !!----------------------------------------------------------------------
17   USE oce_trc         !  shared variables between ocean and passive tracers
18   USE trc             !  passive tracers common variables
19   USE sms_pisces      !  PISCES Source Minus Sink variables
20   USE p4zsink         !  vertical flux of particulate matter due to sinking
21   USE p4zopt          !  optical model
22   USE p4zlim          !  Co-limitations of differents nutrients
23   USE p4zrem          !  Remineralisation of organic matter
24   USE p4zsbc          !  External source of nutrients
25   USE p4zint          !  interpolation and computation of various fields
26   USE iom             !  I/O manager
27   USE prtctl_trc      !  print control for debugging
28
29   IMPLICIT NONE
30   PRIVATE
31
32   PUBLIC   p4z_sed   
33
34   !! * Module variables
35   REAL(wp) :: ryyss                    !: number of seconds per year
36   REAL(wp) :: r1_ryyss                 !: inverse of ryyss
37   REAL(wp) :: rmtss                    !: number of seconds per month
38   REAL(wp) :: r1_rday                  !: inverse of rday
39
40
41   !!* Substitution
42#  include "top_substitute.h90"
43   !!----------------------------------------------------------------------
44   !! NEMO/TOP 3.3 , NEMO Consortium (2010)
45   !! $Header:$
46   !! Software governed by the CeCILL licence (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
47   !!----------------------------------------------------------------------
48CONTAINS
49
50   SUBROUTINE p4z_sed( kt, jnt )
51      !!---------------------------------------------------------------------
52      !!                     ***  ROUTINE p4z_sed  ***
53      !!
54      !! ** Purpose :   Compute loss of organic matter in the sediments. This
55      !!              is by no way a sediment model. The loss is simply
56      !!              computed to balance the inout from rivers and dust
57      !!
58      !! ** Method  : - ???
59      !!---------------------------------------------------------------------
60      !
61      INTEGER, INTENT(in) ::   kt, jnt ! ocean time step
62      INTEGER  ::   ji, jj, jk, ikt
63#if ! defined key_sed
64      REAL(wp) ::   zsumsedsi, zsumsedpo4, zsumsedcal
65      REAL(wp) ::   zrivalk, zrivsil, zrivno3
66#endif
67      REAL(wp) ::  zwflux, zfminus, zfplus
68      REAL(wp) ::  zlim, zfact, zfactcal
69      REAL(wp) ::  zo2, zno3, zflx, zpdenit, z1pdenit
70      REAL(wp) ::  zsiloss, zcaloss, zwsbio3, zwsbio4, zwscal, zdep, zwstpoc
71      REAL(wp) ::  ztrfer, ztrpo4, zwdust
72      CHARACTER (len=25) :: charout
73      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:  ) :: zpdep, zsidep, zwork1, zwork2, zwork3, zwork4
74      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:  ) :: zdenit2d, zironice
75      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) :: znitrpot, zirondep
76      !!---------------------------------------------------------------------
77      !
78      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('p4z_sed')
79      !
80      IF( kt == nit000 .AND. jnt == 1 )  THEN
81         ryyss    = nyear_len(1) * rday    ! number of seconds per year and per month
82         rmtss    = ryyss / raamo
83         r1_rday  = 1. / rday
84         r1_ryyss = 1. / ryyss
85      ENDIF
86      !
87      ! Allocate temporary workspace
88      CALL wrk_alloc( jpi, jpj, zdenit2d, zwork1, zwork2, zwork3, zwork4 )
89      CALL wrk_alloc( jpi, jpj, jpk, znitrpot )
90      zdenit2d(:,:) = 0.e0
91
92      ! Iron input/uptake due to sea ice : Crude parameterization based on Lancelot et al.
93      ! ----------------------------------------------------
94      IF( ln_ironice ) THEN 
95         !                                             
96         CALL wrk_alloc( jpi, jpj, zironice )
97         !                                             
98         DO jj = 1, jpj
99            DO ji = 1, jpi
100               zdep    = rfact2 / fse3t(ji,jj,1)
101               zwflux  = ( emps(ji,jj) - emp(ji,jj) ) &
102               &        * tsn(ji,jj,1,jp_sal) / ( tsn(ji,jj,1,jp_sal) - 6.0 ) / 1000.
103               zfminus = MIN( 0., -zwflux ) * trn(ji,jj,1,jpfer) * zdep
104               zfplus  = MAX( 0., -zwflux ) * 10E-9 * zdep
105               zironice(ji,jj) =  zfplus + zfminus
106            END DO
107         END DO
108         !
109         trn(:,:,1,jpfer) = trn(:,:,1,jpfer) + zironice(:,:) 
110         !                                             
111         IF( ln_diatrc .AND. lk_iomput .AND. jnt == nrdttrc )   &
112            &   CALL iom_put( "Ironice", zironice(:,:) * 1.e+3 * rfact2r * fse3t(:,:,1) * tmask(:,:,1) ) ! iron flux from ice
113         CALL wrk_dealloc( jpi, jpj, zironice )
114         !                                             
115      ENDIF
116
117      ! Add the external input of nutrients from dust deposition
118      ! ----------------------------------------------------------
119      IF( ln_dust ) THEN
120         !                                             
121         CALL wrk_alloc( jpi, jpj,      zpdep, zsidep )
122         CALL wrk_alloc( jpi, jpj, jpk, zirondep      )
123         !                                              ! Iron and Si deposition at the surface
124         IF( ln_solub ) THEN
125            zirondep(:,:,1) = solub(:,:) * dust(:,:) * rfact2 / fse3t(:,:,1) / ( 55.85 * rmtss ) + 3.e-10 * r1_ryyss 
126         ELSE
127            zirondep(:,:,1) = dustsolub  * dust(:,:) * rfact2 / fse3t(:,:,1) / ( 55.85 * rmtss ) + 3.e-10 * r1_ryyss 
128         ENDIF
129         zsidep(:,:) = 8.8 * 0.075 * dust(:,:) * rfact2 / fse3t(:,:,1) / ( 28.1  * rmtss )
130         zpdep (:,:) = 0.1 * 0.021 * dust(:,:) * rfact2 / fse3t(:,:,1) / ( 31.   * rmtss )
131         !                                              ! Iron solubilization of particles in the water column
132         zwdust = 0.005 / ( wdust * 55.85 * 30.42 ) / ( 45. * rday ) 
133         DO jk = 2, jpkm1
134            zirondep(:,:,jk) = dust(:,:) * zwdust * rfact2 * EXP( -fsdept(:,:,jk) / 1000. )
135         END DO
136         !                                              ! Iron solubilization of particles in the water column
137         trn(:,:,1,jppo4) = trn(:,:,1,jppo4) + zpdep   (:,:)
138         trn(:,:,1,jpsil) = trn(:,:,1,jpsil) + zsidep  (:,:)
139         trn(:,:,:,jpfer) = trn(:,:,:,jpfer) + zirondep(:,:,:) 
140         !                                             
141         IF( ln_diatrc ) THEN
142            zfact = 1.e+3 * rfact2r
143            IF( lk_iomput .AND. jnt == nrdttrc ) THEN
144               CALL iom_put( "Irondep", zirondep(:,:,1) * zfact * fse3t(:,:,1) * tmask(:,:,1) ) ! surface downward dust depo of iron
145               CALL iom_put( "pdust"  , dust(:,:) / ( wdust * 30.42 * 0.035 )  * tmask(:,:,1) ) ! dust concentration at surface
146            ELSE
147               trc2d(:,:,jp_pcs0_2d + 11) = zirondep(:,:,1) * zfact * fse3t(:,:,1) * tmask(:,:,1)
148            ENDIF
149         ENDIF
150         CALL wrk_dealloc( jpi, jpj,      zpdep, zsidep )
151         CALL wrk_dealloc( jpi, jpj, jpk, zirondep      )
152         !                                             
153      ENDIF
154     
155      ! Add the external input of nutrients from river
156      ! ----------------------------------------------------------
157      IF( ln_river ) THEN
158         trn(:,:,1,jppo4) = trn(:,:,1,jppo4) + rivdip(:,:) * rfact2
159         trn(:,:,1,jpno3) = trn(:,:,1,jpno3) + rivdin(:,:) * rfact2
160         trn(:,:,1,jpfer) = trn(:,:,1,jpfer) + rivdic(:,:) * 5.e-5 * rfact2
161         trn(:,:,1,jpsil) = trn(:,:,1,jpsil) + rivdsi(:,:) * rfact2
162         trn(:,:,1,jpdic) = trn(:,:,1,jpdic) + rivdic(:,:) * rfact2
163         trn(:,:,1,jptal) = trn(:,:,1,jptal) + ( rivalk(:,:) - rno3 * rivdin(:,:) ) * rfact2
164      ENDIF
165     
166      ! Add the external input of nutrients from nitrogen deposition
167      ! ----------------------------------------------------------
168      IF( ln_ndepo ) THEN
169         trn(:,:,1,jpno3) = trn(:,:,1,jpno3) + nitdep(:,:) * rfact2
170         trn(:,:,1,jptal) = trn(:,:,1,jptal) - rno3 * nitdep(:,:) * rfact2
171      ENDIF
172
173      ! Add the external input of iron from sediment mobilization
174      ! ------------------------------------------------------
175      IF( ln_ironsed ) THEN
176         trn(:,:,:,jpfer) = trn(:,:,:,jpfer) + ironsed(:,:,:) * rfact2
177         !
178         IF( ln_diatrc .AND. lk_iomput .AND. jnt == nrdttrc )   &
179            &   CALL iom_put( "Ironsed", ironsed(:,:,:) * 1.e+3 * tmask(:,:,:) ) ! iron inputs from sediments
180      ENDIF
181
182      ! Add the external input of iron from hydrothermal vents
183      ! ------------------------------------------------------
184      IF( ln_hydrofe ) THEN
185         trn(:,:,:,jpfer) = trn(:,:,:,jpfer) + hydrofe(:,:,:) * rfact2
186         !
187         IF( ln_diatrc .AND. lk_iomput .AND. jnt == nrdttrc )   &
188            &   CALL iom_put( "HYDR", hydrofe(:,:,:) * 1.e+3 * tmask(:,:,:) ) ! hydrothermal iron input
189      ENDIF
190
191#if ! defined key_sed
192      ! Computation of the sediment denitrification proportion: The metamodel from midlleburg (2006) is being used
193      ! -------------------------------------------------------
194      DO jj = 1, jpj
195         DO ji = 1, jpi
196           IF( tmask(ji,jj,1) == 1 ) THEN
197              ikt = mbkt(ji,jj)
198# if defined key_kriest
199              zflx =    trn(ji,jj,ikt,jppoc) * wsbio3(ji,jj,ikt)    * 1E3 * 1E6 / 1E4
200# else
201              zflx = (  trn(ji,jj,ikt,jpgoc) * wsbio4(ji,jj,ikt)   &
202                &     + trn(ji,jj,ikt,jppoc) * wsbio3(ji,jj,ikt) )  * 1E3 * 1E6 / 1E4
203#endif
204              zflx  = LOG10( MAX( 1E-3, zflx ) )
205              zo2   = LOG10( MAX( 10. , trn(ji,jj,ikt,jpoxy) * 1E6 ) )
206              zno3  = LOG10( MAX( 1.  , trn(ji,jj,ikt,jpno3) * 1E6 * rno3 ) )
207              zdep  = LOG10( fsdepw(ji,jj,ikt+1) )
208              zdenit2d(ji,jj) = -2.2567 - 1.185 * zflx - 0.221 * zflx**2 - 0.3995 * zno3 * zo2 + 1.25 * zno3    &
209              &                + 0.4721 * zo2 - 0.0996 * zdep + 0.4256 * zflx * zo2
210              zdenit2d(ji,jj) = 10.0**( zdenit2d(ji,jj) )
211           ENDIF
212         END DO
213      END DO 
214      ! Loss of biogenic silicon, Caco3 organic carbon in the sediments.
215      ! First, the total loss is computed.
216      ! The factor for calcite comes from the alkalinity effect
217      ! -------------------------------------------------------------
218      DO jj = 1, jpj
219         DO ji = 1, jpi
220            ikt = mbkt(ji,jj) 
221# if defined key_kriest
222            zwork1(ji,jj) = trn(ji,jj,ikt,jpgsi) * wscal (ji,jj,ikt)
223            zwork2(ji,jj) = trn(ji,jj,ikt,jppoc) * wsbio3(ji,jj,ikt)
224# else
225            zwork1(ji,jj) = trn(ji,jj,ikt,jpgsi) * wsbio4(ji,jj,ikt)
226            zwork2(ji,jj) = trn(ji,jj,ikt,jpgoc) * wsbio4(ji,jj,ikt) + trn(ji,jj,ikt,jppoc) * wsbio3(ji,jj,ikt) 
227# endif
228            ! For calcite, burial efficiency is made a function of saturation
229            zfactcal      = MIN( excess(ji,jj,ikt), 0.2 )
230            zfactcal      = MIN( 1., 1.3 * ( 0.2 - zfactcal ) / ( 0.4 - zfactcal ) )
231            zwork3(ji,jj) = trn(ji,jj,ikt,jpcal) * wscal (ji,jj,ikt) * 2.e0 * zfactcal
232         END DO
233      END DO
234      zsumsedsi  = glob_sum( zwork1(:,:) * e1e2t(:,:) ) * r1_rday
235      zsumsedpo4 = glob_sum( zwork2(:,:) * e1e2t(:,:) ) * r1_rday
236      zsumsedcal = glob_sum( zwork3(:,:) * e1e2t(:,:) ) * r1_rday
237#endif
238
239      ! THEN this loss is scaled at each bottom grid cell for
240      ! equilibrating the total budget of silica in the ocean.
241      ! Thus, the amount of silica lost in the sediments equal
242      ! the supply at the surface (dust+rivers)
243      ! ------------------------------------------------------
244#if ! defined key_sed
245      zrivsil =  1._wp - ( sumdepsi + rivdsiinput * r1_ryyss ) / zsumsedsi
246      zrivno3 =  1._wp - ( rivdininput * r1_ryyss ) / zsumsedpo4
247#endif
248
249      DO jj = 1, jpj
250         DO ji = 1, jpi
251            ikt  = mbkt(ji,jj)
252            zdep = xstep / fse3t(ji,jj,ikt)
253            zwsbio4 = wsbio4(ji,jj,ikt) * zdep
254            zwscal  = wscal (ji,jj,ikt) * zdep
255# if defined key_kriest
256            zsiloss = trn(ji,jj,ikt,jpgsi) * zwsbio4
257# else
258            zsiloss = trn(ji,jj,ikt,jpgsi) * zwscal
259# endif
260            zcaloss = trn(ji,jj,ikt,jpcal) * zwscal
261            !
262            trn(ji,jj,ikt,jpgsi) = trn(ji,jj,ikt,jpgsi) - zsiloss
263            trn(ji,jj,ikt,jpcal) = trn(ji,jj,ikt,jpcal) - zcaloss
264#if ! defined key_sed
265            trn(ji,jj,ikt,jpsil) = trn(ji,jj,ikt,jpsil) + zsiloss * zrivsil 
266            zfactcal = MIN( excess(ji,jj,ikt), 0.2 )
267            zfactcal = MIN( 1., 1.3 * ( 0.2 - zfactcal ) / ( 0.4 - zfactcal ) )
268            zrivalk  =  1._wp - ( rivalkinput * r1_ryyss ) * zfactcal / zsumsedcal 
269            trn(ji,jj,ikt,jptal) =  trn(ji,jj,ikt,jptal) + zcaloss * zrivalk * 2.0
270            trn(ji,jj,ikt,jpdic) =  trn(ji,jj,ikt,jpdic) + zcaloss * zrivalk
271#endif
272         END DO
273      END DO
274
275      DO jj = 1, jpj
276         DO ji = 1, jpi
277            ikt     = mbkt(ji,jj)
278            zdep    = xstep / fse3t(ji,jj,ikt)
279            zwsbio4 = wsbio4(ji,jj,ikt) * zdep
280            zwsbio3 = wsbio3(ji,jj,ikt) * zdep
281# if ! defined key_kriest
282            trn(ji,jj,ikt,jpgoc) = trn(ji,jj,ikt,jpgoc) - trn(ji,jj,ikt,jpgoc) * zwsbio4
283            trn(ji,jj,ikt,jppoc) = trn(ji,jj,ikt,jppoc) - trn(ji,jj,ikt,jppoc) * zwsbio3
284            trn(ji,jj,ikt,jpbfe) = trn(ji,jj,ikt,jpbfe) - trn(ji,jj,ikt,jpbfe) * zwsbio4
285            trn(ji,jj,ikt,jpsfe) = trn(ji,jj,ikt,jpsfe) - trn(ji,jj,ikt,jpsfe) * zwsbio3
286            zwstpoc =  trn(ji,jj,ikt,jpgoc) * zwsbio4 + trn(ji,jj,ikt,jppoc) * zwsbio3 
287# else
288            trn(ji,jj,ikt,jpnum) = trn(ji,jj,ikt,jpnum) - trn(ji,jj,ikt,jpnum) * zwsbio4
289            trn(ji,jj,ikt,jppoc) = trn(ji,jj,ikt,jppoc) - trn(ji,jj,ikt,jppoc) * zwsbio3
290            trn(ji,jj,ikt,jpsfe) = trn(ji,jj,ikt,jpsfe) - trn(ji,jj,ikt,jpsfe) * zwsbio3
291            zwstpoc = trn(ji,jj,ikt,jppoc) * zwsbio3 
292# endif
293
294#if ! defined key_sed
295            zpdenit  = MIN( ( trn(ji,jj,ikt,jpno3) - rtrn ) / rdenit, zdenit2d(ji,jj) * zwstpoc * zrivno3 )
296            z1pdenit = zwstpoc * zrivno3 - zpdenit
297            trn(ji,jj,ikt,jpdoc) = trn(ji,jj,ikt,jpdoc) + z1pdenit
298            trn(ji,jj,ikt,jppo4) = trn(ji,jj,ikt,jppo4) + zpdenit
299            trn(ji,jj,ikt,jpnh4) = trn(ji,jj,ikt,jpnh4) + zpdenit
300            trn(ji,jj,ikt,jpno3) = trn(ji,jj,ikt,jpno3) - rdenit * zpdenit
301            trn(ji,jj,ikt,jptal) = trn(ji,jj,ikt,jptal) + rno3 * ( 1. + rdenit ) * zpdenit
302            trn(ji,jj,ikt,jpdic) = trn(ji,jj,ikt,jpdic) + zpdenit
303            zwork4(ji,jj) = rdenit * zpdenit * fse3t(ji,jj,ikt)
304#endif
305         END DO
306      END DO
307
308      ! Nitrogen fixation process
309      !-----------------------------------
310      DO jk = 1, jpkm1
311         DO jj = 1, jpj
312            DO ji = 1, jpi
313               !                                       ! Potential nitrogen fixation dependant on temperature and iron
314               zlim = ( 1.- xnanono3(ji,jj,jk) - xnanonh4(ji,jj,jk) )
315               IF( zlim <= 0.2 )   zlim = 0.01
316#if defined key_degrad
317               zfact = zlim * rfact2 * facvol(ji,jj,jk)
318#else
319               zfact = zlim * rfact2
320#endif
321               ztrfer = biron(ji,jj,jk)       / ( concfediaz + biron(ji,jj,jk)       )
322               ztrpo4 = trn  (ji,jj,jk,jppo4) / ( concnnh4   + trn  (ji,jj,jk,jppo4) ) 
323               znitrpot(ji,jj,jk) =  MAX( 0.e0, ( 0.6 * tgfunc(ji,jj,jk) - 2.15 ) * r1_rday )   &
324                 &         *  zfact * MIN( ztrfer, ztrpo4 ) * ( 1.- EXP( -etot(ji,jj,jk) / diazolight ) )
325            END DO
326         END DO
327      END DO
328 
329      ! Nitrogen change due to nitrogen fixation
330      ! ----------------------------------------
331      DO jk = 1, jpkm1
332         DO jj = 1, jpj
333            DO ji = 1, jpi
334               zfact = znitrpot(ji,jj,jk) * nitrfix
335               trn(ji,jj,jk,jpnh4) = trn(ji,jj,jk,jpnh4) +             zfact
336               trn(ji,jj,jk,jptal) = trn(ji,jj,jk,jptal) + rno3      * zfact
337               trn(ji,jj,jk,jpoxy) = trn(ji,jj,jk,jpoxy) + o2nit     * zfact 
338               trn(ji,jj,jk,jppo4) = trn(ji,jj,jk,jppo4) + 30. / 46. * zfact
339           END DO
340         END DO
341      END DO
342      !
343      IF( ln_diatrc ) THEN
344         zfact = 1.e+3 * rfact2r
345         IF( lk_iomput .AND. jnt == nrdttrc ) THEN
346            CALL iom_put( "Nfix"  , znitrpot(:,:,:) * nitrfix * rno3 * zfact * tmask(:,:,:) )  ! nitrogen fixation
347            CALL iom_put( "Sdenit", zwork4(:,:)               * rno3 * zfact * tmask(:,:,1) )  ! Nitrate reduction in the sediments
348         ELSE
349            trc2d(:,:,jp_pcs0_2d + 12) = znitrpot(:,:,1) * nitrfix * zfact * fse3t(:,:,1) * tmask(:,:,1)
350         ENDIF
351      ENDIF
352      !
353      IF(ln_ctl) THEN  ! print mean trends (USEd for debugging)
354         WRITE(charout, fmt="('sed ')")
355         CALL prt_ctl_trc_info(charout)
356         CALL prt_ctl_trc(tab4d=trn, mask=tmask, clinfo=ctrcnm)
357      ENDIF
358      !
359      CALL wrk_dealloc( jpi, jpj, zdenit2d, zwork1, zwork2, zwork3, zwork4 )
360      CALL wrk_dealloc( jpi, jpj, jpk, znitrpot )
361      !
362      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('p4z_sed')
363      !
364   END SUBROUTINE p4z_sed
365
366#else
367   !!======================================================================
368   !!  Dummy module :                                   No PISCES bio-model
369   !!======================================================================
370CONTAINS
371   SUBROUTINE p4z_sed                         ! Empty routine
372   END SUBROUTINE p4z_sed
373#endif 
374
375   !!======================================================================
376END MODULE  p4zsed
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.