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.
p4zsink.F90 in branches/2012/dev_v3_4_STABLE_2012/NEMOGCM/NEMO/TOP_SRC/PISCES – NEMO

source: branches/2012/dev_v3_4_STABLE_2012/NEMOGCM/NEMO/TOP_SRC/PISCES/p4zsink.F90 @ 3879

Last change on this file since 3879 was 3830, checked in by cetlod, 11 years ago

v3.4 stable: bugfixes on mesozoo efficiency calculation, see ticket #1067
  • Property svn:keywords set to Id
File size: 32.5 KB
Line 
1MODULE p4zsink
2   !!======================================================================
3   !!                         ***  MODULE p4zsink  ***
4   !! TOP :  PISCES  vertical flux of particulate matter due to gravitational sinking
5   !!======================================================================
6   !! History :   1.0  !  2004     (O. Aumont) Original code
7   !!             2.0  !  2007-12  (C. Ethe, G. Madec)  F90
8   !!             3.4  !  2011-06  (O. Aumont, C. Ethe) Change aggregation formula
9   !!----------------------------------------------------------------------
10#if defined key_pisces
11   !!----------------------------------------------------------------------
12   !!   p4z_sink       :  Compute vertical flux of particulate matter due to gravitational sinking
13   !!   p4z_sink_init  :  Unitialisation of sinking speed parameters
14   !!   p4z_sink_alloc :  Allocate sinking speed variables
15   !!----------------------------------------------------------------------
16   USE oce_trc         !  shared variables between ocean and passive tracers
17   USE trc             !  passive tracers common variables
18   USE sms_pisces      !  PISCES Source Minus Sink variables
19   USE prtctl_trc      !  print control for debugging
20   USE iom             !  I/O manager
21   USE lib_fortran     ! Fortran utilities (allows no signed zero when 'key_nosignedzero' defined)
22
23   IMPLICIT NONE
24   PRIVATE
25
26   PUBLIC   p4z_sink         ! called in p4zbio.F90
27   PUBLIC   p4z_sink_init    ! called in trcsms_pisces.F90
28   PUBLIC   p4z_sink_alloc
29
30   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   wsbio3   !: POC sinking speed
31   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   wsbio4   !: GOC sinking speed
32   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   wscal    !: Calcite and BSi sinking speeds
33
34   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   sinking, sinking2  !: POC sinking fluxes
35   !                                                          !  (different meanings depending on the parameterization)
36   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   sinkcal, sinksil   !: CaCO3 and BSi sinking fluxes
37   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   sinkfer            !: Small BFe sinking fluxes
38#if ! defined key_kriest
39   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   sinkfer2           !: Big iron sinking fluxes
40#endif
41
42   INTEGER  :: iksed  = 10
43
44#if  defined key_kriest
45   REAL(wp) ::  xkr_sfact    = 250.     !: Sinking factor
46   REAL(wp) ::  xkr_stick    = 0.2      !: Stickiness
47   REAL(wp) ::  xkr_nnano    = 2.337    !: Nbr of cell in nano size class
48   REAL(wp) ::  xkr_ndiat    = 3.718    !: Nbr of cell in diatoms size class
49   REAL(wp) ::  xkr_nmeso    = 7.147    !: Nbr of cell in mesozoo  size class
50   REAL(wp) ::  xkr_naggr    = 9.877    !: Nbr of cell in aggregates  size class
51
52   REAL(wp) ::  xkr_frac 
53
54   REAL(wp), PUBLIC ::  xkr_dnano       !: Size of particles in nano pool
55   REAL(wp), PUBLIC ::  xkr_ddiat       !: Size of particles in diatoms pool
56   REAL(wp), PUBLIC ::  xkr_dmeso       !: Size of particles in mesozoo pool
57   REAL(wp), PUBLIC ::  xkr_daggr       !: Size of particles in aggregates pool
58   REAL(wp), PUBLIC ::  xkr_wsbio_min   !: min vertical particle speed
59   REAL(wp), PUBLIC ::  xkr_wsbio_max   !: max vertical particle speed
60
61   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:) ::   xnumm   !:  maximum number of particles in aggregates
62#endif
63
64   !!* Substitution
65#  include "top_substitute.h90"
66   !!----------------------------------------------------------------------
67   !! NEMO/TOP 3.3 , NEMO Consortium (2010)
68   !! $Id$
69   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
70   !!----------------------------------------------------------------------
71CONTAINS
72
73#if defined key_kriest
74   !!----------------------------------------------------------------------
75   !!   'key_kriest'                                                    ???
76   !!----------------------------------------------------------------------
77
78   SUBROUTINE p4z_sink ( kt, jnt )
79      !!---------------------------------------------------------------------
80      !!                ***  ROUTINE p4z_sink  ***
81      !!
82      !! ** Purpose :   Compute vertical flux of particulate matter due to
83      !!              gravitational sinking - Kriest parameterization
84      !!
85      !! ** Method  : - ???
86      !!---------------------------------------------------------------------
87      !
88      INTEGER, INTENT(in) :: kt, jnt
89      !
90      INTEGER  :: ji, jj, jk
91      REAL(wp) :: zagg1, zagg2, zagg3, zagg4, zagg5, zaggsi, zaggsh
92      REAL(wp) :: zagg , zaggdoc, znumdoc
93      REAL(wp) :: znum , zeps, zfm, zgm, zsm
94      REAL(wp) :: zdiv , zdiv1, zdiv2, zdiv3, zdiv4, zdiv5
95      REAL(wp) :: zval1, zval2, zval3, zval4
96      REAL(wp) :: zrfact2
97      INTEGER  :: ik1
98      CHARACTER (len=25) :: charout
99      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) :: znum3d 
100      !!---------------------------------------------------------------------
101      !
102      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('p4z_sink')
103      !
104      CALL wrk_alloc( jpi, jpj, jpk, znum3d )
105      !
106      !     Initialisation of variables used to compute Sinking Speed
107      !     ---------------------------------------------------------
108
109      znum3d(:,:,:) = 0.e0
110      zval1 = 1. + xkr_zeta
111      zval2 = 1. + xkr_zeta + xkr_eta
112      zval3 = 1. + xkr_eta
113
114      !     Computation of the vertical sinking speed : Kriest et Evans, 2000
115      !     -----------------------------------------------------------------
116
117      DO jk = 1, jpkm1
118         DO jj = 1, jpj
119            DO ji = 1, jpi
120               IF( tmask(ji,jj,jk) /= 0.e0 ) THEN
121                  znum = trn(ji,jj,jk,jppoc) / ( trn(ji,jj,jk,jpnum) + rtrn ) / xkr_massp
122                  ! -------------- To avoid sinking speed over 50 m/day -------
123                  znum  = MIN( xnumm(jk), znum )
124                  znum  = MAX( 1.1      , znum )
125                  znum3d(ji,jj,jk) = znum
126                  !------------------------------------------------------------
127                  zeps  = ( zval1 * znum - 1. )/ ( znum - 1. )
128                  zfm   = xkr_frac**( 1. - zeps )
129                  zgm   = xkr_frac**( zval1 - zeps )
130                  zdiv  = MAX( 1.e-4, ABS( zeps - zval2 ) ) * SIGN( 1., ( zeps - zval2 ) )
131                  zdiv1 = zeps - zval3
132                  wsbio3(ji,jj,jk) = xkr_wsbio_min * ( zeps - zval1 ) / zdiv    &
133                     &             - xkr_wsbio_max *   zgm * xkr_eta  / zdiv
134                  wsbio4(ji,jj,jk) = xkr_wsbio_min *   ( zeps-1. )    / zdiv1   &
135                     &             - xkr_wsbio_max *   zfm * xkr_eta  / zdiv1
136                  IF( znum == 1.1)   wsbio3(ji,jj,jk) = wsbio4(ji,jj,jk)
137               ENDIF
138            END DO
139         END DO
140      END DO
141
142      wscal(:,:,:) = MAX( wsbio3(:,:,:), 50._wp )
143
144      !   INITIALIZE TO ZERO ALL THE SINKING ARRAYS
145      !   -----------------------------------------
146
147      sinking (:,:,:) = 0.e0
148      sinking2(:,:,:) = 0.e0
149      sinkcal (:,:,:) = 0.e0
150      sinkfer (:,:,:) = 0.e0
151      sinksil (:,:,:) = 0.e0
152
153     !   Compute the sedimentation term using p4zsink2 for all the sinking particles
154     !   -----------------------------------------------------
155
156      CALL p4z_sink2( wsbio3, sinking , jppoc )
157      CALL p4z_sink2( wsbio4, sinking2, jpnum )
158      CALL p4z_sink2( wsbio3, sinkfer , jpsfe )
159      CALL p4z_sink2( wscal , sinksil , jpgsi )
160      CALL p4z_sink2( wscal , sinkcal , jpcal )
161
162     !  Exchange between organic matter compartments due to coagulation/disaggregation
163     !  ---------------------------------------------------
164
165      zval1 = 1. + xkr_zeta
166      zval2 = 1. + xkr_eta
167      zval3 = 3. + xkr_eta
168      zval4 = 4. + xkr_eta
169
170      DO jk = 1,jpkm1
171         DO jj = 1,jpj
172            DO ji = 1,jpi
173               IF( tmask(ji,jj,jk) /= 0.e0 ) THEN
174
175                  znum = trn(ji,jj,jk,jppoc)/(trn(ji,jj,jk,jpnum)+rtrn) / xkr_massp
176                  !-------------- To avoid sinking speed over 50 m/day -------
177                  znum  = min(xnumm(jk),znum)
178                  znum  = MAX( 1.1,znum)
179                  !------------------------------------------------------------
180                  zeps  = ( zval1 * znum - 1.) / ( znum - 1.)
181                  zdiv  = MAX( 1.e-4, ABS( zeps - zval3) ) * SIGN( 1., zeps - zval3 )
182                  zdiv1 = MAX( 1.e-4, ABS( zeps - 4.   ) ) * SIGN( 1., zeps - 4.    )
183                  zdiv2 = zeps - 2.
184                  zdiv3 = zeps - 3.
185                  zdiv4 = zeps - zval2
186                  zdiv5 = 2.* zeps - zval4
187                  zfm   = xkr_frac**( 1.- zeps )
188                  zsm   = xkr_frac**xkr_eta
189
190                  !    Part I : Coagulation dependant on turbulence
191                  !    ----------------------------------------------
192
193                  zagg1 = ( 0.163 * trn(ji,jj,jk,jpnum)**2               &
194                     &            * 2.*( (zfm-1.)*(zfm*xkr_mass_max**3-xkr_mass_min**3)    &
195                     &            * (zeps-1)/zdiv1 + 3.*(zfm*xkr_mass_max-xkr_mass_min)    &
196                     &            * (zfm*xkr_mass_max**2-xkr_mass_min**2)                  &
197                     &            * (zeps-1.)**2/(zdiv2*zdiv3)) 
198                  zagg2 =  2*0.163*trn(ji,jj,jk,jpnum)**2*zfm*                       &
199                     &                   ((xkr_mass_max**3+3.*(xkr_mass_max**2          &
200                     &                    *xkr_mass_min*(zeps-1.)/zdiv2                 &
201                     &                    +xkr_mass_max*xkr_mass_min**2*(zeps-1.)/zdiv3)    &
202                     &                    +xkr_mass_min**3*(zeps-1)/zdiv1)                  &
203                     &                    -zfm*xkr_mass_max**3*(1.+3.*((zeps-1.)/           &
204                     &                    (zeps-2.)+(zeps-1.)/zdiv3)+(zeps-1.)/zdiv1))   
205
206                  zagg3 =  0.163*trn(ji,jj,jk,jpnum)**2*zfm**2*8. * xkr_mass_max**3 
207                 
208                 !    Aggregation of small into large particles
209                 !    Part II : Differential settling
210                 !    ----------------------------------------------
211
212                  zagg4 =  2.*3.141*0.125*trn(ji,jj,jk,jpnum)**2*                       &
213                     &                 xkr_wsbio_min*(zeps-1.)**2                         &
214                     &                 *(xkr_mass_min**2*((1.-zsm*zfm)/(zdiv3*zdiv4)      &
215                     &                 -(1.-zfm)/(zdiv*(zeps-1.)))-                       &
216                     &                 ((zfm*zfm*xkr_mass_max**2*zsm-xkr_mass_min**2)     &
217                     &                 *xkr_eta)/(zdiv*zdiv3*zdiv5) )   
218
219                  zagg5 =   2.*3.141*0.125*trn(ji,jj,jk,jpnum)**2                         &
220                     &                 *(zeps-1.)*zfm*xkr_wsbio_min                        &
221                     &                 *(zsm*(xkr_mass_min**2-zfm*xkr_mass_max**2)         &
222                     &                 /zdiv3-(xkr_mass_min**2-zfm*zsm*xkr_mass_max**2)    &
223                     &                 /zdiv) 
224                  zaggsi = ( zagg4 + zagg5 ) * xstep / 10.
225
226                  zagg = 0.5 * xkr_stick * ( zaggsh + zaggsi )
227
228                  !     Aggregation of DOC to small particles
229                  !     --------------------------------------
230
231                  zaggdoc = ( 0.4 * trn(ji,jj,jk,jpdoc)               &
232                     &        + 1018.  * trn(ji,jj,jk,jppoc)  ) * xstep    &
233                     &        * xdiss(ji,jj,jk) * trn(ji,jj,jk,jpdoc)
234
235# if defined key_degrad
236                   zagg1   = zagg1   * facvol(ji,jj,jk)                 
237                   zagg2   = zagg2   * facvol(ji,jj,jk)                 
238                   zagg3   = zagg3   * facvol(ji,jj,jk)                 
239                   zagg4   = zagg4   * facvol(ji,jj,jk)                 
240                   zagg5   = zagg5   * facvol(ji,jj,jk)                 
241                   zaggdoc = zaggdoc * facvol(ji,jj,jk)                 
242# endif
243                  zaggsh = ( zagg1 + zagg2 + zagg3 ) * rfact2 * xdiss(ji,jj,jk) / 1000.
244                  zaggsi = ( zagg4 + zagg5 ) * xstep / 10.
245                  zagg = 0.5 * xkr_stick * ( zaggsh + zaggsi )
246                  !
247                  znumdoc = trn(ji,jj,jk,jpnum) / ( trn(ji,jj,jk,jppoc) + rtrn )
248                  tra(ji,jj,jk,jppoc) = tra(ji,jj,jk,jppoc) + zaggdoc
249                  tra(ji,jj,jk,jpnum) = tra(ji,jj,jk,jpnum) + zaggdoc * znumdoc - zagg
250                  tra(ji,jj,jk,jpdoc) = tra(ji,jj,jk,jpdoc) - zaggdoc
251
252               ENDIF
253            END DO
254         END DO
255      END DO
256
257      IF( ln_diatrc ) THEN
258         !
259         ik1 = iksed + 1
260         zrfact2 = 1.e3 * rfact2r
261         IF( jnt == nrdttrc ) THEN
262           CALL iom_put( "POCFlx"  , sinking (:,:,:)      * zrfact2 * tmask(:,:,:) )  ! POC export
263           CALL iom_put( "NumFlx"  , sinking2 (:,:,:)     * zrfact2 * tmask(:,:,:) )  ! Num export
264           CALL iom_put( "SiFlx"   , sinksil (:,:,:)      * zrfact2 * tmask(:,:,:) )  ! Silica export
265           CALL iom_put( "CaCO3Flx", sinkcal (:,:,:)      * zrfact2 * tmask(:,:,:) )  ! Calcite export
266           CALL iom_put( "xnum"    , znum3d  (:,:,:)                * tmask(:,:,:) )  ! Number of particles in aggregats
267           CALL iom_put( "W1"      , wsbio3  (:,:,:)                * tmask(:,:,:) )  ! sinking speed of POC
268           CALL iom_put( "W2"      , wsbio4  (:,:,:)                * tmask(:,:,:) )  ! sinking speed of aggregats
269         ENDIF
270# if ! defined key_iomput
271         trc2d(:,:  ,jp_pcs0_2d + 4)  = sinking (:,:,ik1)    * zrfact2 * tmask(:,:,1)
272         trc2d(:,:  ,jp_pcs0_2d + 5)  = sinking2(:,:,ik1)    * zrfact2 * tmask(:,:,1)
273         trc2d(:,:  ,jp_pcs0_2d + 6)  = sinkfer (:,:,ik1)    * zrfact2 * tmask(:,:,1)
274         trc2d(:,:  ,jp_pcs0_2d + 7)  = sinksil (:,:,ik1)    * zrfact2 * tmask(:,:,1)
275         trc2d(:,:  ,jp_pcs0_2d + 8)  = sinkcal (:,:,ik1)    * zrfact2 * tmask(:,:,1)
276         trc3d(:,:,:,jp_pcs0_3d + 11) = sinking (:,:,:)      * zrfact2 * tmask(:,:,:)
277         trc3d(:,:,:,jp_pcs0_3d + 12) = sinking2(:,:,:)      * zrfact2 * tmask(:,:,:)
278         trc3d(:,:,:,jp_pcs0_3d + 13) = sinksil (:,:,:)      * zrfact2 * tmask(:,:,:)
279         trc3d(:,:,:,jp_pcs0_3d + 14) = sinkcal (:,:,:)      * zrfact2 * tmask(:,:,:)
280         trc3d(:,:,:,jp_pcs0_3d + 15) = znum3d  (:,:,:)                * tmask(:,:,:)
281         trc3d(:,:,:,jp_pcs0_3d + 16) = wsbio3  (:,:,:)                * tmask(:,:,:)
282         trc3d(:,:,:,jp_pcs0_3d + 17) = wsbio4  (:,:,:)                * tmask(:,:,:)
283# endif
284        !
285      ENDIF
286      !
287      IF(ln_ctl)   THEN  ! print mean trends (used for debugging)
288         WRITE(charout, FMT="('sink')")
289         CALL prt_ctl_trc_info(charout)
290         CALL prt_ctl_trc(tab4d=tra, mask=tmask, clinfo=ctrcnm)
291      ENDIF
292      !
293      CALL wrk_dealloc( jpi, jpj, jpk, znum3d )
294      !
295      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('p4z_sink')
296      !
297   END SUBROUTINE p4z_sink
298
299
300   SUBROUTINE p4z_sink_init
301      !!----------------------------------------------------------------------
302      !!                  ***  ROUTINE p4z_sink_init  ***
303      !!
304      !! ** Purpose :   Initialization of sinking parameters
305      !!                Kriest parameterization only
306      !!
307      !! ** Method  :   Read the nampiskrs namelist and check the parameters
308      !!      called at the first timestep
309      !!
310      !! ** input   :   Namelist nampiskrs
311      !!----------------------------------------------------------------------
312      INTEGER  ::   jk, jn, kiter
313      REAL(wp) ::   znum, zdiv
314      REAL(wp) ::   zws, zwr, zwl,wmax, znummax
315      REAL(wp) ::   zmin, zmax, zl, zr, xacc
316      !
317      NAMELIST/nampiskrs/ xkr_sfact, xkr_stick ,  &
318         &                xkr_nnano, xkr_ndiat, xkr_nmeso, xkr_naggr
319      !!----------------------------------------------------------------------
320      !
321      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('p4z_sink_init')
322      !
323      REWIND( numnatp )                     ! read nampiskrs
324      READ  ( numnatp, nampiskrs )
325
326      IF(lwp) THEN
327         WRITE(numout,*)
328         WRITE(numout,*) ' Namelist : nampiskrs'
329         WRITE(numout,*) '    Sinking factor                           xkr_sfact    = ', xkr_sfact
330         WRITE(numout,*) '    Stickiness                               xkr_stick    = ', xkr_stick
331         WRITE(numout,*) '    Nbr of cell in nano size class           xkr_nnano    = ', xkr_nnano
332         WRITE(numout,*) '    Nbr of cell in diatoms size class        xkr_ndiat    = ', xkr_ndiat
333         WRITE(numout,*) '    Nbr of cell in mesozoo size class        xkr_nmeso    = ', xkr_nmeso
334         WRITE(numout,*) '    Nbr of cell in aggregates size class     xkr_naggr    = ', xkr_naggr
335      ENDIF
336
337
338      ! max and min vertical particle speed
339      xkr_wsbio_min = xkr_sfact * xkr_mass_min**xkr_eta
340      xkr_wsbio_max = xkr_sfact * xkr_mass_max**xkr_eta
341      WRITE(numout,*) ' max and min vertical particle speed ', xkr_wsbio_min, xkr_wsbio_max
342
343      !
344      !    effect of the sizes of the different living pools on particle numbers
345      !    nano = 2um-20um -> mean size=6.32 um -> ws=2.596 -> xnum=xnnano=2.337
346      !    diat and microzoo = 10um-200um -> 44.7 -> 8.732 -> xnum=xndiat=3.718
347      !    mesozoo = 200um-2mm -> 632.45 -> 45.14 -> xnum=xnmeso=7.147
348      !    aggregates = 200um-10mm -> 1414 -> 74.34 -> xnum=xnaggr=9.877
349      !    doc aggregates = 1um
350      ! ----------------------------------------------------------
351
352      xkr_dnano = 1. / ( xkr_massp * xkr_nnano )
353      xkr_ddiat = 1. / ( xkr_massp * xkr_ndiat )
354      xkr_dmeso = 1. / ( xkr_massp * xkr_nmeso )
355      xkr_daggr = 1. / ( xkr_massp * xkr_naggr )
356
357      !!---------------------------------------------------------------------
358      !!    'key_kriest'                                                  ???
359      !!---------------------------------------------------------------------
360      !  COMPUTATION OF THE VERTICAL PROFILE OF MAXIMUM SINKING SPEED
361      !  Search of the maximum number of particles in aggregates for each k-level.
362      !  Bissection Method
363      !--------------------------------------------------------------------
364      WRITE(numout,*)
365      WRITE(numout,*)'    kriest : Compute maximum number of particles in aggregates'
366
367      xacc     =  0.001_wp
368      kiter    = 50
369      zmin     =  1.10_wp
370      zmax     = xkr_mass_max / xkr_mass_min
371      xkr_frac = zmax
372
373      DO jk = 1,jpk
374         zl = zmin
375         zr = zmax
376         wmax = 0.5 * fse3t(1,1,jk) * rday / rfact2
377         zdiv = xkr_zeta + xkr_eta - xkr_eta * zl
378         znum = zl - 1.
379         zwl =  xkr_wsbio_min * xkr_zeta / zdiv &
380            & - ( xkr_wsbio_max * xkr_eta * znum * &
381            &     xkr_frac**( -xkr_zeta / znum ) / zdiv ) &
382            & - wmax
383
384         zdiv = xkr_zeta + xkr_eta - xkr_eta * zr
385         znum = zr - 1.
386         zwr =  xkr_wsbio_min * xkr_zeta / zdiv &
387            & - ( xkr_wsbio_max * xkr_eta * znum * &
388            &     xkr_frac**( -xkr_zeta / znum ) / zdiv ) &
389            & - wmax
390iflag:   DO jn = 1, kiter
391            IF    ( zwl == 0._wp ) THEN   ;   znummax = zl
392            ELSEIF( zwr == 0._wp ) THEN   ;   znummax = zr
393            ELSE
394               znummax = ( zr + zl ) / 2.
395               zdiv = xkr_zeta + xkr_eta - xkr_eta * znummax
396               znum = znummax - 1.
397               zws =  xkr_wsbio_min * xkr_zeta / zdiv &
398                  & - ( xkr_wsbio_max * xkr_eta * znum * &
399                  &     xkr_frac**( -xkr_zeta / znum ) / zdiv ) &
400                  & - wmax
401               IF( zws * zwl < 0. ) THEN   ;   zr = znummax
402               ELSE                        ;   zl = znummax
403               ENDIF
404               zdiv = xkr_zeta + xkr_eta - xkr_eta * zl
405               znum = zl - 1.
406               zwl =  xkr_wsbio_min * xkr_zeta / zdiv &
407                  & - ( xkr_wsbio_max * xkr_eta * znum * &
408                  &     xkr_frac**( -xkr_zeta / znum ) / zdiv ) &
409                  & - wmax
410
411               zdiv = xkr_zeta + xkr_eta - xkr_eta * zr
412               znum = zr - 1.
413               zwr =  xkr_wsbio_min * xkr_zeta / zdiv &
414                  & - ( xkr_wsbio_max * xkr_eta * znum * &
415                  &     xkr_frac**( -xkr_zeta / znum ) / zdiv ) &
416                  & - wmax
417               !
418               IF ( ABS ( zws )  <= xacc ) EXIT iflag
419               !
420            ENDIF
421            !
422         END DO iflag
423
424         xnumm(jk) = znummax
425         WRITE(numout,*) '       jk = ', jk, ' wmax = ', wmax,' xnum max = ', xnumm(jk)
426         !
427      END DO
428      !
429      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('p4z_sink_init')
430      !
431  END SUBROUTINE p4z_sink_init
432
433#else
434
435   SUBROUTINE p4z_sink ( kt, jnt )
436      !!---------------------------------------------------------------------
437      !!                     ***  ROUTINE p4z_sink  ***
438      !!
439      !! ** Purpose :   Compute vertical flux of particulate matter due to
440      !!                gravitational sinking
441      !!
442      !! ** Method  : - ???
443      !!---------------------------------------------------------------------
444      INTEGER, INTENT(in) :: kt, jnt
445      INTEGER  ::   ji, jj, jk
446      REAL(wp) ::   zagg1, zagg2, zagg3, zagg4
447      REAL(wp) ::   zagg , zaggfe, zaggdoc, zaggdoc2, zaggdoc3
448      REAL(wp) ::   zfact, zwsmax, zmax, zstep
449      REAL(wp) ::   zrfact2
450      INTEGER  ::   ik1
451      CHARACTER (len=25) :: charout
452      !!---------------------------------------------------------------------
453      !
454      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('p4z_sink')
455      !
456      !    Sinking speeds of detritus is increased with depth as shown
457      !    by data and from the coagulation theory
458      !    -----------------------------------------------------------
459      DO jk = 1, jpkm1
460         DO jj = 1, jpj
461            DO ji = 1,jpi
462      !         zmax  = MAX( heup(ji,jj), hmld(ji,jj) )
463      !         zfact = MAX( 0., fsdepw(ji,jj,jk+1) - zmax ) / 5000._wp
464               zmax = hmld(ji,jj)
465               zfact = MAX( 0., fsdepw(ji,jj,jk+1) - zmax ) / 4000._wp
466               wsbio4(ji,jj,jk) = wsbio2 + ( 200.- wsbio2 ) * zfact
467            END DO
468         END DO
469      END DO
470
471      ! limit the values of the sinking speeds to avoid numerical instabilities 
472      wsbio3(:,:,:) = wsbio
473      !
474      ! OA Below, this is garbage. the ideal would be to find a time-splitting
475      ! OA algorithm that does not increase the computing cost by too much
476      ! OA In ROMS, I have included a time-splitting procedure. But it is
477      ! OA too expensive as the loop is computed globally. Thus, a small e3t
478      ! OA at one place determines the number of subtimesteps globally
479      ! OA AWFULLY EXPENSIVE !! Not able to find a better approach. Damned !!
480
481      DO jk = 1,jpkm1
482         DO jj = 1, jpj
483            DO ji = 1, jpi
484               zwsmax = 0.5 * fse3t(ji,jj,jk) / xstep
485               wsbio4(ji,jj,jk) = MIN( wsbio4(ji,jj,jk), zwsmax )
486               wsbio3(ji,jj,jk) = MIN( wsbio3(ji,jj,jk), zwsmax )
487            END DO
488         END DO
489      END DO
490
491      wscal(:,:,:) = wsbio4(:,:,:)
492
493      !  Initializa to zero all the sinking arrays
494      !   -----------------------------------------
495
496      sinking (:,:,:) = 0.e0
497      sinking2(:,:,:) = 0.e0
498      sinkcal (:,:,:) = 0.e0
499      sinkfer (:,:,:) = 0.e0
500      sinksil (:,:,:) = 0.e0
501      sinkfer2(:,:,:) = 0.e0
502
503      !   Compute the sedimentation term using p4zsink2 for all the sinking particles
504      !   -----------------------------------------------------
505
506      CALL p4z_sink2( wsbio3, sinking , jppoc )
507      CALL p4z_sink2( wsbio3, sinkfer , jpsfe )
508      CALL p4z_sink2( wsbio4, sinking2, jpgoc )
509      CALL p4z_sink2( wsbio4, sinkfer2, jpbfe )
510      CALL p4z_sink2( wsbio4, sinksil , jpgsi )
511      CALL p4z_sink2( wscal , sinkcal , jpcal )
512
513      !  Exchange between organic matter compartments due to coagulation/disaggregation
514      !  ---------------------------------------------------
515
516      DO jk = 1, jpkm1
517         DO jj = 1, jpj
518            DO ji = 1, jpi
519               !
520               zstep = xstep 
521# if defined key_degrad
522               zstep = zstep * facvol(ji,jj,jk)
523# endif
524               zfact = zstep * xdiss(ji,jj,jk)
525               !  Part I : Coagulation dependent on turbulence
526               zagg1 = 354.  * zfact * trn(ji,jj,jk,jppoc) * trn(ji,jj,jk,jppoc)
527               zagg2 = 4452. * zfact * trn(ji,jj,jk,jppoc) * trn(ji,jj,jk,jpgoc)
528
529               ! Part II : Differential settling
530
531               !  Aggregation of small into large particles
532               zagg3 =  4.7 * zstep * trn(ji,jj,jk,jppoc) * trn(ji,jj,jk,jpgoc)
533               zagg4 =  0.4 * zstep * trn(ji,jj,jk,jppoc) * trn(ji,jj,jk,jppoc)
534
535               zagg   = zagg1 + zagg2 + zagg3 + zagg4
536               zaggfe = zagg * trn(ji,jj,jk,jpsfe) / ( trn(ji,jj,jk,jppoc) + rtrn )
537
538               ! Aggregation of DOC to small particles
539               zaggdoc  = ( 0.83 * trn(ji,jj,jk,jpdoc) + 271. * trn(ji,jj,jk,jppoc) ) * zfact * trn(ji,jj,jk,jpdoc)
540               zaggdoc2 = 1.07e4 * zfact * trn(ji,jj,jk,jpgoc) * trn(ji,jj,jk,jpdoc)
541               zaggdoc3 =   0.02 * ( 16706. * trn(ji,jj,jk,jppoc) + 231. * trn(ji,jj,jk,jpdoc) ) * zstep * trn(ji,jj,jk,jpdoc)
542
543               !  Update the trends
544               tra(ji,jj,jk,jppoc) = tra(ji,jj,jk,jppoc) - zagg + zaggdoc + zaggdoc3
545               tra(ji,jj,jk,jpgoc) = tra(ji,jj,jk,jpgoc) + zagg + zaggdoc2
546               tra(ji,jj,jk,jpsfe) = tra(ji,jj,jk,jpsfe) - zaggfe
547               tra(ji,jj,jk,jpbfe) = tra(ji,jj,jk,jpbfe) + zaggfe
548               tra(ji,jj,jk,jpdoc) = tra(ji,jj,jk,jpdoc) - zaggdoc - zaggdoc2 - zaggdoc3
549               !
550            END DO
551         END DO
552      END DO
553
554      IF( ln_diatrc ) THEN
555         zrfact2 = 1.e3 * rfact2r
556         ik1  = iksed + 1
557         IF( lk_iomput ) THEN
558           IF( jnt == nrdttrc ) THEN
559              CALL iom_put( "EPC100"  , ( sinking(:,:,ik1) + sinking2(:,:,ik1) ) * zrfact2 * tmask(:,:,1) ) ! Export of carbon at 100m
560              CALL iom_put( "EPFE100" , ( sinkfer(:,:,ik1) + sinkfer2(:,:,ik1) ) * zrfact2 * tmask(:,:,1) ) ! Export of iron at 100m
561              CALL iom_put( "EPCAL100",   sinkcal(:,:,ik1)                       * zrfact2 * tmask(:,:,1) ) ! Export of calcite  at 100m
562              CALL iom_put( "EPSI100" ,   sinksil(:,:,ik1)                       * zrfact2 * tmask(:,:,1) ) ! Export of biogenic silica at 100m
563           ENDIF
564         ELSE
565           trc2d(:,:,jp_pcs0_2d + 4) = sinking (:,:,ik1) * zrfact2 * tmask(:,:,1)
566           trc2d(:,:,jp_pcs0_2d + 5) = sinking2(:,:,ik1) * zrfact2 * tmask(:,:,1)
567           trc2d(:,:,jp_pcs0_2d + 6) = sinkfer (:,:,ik1) * zrfact2 * tmask(:,:,1)
568           trc2d(:,:,jp_pcs0_2d + 7) = sinkfer2(:,:,ik1) * zrfact2 * tmask(:,:,1)
569           trc2d(:,:,jp_pcs0_2d + 8) = sinksil (:,:,ik1) * zrfact2 * tmask(:,:,1)
570           trc2d(:,:,jp_pcs0_2d + 9) = sinkcal (:,:,ik1) * zrfact2 * tmask(:,:,1)
571         ENDIF
572      ENDIF
573      !
574      IF(ln_ctl)   THEN  ! print mean trends (used for debugging)
575         WRITE(charout, FMT="('sink')")
576         CALL prt_ctl_trc_info(charout)
577         CALL prt_ctl_trc(tab4d=tra, mask=tmask, clinfo=ctrcnm)
578      ENDIF
579      !
580      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('p4z_sink')
581      !
582   END SUBROUTINE p4z_sink
583
584   SUBROUTINE p4z_sink_init
585      !!----------------------------------------------------------------------
586      !!                  ***  ROUTINE p4z_sink_init  ***
587      !!----------------------------------------------------------------------
588   END SUBROUTINE p4z_sink_init
589
590#endif
591
592
593
594   SUBROUTINE p4z_sink2( pwsink, psinkflx, jp_tra )
595      !!---------------------------------------------------------------------
596      !!                     ***  ROUTINE p4z_sink2  ***
597      !!
598      !! ** Purpose :   Compute the sedimentation terms for the various sinking
599      !!     particles. The scheme used to compute the trends is based
600      !!     on MUSCL.
601      !!
602      !! ** Method  : - this ROUTINE compute not exactly the advection but the
603      !!      transport term, i.e.  div(u*tra).
604      !!---------------------------------------------------------------------
605      !
606      INTEGER , INTENT(in   )                         ::   jp_tra    ! tracer index index     
607      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   pwsink    ! sinking speed
608      REAL(wp), INTENT(inout), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   psinkflx  ! sinking fluxe
609      !!
610      INTEGER  ::   ji, jj, jk, jn
611      REAL(wp) ::   zigma,zew,zign, zflx, zstep
612      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) :: ztraz, zakz, zwsink2, ztrb 
613      !!---------------------------------------------------------------------
614      !
615      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('p4z_sink2')
616      !
617      ! Allocate temporary workspace
618      CALL wrk_alloc( jpi, jpj, jpk, ztraz, zakz, zwsink2, ztrb )
619
620      zstep = rfact2 / 2.
621
622      ztraz(:,:,:) = 0.e0
623      zakz (:,:,:) = 0.e0
624      ztrb (:,:,:) = trn(:,:,:,jp_tra)
625
626      DO jk = 1, jpkm1
627         zwsink2(:,:,jk+1) = -pwsink(:,:,jk) / rday * tmask(:,:,jk+1) 
628      END DO
629      zwsink2(:,:,1) = 0.e0
630      IF( lk_degrad ) THEN
631         zwsink2(:,:,:) = zwsink2(:,:,:) * facvol(:,:,:)
632      ENDIF
633
634
635      ! Vertical advective flux
636      DO jn = 1, 2
637         !  first guess of the slopes interior values
638         DO jk = 2, jpkm1
639            ztraz(:,:,jk) = ( trn(:,:,jk-1,jp_tra) - trn(:,:,jk,jp_tra) ) * tmask(:,:,jk)
640         END DO
641         ztraz(:,:,1  ) = 0.0
642         ztraz(:,:,jpk) = 0.0
643
644         ! slopes
645         DO jk = 2, jpkm1
646            DO jj = 1,jpj
647               DO ji = 1, jpi
648                  zign = 0.25 + SIGN( 0.25, ztraz(ji,jj,jk) * ztraz(ji,jj,jk+1) )
649                  zakz(ji,jj,jk) = ( ztraz(ji,jj,jk) + ztraz(ji,jj,jk+1) ) * zign
650               END DO
651            END DO
652         END DO
653         
654         ! Slopes limitation
655         DO jk = 2, jpkm1
656            DO jj = 1, jpj
657               DO ji = 1, jpi
658                  zakz(ji,jj,jk) = SIGN( 1., zakz(ji,jj,jk) ) *        &
659                     &             MIN( ABS( zakz(ji,jj,jk) ), 2. * ABS(ztraz(ji,jj,jk+1)), 2. * ABS(ztraz(ji,jj,jk) ) )
660               END DO
661            END DO
662         END DO
663         
664         ! vertical advective flux
665         DO jk = 1, jpkm1
666            DO jj = 1, jpj     
667               DO ji = 1, jpi   
668                  zigma = zwsink2(ji,jj,jk+1) * zstep / fse3w(ji,jj,jk+1)
669                  zew   = zwsink2(ji,jj,jk+1)
670                  psinkflx(ji,jj,jk+1) = -zew * ( trn(ji,jj,jk,jp_tra) - 0.5 * ( 1 + zigma ) * zakz(ji,jj,jk) ) * zstep
671               END DO
672            END DO
673         END DO
674         !
675         ! Boundary conditions
676         psinkflx(:,:,1  ) = 0.e0
677         psinkflx(:,:,jpk) = 0.e0
678         
679         DO jk=1,jpkm1
680            DO jj = 1,jpj
681               DO ji = 1, jpi
682                  zflx = ( psinkflx(ji,jj,jk) - psinkflx(ji,jj,jk+1) ) / fse3t(ji,jj,jk)
683                  trn(ji,jj,jk,jp_tra) = trn(ji,jj,jk,jp_tra) + zflx
684               END DO
685            END DO
686         END DO
687
688      ENDDO
689
690      DO jk=1,jpkm1
691         DO jj = 1,jpj
692            DO ji = 1, jpi
693               zflx = ( psinkflx(ji,jj,jk) - psinkflx(ji,jj,jk+1) ) / fse3t(ji,jj,jk)
694               ztrb(ji,jj,jk) = ztrb(ji,jj,jk) + 2. * zflx
695            END DO
696         END DO
697      END DO
698
699      trn     (:,:,:,jp_tra) = ztrb(:,:,:)
700      psinkflx(:,:,:)        = 2. * psinkflx(:,:,:)
701      !
702      CALL wrk_dealloc( jpi, jpj, jpk, ztraz, zakz, zwsink2, ztrb )
703      !
704      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('p4z_sink2')
705      !
706   END SUBROUTINE p4z_sink2
707
708
709   INTEGER FUNCTION p4z_sink_alloc()
710      !!----------------------------------------------------------------------
711      !!                     ***  ROUTINE p4z_sink_alloc  ***
712      !!----------------------------------------------------------------------
713      ALLOCATE( wsbio3 (jpi,jpj,jpk) , wsbio4  (jpi,jpj,jpk) , wscal(jpi,jpj,jpk) ,     &
714         &      sinking(jpi,jpj,jpk) , sinking2(jpi,jpj,jpk)                      ,     &               
715         &      sinkcal(jpi,jpj,jpk) , sinksil (jpi,jpj,jpk)                      ,     &               
716#if defined key_kriest
717         &      xnumm(jpk)                                                        ,     &               
718#else
719         &      sinkfer2(jpi,jpj,jpk)                                             ,     &               
720#endif
721         &      sinkfer(jpi,jpj,jpk)                                              , STAT=p4z_sink_alloc )               
722         !
723      IF( p4z_sink_alloc /= 0 ) CALL ctl_warn('p4z_sink_alloc : failed to allocate arrays.')
724      !
725   END FUNCTION p4z_sink_alloc
726   
727#else
728   !!======================================================================
729   !!  Dummy module :                                   No PISCES bio-model
730   !!======================================================================
731CONTAINS
732   SUBROUTINE p4z_sink                    ! Empty routine
733   END SUBROUTINE p4z_sink
734#endif 
735
736   !!======================================================================
737END MODULE  p4zsink
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.