source: branches/2015/nemo_v3_6_STABLE/NEMOGCM/NEMO/TOP_SRC/PISCES/P4Z/p4zmicro.F90 @ 8532

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v3.6 stable: bugfixes to solve problem particle in PISCES, see ticket #1940

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Line 
1MODULE p4zmicro
2   !!======================================================================
3   !!                         ***  MODULE p4zmicro  ***
4   !! TOP :   PISCES Compute the sources/sinks for microzooplankton
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) Quota model for iron
9   !!----------------------------------------------------------------------
10#if defined key_pisces
11   !!----------------------------------------------------------------------
12   !!   'key_pisces'                                       PISCES bio-model
13   !!----------------------------------------------------------------------
14   !!   p4z_micro       :   Compute the sources/sinks for microzooplankton
15   !!   p4z_micro_init  :   Initialize and read the appropriate namelist
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 p4zlim          !  Co-limitations
21   USE p4zsink         !  vertical flux of particulate matter due to sinking
22   USE p4zint          !  interpolation and computation of various fields
23   USE p4zprod         !  production
24   USE iom             !  I/O manager
25   USE prtctl_trc      !  print control for debugging
26
27   IMPLICIT NONE
28   PRIVATE
29
30   PUBLIC   p4z_micro         ! called in p4zbio.F90
31   PUBLIC   p4z_micro_init    ! called in trcsms_pisces.F90
32
33   !! * Shared module variables
34   REAL(wp), PUBLIC ::  part        !: part of calcite not dissolved in microzoo guts
35   REAL(wp), PUBLIC ::  xpref2c     !: microzoo preference for POC
36   REAL(wp), PUBLIC ::  xpref2p     !: microzoo preference for nanophyto
37   REAL(wp), PUBLIC ::  xpref2d     !: microzoo preference for diatoms
38   REAL(wp), PUBLIC ::  xthreshdia  !: diatoms feeding threshold for microzooplankton
39   REAL(wp), PUBLIC ::  xthreshphy  !: nanophyto threshold for microzooplankton
40   REAL(wp), PUBLIC ::  xthreshpoc  !: poc threshold for microzooplankton
41   REAL(wp), PUBLIC ::  xthresh     !: feeding threshold for microzooplankton
42   REAL(wp), PUBLIC ::  resrat      !: exsudation rate of microzooplankton
43   REAL(wp), PUBLIC ::  mzrat       !: microzooplankton mortality rate
44   REAL(wp), PUBLIC ::  grazrat     !: maximal microzoo grazing rate
45   REAL(wp), PUBLIC ::  xkgraz      !: non assimilated fraction of P by microzoo
46   REAL(wp), PUBLIC ::  unass       !: Efficicency of microzoo growth
47   REAL(wp), PUBLIC ::  sigma1      !: Fraction of microzoo excretion as DOM
48   REAL(wp), PUBLIC ::  epsher      !: half sturation constant for grazing 1
49
50
51   !!* Substitution
52#  include "top_substitute.h90"
53   !!----------------------------------------------------------------------
54   !! NEMO/TOP 3.3 , NEMO Consortium (2010)
55   !! $Id: p4zmicro.F90 3160 2011-11-20 14:27:18Z cetlod $
56   !! Software governed by the CeCILL licence (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
57   !!----------------------------------------------------------------------
58
59CONTAINS
60
61   SUBROUTINE p4z_micro( kt, knt )
62      !!---------------------------------------------------------------------
63      !!                     ***  ROUTINE p4z_micro  ***
64      !!
65      !! ** Purpose :   Compute the sources/sinks for microzooplankton
66      !!
67      !! ** Method  : - ???
68      !!---------------------------------------------------------------------
69      INTEGER, INTENT(in) ::  kt  ! ocean time step
70      INTEGER, INTENT(in) ::  knt 
71      !
72      INTEGER  :: ji, jj, jk
73      REAL(wp) :: zcompadi, zcompaz , zcompaph, zcompapoc
74      REAL(wp) :: zgraze  , zdenom, zdenom2
75      REAL(wp) :: zfact   , zstep, zfood, zfoodlim
76      REAL(wp) :: zepshert, zepsherv, zgrarsig, zgraztot, zgraztotn, zgraztotf
77      REAL(wp) :: zgrarem, zgrafer, zgrapoc, zprcaca, zmortz
78      REAL(wp) :: zrespz, ztortz, zgrasrat, zgrasratn
79      REAL(wp) :: zgrazp, zgrazm, zgrazsd
80      REAL(wp) :: zgrazmf, zgrazsf, zgrazpf
81      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) :: zgrazing, zw3d
82      CHARACTER (len=25) :: charout
83      !!---------------------------------------------------------------------
84      !
85      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('p4z_micro')
86      !
87      IF( lk_iomput )  CALL wrk_alloc( jpi, jpj, jpk, zgrazing )
88      !
89      DO jk = 1, jpkm1
90         DO jj = 1, jpj
91            DO ji = 1, jpi
92               zcompaz = MAX( ( trb(ji,jj,jk,jpzoo) - 1.e-9 ), 0.e0 )
93               zstep   = xstep
94# if defined key_degrad
95               zstep = zstep * facvol(ji,jj,jk)
96# endif
97               zfact   = zstep * tgfunc2(ji,jj,jk) * zcompaz
98
99               !  Respiration rates of both zooplankton
100               !  -------------------------------------
101               zrespz = resrat * zfact * trb(ji,jj,jk,jpzoo) / ( xkmort + trb(ji,jj,jk,jpzoo) )  &
102                  &   + resrat * zfact * 3. * nitrfac(ji,jj,jk)
103
104               !  Zooplankton mortality. A square function has been selected with
105               !  no real reason except that it seems to be more stable and may mimic predation.
106               !  ---------------------------------------------------------------
107               ztortz = mzrat * 1.e6 * zfact * trb(ji,jj,jk,jpzoo) * (1. - nitrfac(ji,jj,jk))
108
109               zcompadi  = MIN( MAX( ( trb(ji,jj,jk,jpdia) - xthreshdia ), 0.e0 ), xsizedia )
110               zcompaph  = MAX( ( trb(ji,jj,jk,jpphy) - xthreshphy ), 0.e0 )
111               zcompapoc = MAX( ( trb(ji,jj,jk,jppoc) - xthreshpoc ), 0.e0 )
112               
113               !     Microzooplankton grazing
114               !     ------------------------
115               zfood     = xpref2p * zcompaph + xpref2c * zcompapoc + xpref2d * zcompadi
116               zfoodlim  = MAX( 0. , zfood - min(xthresh,0.5*zfood) )
117               zdenom    = zfoodlim / ( xkgraz + zfoodlim )
118               zdenom2   = zdenom / ( zfood + rtrn )
119               zgraze    = grazrat * zstep * tgfunc2(ji,jj,jk) * trb(ji,jj,jk,jpzoo) * (1. - nitrfac(ji,jj,jk)) 
120
121               zgrazp    = zgraze  * xpref2p * zcompaph  * zdenom2 
122               zgrazm    = zgraze  * xpref2c * zcompapoc * zdenom2 
123               zgrazsd   = zgraze  * xpref2d * zcompadi  * zdenom2 
124
125               zgrazpf   = zgrazp  * trb(ji,jj,jk,jpnfe) / (trb(ji,jj,jk,jpphy) + rtrn)
126               zgrazmf   = zgrazm  * trb(ji,jj,jk,jpsfe) / (trb(ji,jj,jk,jppoc) + rtrn)
127               zgrazsf   = zgrazsd * trb(ji,jj,jk,jpdfe) / (trb(ji,jj,jk,jpdia) + rtrn)
128               !
129               zgraztot  = zgrazp  + zgrazm  + zgrazsd 
130               zgraztotf = zgrazpf + zgrazsf + zgrazmf 
131               zgraztotn = zgrazp * quotan(ji,jj,jk) + zgrazm + zgrazsd * quotad(ji,jj,jk)
132
133               ! Grazing by microzooplankton
134               IF( ln_diatrc .AND. lk_iomput )  zgrazing(ji,jj,jk) = zgraztot
135
136               !    Various remineralization and excretion terms
137               !    --------------------------------------------
138               zgrasrat  = ( zgraztotf + rtrn ) / ( zgraztot + rtrn )
139               zgrasratn = ( zgraztotn + rtrn ) / ( zgraztot + rtrn )
140               zepshert  =  MIN( 1., zgrasratn, zgrasrat / ferat3)
141               zepsherv  = zepshert * MIN( epsher, (1. - unass) * zgrasrat / ferat3, (1. - unass) * zgrasratn )
142               zgrafer   = zgraztot * MAX( 0. , ( 1. - unass ) * zgrasrat - ferat3 * zepsherv ) 
143               zgrarem   = zgraztot * ( 1. - zepsherv - unass )
144               zgrapoc   = zgraztot * unass
145
146               !  Update of the TRA arrays
147               !  ------------------------
148               zgrarsig  = zgrarem * sigma1
149               tra(ji,jj,jk,jppo4) = tra(ji,jj,jk,jppo4) + zgrarsig
150               tra(ji,jj,jk,jpnh4) = tra(ji,jj,jk,jpnh4) + zgrarsig
151               tra(ji,jj,jk,jpdoc) = tra(ji,jj,jk,jpdoc) + zgrarem - zgrarsig
152               tra(ji,jj,jk,jpoxy) = tra(ji,jj,jk,jpoxy) - o2ut * zgrarsig
153               tra(ji,jj,jk,jpfer) = tra(ji,jj,jk,jpfer) + zgrafer
154               tra(ji,jj,jk,jppoc) = tra(ji,jj,jk,jppoc) + zgrapoc
155               tra(ji,jj,jk,jpsfe) = tra(ji,jj,jk,jpsfe) + zgraztotf * unass
156               tra(ji,jj,jk,jpdic) = tra(ji,jj,jk,jpdic) + zgrarsig
157               tra(ji,jj,jk,jptal) = tra(ji,jj,jk,jptal) + rno3 * zgrarsig
158#if defined key_kriest
159               tra(ji,jj,jk,jpnum) = tra(ji,jj,jk,jpnum) + zgrapoc * xkr_dmicro
160#endif
161               !   Update the arrays TRA which contain the biological sources and sinks
162               !   --------------------------------------------------------------------
163               zmortz = ztortz + zrespz
164               tra(ji,jj,jk,jpzoo) = tra(ji,jj,jk,jpzoo) - zmortz + zepsherv * zgraztot 
165               tra(ji,jj,jk,jpphy) = tra(ji,jj,jk,jpphy) - zgrazp
166               tra(ji,jj,jk,jpdia) = tra(ji,jj,jk,jpdia) - zgrazsd
167               tra(ji,jj,jk,jpnch) = tra(ji,jj,jk,jpnch) - zgrazp  * trb(ji,jj,jk,jpnch)/(trb(ji,jj,jk,jpphy)+rtrn)
168               tra(ji,jj,jk,jpdch) = tra(ji,jj,jk,jpdch) - zgrazsd * trb(ji,jj,jk,jpdch)/(trb(ji,jj,jk,jpdia)+rtrn)
169               tra(ji,jj,jk,jpdsi) = tra(ji,jj,jk,jpdsi) - zgrazsd * trb(ji,jj,jk,jpdsi)/(trb(ji,jj,jk,jpdia)+rtrn)
170               tra(ji,jj,jk,jpgsi) = tra(ji,jj,jk,jpgsi) + zgrazsd * trb(ji,jj,jk,jpdsi)/(trb(ji,jj,jk,jpdia)+rtrn)
171               tra(ji,jj,jk,jpnfe) = tra(ji,jj,jk,jpnfe) - zgrazpf
172               tra(ji,jj,jk,jpdfe) = tra(ji,jj,jk,jpdfe) - zgrazsf
173               tra(ji,jj,jk,jppoc) = tra(ji,jj,jk,jppoc) + zmortz - zgrazm
174               tra(ji,jj,jk,jpsfe) = tra(ji,jj,jk,jpsfe) + ferat3 * zmortz - zgrazmf
175               !
176               ! calcite production
177               zprcaca = xfracal(ji,jj,jk) * zgrazp
178               prodcal(ji,jj,jk) = prodcal(ji,jj,jk) + zprcaca  ! prodcal=prodcal(nanophy)+prodcal(microzoo)+prodcal(mesozoo)
179               !
180               zprcaca = part * zprcaca
181               tra(ji,jj,jk,jpdic) = tra(ji,jj,jk,jpdic) - zprcaca
182               tra(ji,jj,jk,jptal) = tra(ji,jj,jk,jptal) - 2. * zprcaca
183               tra(ji,jj,jk,jpcal) = tra(ji,jj,jk,jpcal) + zprcaca
184#if defined key_kriest
185               tra(ji,jj,jk,jpnum) = tra(ji,jj,jk,jpnum) + zmortz * xkr_dmicro &
186                                                         - zgrazm * trb(ji,jj,jk,jpnum) / ( trb(ji,jj,jk,jppoc) + rtrn )
187#endif
188            END DO
189         END DO
190      END DO
191      !
192      IF( lk_iomput .AND. knt == nrdttrc ) THEN
193         CALL wrk_alloc( jpi, jpj, jpk, zw3d )
194         IF( iom_use( "GRAZ1" ) ) THEN
195            zw3d(:,:,:) = zgrazing(:,:,:) * 1.e+3 * rfact2r * tmask(:,:,:)  !  Total grazing of phyto by zooplankton
196            CALL iom_put( "GRAZ1", zw3d )
197         ENDIF
198         CALL wrk_dealloc( jpi, jpj, jpk, zw3d )
199      ENDIF
200      !
201      IF(ln_ctl)   THEN  ! print mean trends (used for debugging)
202         WRITE(charout, FMT="('micro')")
203         CALL prt_ctl_trc_info(charout)
204         CALL prt_ctl_trc(tab4d=tra, mask=tmask, clinfo=ctrcnm)
205      ENDIF
206      !
207      IF( lk_iomput )  CALL wrk_dealloc( jpi, jpj, jpk, zgrazing )
208      !
209      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('p4z_micro')
210      !
211   END SUBROUTINE p4z_micro
212
213
214   SUBROUTINE p4z_micro_init
215
216      !!----------------------------------------------------------------------
217      !!                  ***  ROUTINE p4z_micro_init  ***
218      !!
219      !! ** Purpose :   Initialization of microzooplankton parameters
220      !!
221      !! ** Method  :   Read the nampiszoo namelist and check the parameters
222      !!                called at the first timestep (nittrc000)
223      !!
224      !! ** input   :   Namelist nampiszoo
225      !!
226      !!----------------------------------------------------------------------
227
228      NAMELIST/nampiszoo/ part, grazrat, resrat, mzrat, xpref2c, xpref2p, &
229         &                xpref2d,  xthreshdia,  xthreshphy,  xthreshpoc, &
230         &                xthresh, xkgraz, epsher, sigma1, unass
231      INTEGER :: ios                 ! Local integer output status for namelist read
232
233      REWIND( numnatp_ref )              ! Namelist nampiszoo in reference namelist : Pisces microzooplankton
234      READ  ( numnatp_ref, nampiszoo, IOSTAT = ios, ERR = 901)
235901   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'nampiszoo in reference namelist', lwp )
236
237      REWIND( numnatp_cfg )              ! Namelist nampiszoo in configuration namelist : Pisces microzooplankton
238      READ  ( numnatp_cfg, nampiszoo, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
239902   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'nampiszoo in configuration namelist', lwp )
240      IF(lwm) WRITE ( numonp, nampiszoo )
241
242      IF(lwp) THEN                         ! control print
243         WRITE(numout,*) ' '
244         WRITE(numout,*) ' Namelist parameters for microzooplankton, nampiszoo'
245         WRITE(numout,*) ' ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~'
246         WRITE(numout,*) '    part of calcite not dissolved in microzoo guts  part        =', part
247         WRITE(numout,*) '    microzoo preference for POC                     xpref2c     =', xpref2c
248         WRITE(numout,*) '    microzoo preference for nano                    xpref2p     =', xpref2p
249         WRITE(numout,*) '    microzoo preference for diatoms                 xpref2d     =', xpref2d
250         WRITE(numout,*) '    diatoms feeding threshold  for microzoo         xthreshdia  =', xthreshdia
251         WRITE(numout,*) '    nanophyto feeding threshold for microzoo        xthreshphy  =', xthreshphy
252         WRITE(numout,*) '    poc feeding threshold for microzoo              xthreshpoc  =', xthreshpoc
253         WRITE(numout,*) '    feeding threshold for microzooplankton          xthresh     =', xthresh
254         WRITE(numout,*) '    exsudation rate of microzooplankton             resrat      =', resrat
255         WRITE(numout,*) '    microzooplankton mortality rate                 mzrat       =', mzrat
256         WRITE(numout,*) '    maximal microzoo grazing rate                   grazrat     =', grazrat
257         WRITE(numout,*) '    non assimilated fraction of P by microzoo       unass       =', unass
258         WRITE(numout,*) '    Efficicency of microzoo growth                  epsher      =', epsher
259         WRITE(numout,*) '    Fraction of microzoo excretion as DOM           sigma1      =', sigma1
260         WRITE(numout,*) '    half sturation constant for grazing 1           xkgraz      =', xkgraz
261      ENDIF
262
263   END SUBROUTINE p4z_micro_init
264
265#else
266   !!======================================================================
267   !!  Dummy module :                                   No PISCES bio-model
268   !!======================================================================
269CONTAINS
270   SUBROUTINE p4z_micro                    ! Empty routine
271   END SUBROUTINE p4z_micro
272#endif 
273
274   !!======================================================================
275END MODULE p4zmicro
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.