source: branches/CMIP5_IPSL/NEMO/TOP_SRC/PISCES/p4zsink.F90 @ 1808

Last change on this file since 1808 was 1808, checked in by cetlod, 11 years ago

update TOP_SRC component on CMIP5_IPSL branch to take into account bugfixes (ie vertical diffusion routines), re-organization of restart part, damping of passive tracers on closed seas for PISCES

  • Property svn:executable set to *
  • Property svn:keywords set to Id
File size: 30.8 KB
Line 
1MODULE p4zsink
2   !!======================================================================
3   !!                         ***  MODULE p4zsink  ***
4   !! TOP :   PISCES Compute 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#if defined key_pisces
9   !!----------------------------------------------------------------------
10   !!   p4z_sink       :  Compute vertical flux of particulate matter due to gravitational sinking
11   !!----------------------------------------------------------------------
12   USE trc
13   USE oce_trc         !
14   USE sms_pisces
15   USE prtctl_trc
16   USE iom
17
18   IMPLICIT NONE
19   PRIVATE
20
21   PUBLIC   p4z_sink    ! called in p4zbio.F90
22
23   !! * Shared module variables
24   REAL(wp), PUBLIC, DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   &   !:
25     wsbio3, wsbio4,      &    !: POC and GOC sinking speeds
26     wscal                     !: Calcite and BSi sinking speeds
27
28   !! * Module variables
29   REAL(wp), PUBLIC, DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   &   !:
30     sinking, sinking2,   &    !: POC sinking fluxes (different meanings depending on the parameterization
31     sinkcal, sinksil,    &    !: CaCO3 and BSi sinking fluxes
32     sinkfer                   !: Small BFe sinking flux
33
34   REAL(wp) ::   &
35     xstep , xstep2            !: Time step duration for biology
36
37   INTEGER  :: &
38      iksed  = 10              !
39
40#if  defined key_kriest
41   REAL(wp)          ::       &   
42      xkr_sfact    = 250.  ,  &   !: Sinking factor
43      xkr_stick    = 0.2   ,  &   !: Stickiness
44      xkr_nnano    = 2.337 ,  &   !: Nbr of cell in nano size class
45      xkr_ndiat    = 3.718 ,  &   !: Nbr of cell in diatoms size class
46      xkr_nmeso    = 7.147 ,  &   !: Nbr of cell in mesozoo  size class
47      xkr_naggr    = 9.877        !: Nbr of cell in aggregates  size class
48
49   REAL(wp)          ::       &   
50      xkr_frac
51
52   REAL(wp), PUBLIC ::        &
53      xkr_dnano            ,  &   !: Size of particles in nano pool
54      xkr_ddiat            ,  &   !: Size of particles in diatoms pool
55      xkr_dmeso            ,  &   !: Size of particles in mesozoo pool
56      xkr_daggr            ,  &   !: Size of particles in aggregates pool
57      xkr_wsbio_min        ,  &   !: min vertical particle speed
58      xkr_wsbio_max               !: max vertical particle speed
59
60   REAL(wp), PUBLIC, DIMENSION(jpk) ::   &   !:
61      xnumm                       !:     maximum number of particles in aggregates
62
63#endif
64
65#if ! defined key_kriest
66   REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   &   !:
67     sinkfer2                  !: Big Fe sinking flux
68#endif 
69
70   !!* Substitution
71#  include "top_substitute.h90"
72   !!----------------------------------------------------------------------
73   !! NEMO/TOP 2.0 , LOCEAN-IPSL (2007)
74   !! $Id$
75   !! Software governed by the CeCILL licence (modipsl/doc/NEMO_CeCILL.txt)
76   !!----------------------------------------------------------------------
77
78CONTAINS
79
80#if defined key_kriest
81
82   SUBROUTINE p4z_sink ( kt, jnt )
83      !!---------------------------------------------------------------------
84      !!                ***  ROUTINE p4z_sink  ***
85      !!
86      !! ** Purpose :   Compute vertical flux of particulate matter due to
87      !!              gravitational sinking - Kriest parameterization
88      !!
89      !! ** Method  : - ???
90      !!---------------------------------------------------------------------
91
92      INTEGER, INTENT(in) :: kt, jnt
93      INTEGER  :: ji, jj, jk
94      REAL(wp) :: zagg1, zagg2, zagg3, zagg4, zagg5, zaggsi, zaggsh
95      REAL(wp) :: zagg , zaggdoc, znumdoc
96      REAL(wp) :: znum , zeps, zfm, zgm, zsm
97      REAL(wp) :: zdiv , zdiv1, zdiv2, zdiv3, zdiv4, zdiv5
98      REAL(wp) :: zval1, zval2, zval3, zval4
99#if defined key_trc_diaadd
100      REAL(wp) :: zrfact2
101      INTEGER  :: iksed1
102#if defined key_iomput
103      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   zw3d
104#endif
105#endif
106      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   znum3d
107      CHARACTER (len=25) :: charout
108
109      !!---------------------------------------------------------------------
110
111      IF( ( kt * jnt ) == nittrc000  )  THEN
112          CALL p4z_sink_init   ! Initialization (first time-step only)
113          xstep  = rfact2 / rday      ! Time step duration for biology
114          xstep2 = rfact2 /  2.
115      ENDIF
116
117!     Initialisation of variables used to compute Sinking Speed
118!     ---------------------------------------------------------
119
120       znum3d(:,:,:) = 0.e0
121       zval1 = 1. + xkr_zeta
122       zval2 = 1. + xkr_zeta + xkr_eta
123       zval3 = 1. + xkr_eta
124
125!     Computation of the vertical sinking speed : Kriest et Evans, 2000
126!     -----------------------------------------------------------------
127
128      DO jk = 1, jpkm1
129         DO jj = 1, jpj
130            DO ji = 1, jpi
131               IF( tmask(ji,jj,jk) /= 0.e0 ) THEN
132                  znum = trn(ji,jj,jk,jppoc) / ( trn(ji,jj,jk,jpnum) + rtrn ) / xkr_massp
133! -------------- To avoid sinking speed over 50 m/day -------
134                  znum  = MIN( xnumm(jk), znum )
135                  znum  = MAX( 1.1      , znum )
136                  znum3d(ji,jj,jk) = znum
137!------------------------------------------------------------
138                  zeps  = ( zval1 * znum - 1. )/ ( znum - 1. )
139                  zfm   = xkr_frac**( 1. - zeps )
140                  zgm   = xkr_frac**( zval1 - zeps )
141                  zdiv  = MAX( 1.e-4, ABS( zeps - zval2 ) ) * SIGN( 1., ( zeps - zval2 ) )
142                  zdiv1 = zeps - zval3
143                  wsbio3(ji,jj,jk) = xkr_wsbio_min * ( zeps - zval1 ) / zdiv    &
144     &                             - xkr_wsbio_max *   zgm * xkr_eta  / zdiv
145                  wsbio4(ji,jj,jk) = xkr_wsbio_min *   ( zeps-1. )    / zdiv1   &
146     &                             - xkr_wsbio_max *   zfm * xkr_eta  / zdiv1
147                  IF( znum == 1.1)   wsbio3(ji,jj,jk) = wsbio4(ji,jj,jk)
148               ENDIF
149            END DO
150         END DO
151      END DO
152
153      wscal(:,:,:) = MAX( wsbio3(:,:,:), 50. )
154
155
156!   INITIALIZE TO ZERO ALL THE SINKING ARRAYS
157!   -----------------------------------------
158
159      sinking (:,:,:) = 0.e0
160      sinking2(:,:,:) = 0.e0
161      sinkcal (:,:,:) = 0.e0
162      sinkfer (:,:,:) = 0.e0
163      sinksil (:,:,:) = 0.e0
164
165!   Compute the sedimentation term using p4zsink2 for all
166!   the sinking particles
167!   -----------------------------------------------------
168
169      CALL p4z_sink2( wsbio3, sinking , jppoc )
170      CALL p4z_sink2( wsbio4, sinking2, jpnum )
171      CALL p4z_sink2( wsbio3, sinkfer , jpsfe )
172      CALL p4z_sink2( wscal , sinksil , jpdsi )
173      CALL p4z_sink2( wscal , sinkcal , jpcal )
174
175!  Exchange between organic matter compartments due to
176!  coagulation/disaggregation
177!  ---------------------------------------------------
178
179      zval1 = 1. + xkr_zeta
180      zval2 = 1. + xkr_eta
181      zval3 = 3. + xkr_eta
182      zval4 = 4. + xkr_eta
183
184      DO jk = 1,jpkm1
185         DO jj = 1,jpj
186            DO ji = 1,jpi
187               IF( tmask(ji,jj,jk) /= 0.e0 ) THEN
188
189                  znum = trn(ji,jj,jk,jppoc)/(trn(ji,jj,jk,jpnum)+rtrn) / xkr_massp
190! -------------- To avoid sinking speed over 50 m/day -------
191                  znum  = min(xnumm(jk),znum)
192                  znum  = MAX( 1.1,znum)
193!------------------------------------------------------------
194                  zeps  = ( zval1 * znum - 1.) / ( znum - 1.)
195                  zdiv  = MAX( 1.e-4, ABS( zeps - zval3) ) * SIGN( 1., zeps - zval3 )
196                  zdiv1 = MAX( 1.e-4, ABS( zeps - 4.   ) ) * SIGN( 1., zeps - 4.    )
197                  zdiv2 = zeps - 2.
198                  zdiv3 = zeps - 3.
199                  zdiv4 = zeps - zval2
200                  zdiv5 = 2.* zeps - zval4
201                  zfm   = xkr_frac**( 1.- zeps )
202                  zsm   = xkr_frac**xkr_eta
203
204!    Part I : Coagulation dependant on turbulence
205!    ----------------------------------------------
206
207                  zagg1 = ( 0.163 * trn(ji,jj,jk,jpnum)**2               &
208                     &            * 2.*( (zfm-1.)*(zfm*xkr_mass_max**3-xkr_mass_min**3)    &
209                     &            * (zeps-1)/zdiv1 + 3.*(zfm*xkr_mass_max-xkr_mass_min)    &
210                     &            * (zfm*xkr_mass_max**2-xkr_mass_min**2)                  &
211                     &            * (zeps-1.)**2/(zdiv2*zdiv3))            &
212# if defined key_off_degrad
213                     &                 *facvol(ji,jj,jk)       &
214# endif
215                     &    )
216
217                  zagg2 = (  2*0.163*trn(ji,jj,jk,jpnum)**2*zfm*                       &
218                     &                   ((xkr_mass_max**3+3.*(xkr_mass_max**2          &
219                     &                    *xkr_mass_min*(zeps-1.)/zdiv2                 &
220                     &                    +xkr_mass_max*xkr_mass_min**2*(zeps-1.)/zdiv3)    &
221                     &                    +xkr_mass_min**3*(zeps-1)/zdiv1)                  &
222                     &                    -zfm*xkr_mass_max**3*(1.+3.*((zeps-1.)/           &
223                     &                    (zeps-2.)+(zeps-1.)/zdiv3)+(zeps-1.)/zdiv1))      &
224#    if defined key_off_degrad
225                     &                 *facvol(ji,jj,jk)             &
226#    endif
227                     &    )
228
229                  zagg3 = (  0.163*trn(ji,jj,jk,jpnum)**2*zfm**2*8. * xkr_mass_max**3   &
230#    if defined key_off_degrad
231                     &                 *facvol(ji,jj,jk)             &
232#    endif
233                     &    )
234
235                  zaggsh = ( zagg1 + zagg2 + zagg3 ) * rfact2 * xdiss(ji,jj,jk) / 1000.
236
237!    Aggregation of small into large particles
238!    Part II : Differential settling
239!    ----------------------------------------------
240
241                  zagg4 = (  2.*3.141*0.125*trn(ji,jj,jk,jpnum)**2*                       &
242                     &                 xkr_wsbio_min*(zeps-1.)**2                         &
243                     &                 *(xkr_mass_min**2*((1.-zsm*zfm)/(zdiv3*zdiv4)      &
244                     &                 -(1.-zfm)/(zdiv*(zeps-1.)))-                       &
245                     &                 ((zfm*zfm*xkr_mass_max**2*zsm-xkr_mass_min**2)     &
246                     &                 *xkr_eta)/(zdiv*zdiv3*zdiv5) )                     &
247# if defined key_off_degrad
248                     &                 *facvol(ji,jj,jk)        &
249# endif
250                     &    )
251
252                  zagg5 = (  2.*3.141*0.125*trn(ji,jj,jk,jpnum)**2                         &
253                     &                 *(zeps-1.)*zfm*xkr_wsbio_min                        &
254                     &                 *(zsm*(xkr_mass_min**2-zfm*xkr_mass_max**2)         &
255                     &                 /zdiv3-(xkr_mass_min**2-zfm*zsm*xkr_mass_max**2)    &
256                     &                 /zdiv)                   &
257# if defined key_off_degrad
258                     &                 *facvol(ji,jj,jk)        &
259# endif
260                     &    )
261
262                  zaggsi = ( zagg4 + zagg5 ) * xstep / 10.
263
264                  zagg = 0.5 * xkr_stick * ( zaggsh + zaggsi )
265
266!     Aggregation of DOC to small particles
267!     --------------------------------------
268
269                  zaggdoc = ( 0.4 * trn(ji,jj,jk,jpdoc)               &
270                     &        + 1018.  * trn(ji,jj,jk,jppoc)  ) * xstep    &
271# if defined key_off_degrad
272                     &        * facvol(ji,jj,jk)                              &
273# endif
274                     &        * xdiss(ji,jj,jk) * trn(ji,jj,jk,jpdoc)
275
276                  znumdoc = trn(ji,jj,jk,jpnum) / ( trn(ji,jj,jk,jppoc) + rtrn )
277                  tra(ji,jj,jk,jppoc) = tra(ji,jj,jk,jppoc) + zaggdoc
278                  tra(ji,jj,jk,jpnum) = tra(ji,jj,jk,jpnum) + zaggdoc * znumdoc - zagg
279                  tra(ji,jj,jk,jpdoc) = tra(ji,jj,jk,jpdoc) - zaggdoc
280
281               ENDIF
282            END DO
283         END DO
284      END DO
285
286#if defined key_trc_diaadd
287      zrfact2 = 1.e3 * rfact2r
288      iksed1 = iksed + 1
289#  if ! defined key_iomput
290      trc2d(:,:  ,jp_pcs0_2d + 4)  = sinking (:,:,iksed1) * zrfact2 * tmask(:,:,1)
291      trc2d(:,:  ,jp_pcs0_2d + 5)  = sinking2(:,:,iksed1) * zrfact2 * tmask(:,:,1)
292      trc2d(:,:  ,jp_pcs0_2d + 6)  = sinkfer (:,:,iksed1) * zrfact2 * tmask(:,:,1)
293      trc2d(:,:  ,jp_pcs0_2d + 7)  = sinksil (:,:,iksed1) * zrfact2 * tmask(:,:,1)
294      trc2d(:,:  ,jp_pcs0_2d + 8)  = sinkcal (:,:,iksed1) * zrfact2 * tmask(:,:,1)
295      trc3d(:,:,:,jp_pcs0_3d + 11) = sinking (:,:,:)      * zrfact2 * tmask(:,:,:)
296      trc3d(:,:,:,jp_pcs0_3d + 12) = sinking2(:,:,:)      * zrfact2 * tmask(:,:,:)
297      trc3d(:,:,:,jp_pcs0_3d + 13) = sinksil (:,:,:)      * zrfact2 * tmask(:,:,:)
298      trc3d(:,:,:,jp_pcs0_3d + 14) = sinkcal (:,:,:)      * zrfact2 * tmask(:,:,:)
299      trc3d(:,:,:,jp_pcs0_3d + 15) = znum3d  (:,:,:)                * tmask(:,:,:)
300      trc3d(:,:,:,jp_pcs0_3d + 16) = wsbio3  (:,:,:)                * tmask(:,:,:)
301      trc3d(:,:,:,jp_pcs0_3d + 17) = wsbio4  (:,:,:)                * tmask(:,:,:)
302#else
303      zw3d(:,:,:)  = sinking (:,:,:) * zrfact2 * tmask(:,:,:)
304      IF( jnt == nrdttrc ) CALL iom_put( "PMO" , zw3d )
305      zw3d(:,:,:)  = sinking2(:,:,:) * zrfact2 * tmask(:,:,:)
306      IF( jnt == nrdttrc ) CALL iom_put( "PMO2", zw3d )
307      zw3d(:,:,:)  = sinkfer (:,:,:) * zrfact2 * tmask(:,:,:)
308      IF( jnt == nrdttrc ) CALL iom_put( "ExpFe1", zw3d )
309      zw3d(:,:,:)  = sinksil (:,:,:) * zrfact2 * tmask(:,:,:)
310      IF( jnt == nrdttrc ) CALL iom_put( "ExpSi", zw3d )
311      zw3d(:,:,:)  = sinkcal (:,:,:) * zrfact2 * tmask(:,:,:)
312      IF( jnt == nrdttrc ) CALL iom_put( "ExpCaCO3", zw3d )
313      zw3d(:,:,:)  = sinking (:,:,:) * zrfact2 * tmask(:,:,:)
314      IF( jnt == nrdttrc ) CALL iom_put( "POCFlx", zw3d )
315      zw3d(:,:,:)  = sinking2(:,:,:) * zrfact2 * tmask(:,:,:)
316      IF( jnt == nrdttrc ) CALL iom_put( "GOCFlx", zw3d )
317      zw3d(:,:,:)  = sinksil (:,:,:) * zrfact2 * tmask(:,:,:)
318      IF( jnt == nrdttrc ) CALL iom_put( "SiFlx", zw3d )
319      zw3d(:,:,:)  = sinkcal (:,:,:) * zrfact2 * tmask(:,:,:)
320      IF( jnt == nrdttrc ) CALL iom_put( "CaCO3Flx", zw3d )
321      zw3d(:,:,:)  = znum3d  (:,:,:)           * tmask(:,:,:)
322      IF( jnt == nrdttrc ) CALL iom_put( "xnum", zw3d )
323      zw3d(:,:,:)  = wsbio3  (:,:,:)           * tmask(:,:,:)
324      IF( jnt == nrdttrc ) CALL iom_put( "W1", zw3d )
325      zw3d(:,:,:)  = wsbio4  (:,:,:)           * tmask(:,:,:)
326      IF( jnt == nrdttrc ) CALL iom_put( "W2", zw3d )
327#  endif
328
329#endif
330      !
331       IF(ln_ctl)   THEN  ! print mean trends (used for debugging)
332         WRITE(charout, FMT="('sink')")
333         CALL prt_ctl_trc_info(charout)
334         CALL prt_ctl_trc(tab4d=tra, mask=tmask, clinfo=ctrcnm)
335       ENDIF
336
337   END SUBROUTINE p4z_sink
338
339   SUBROUTINE p4z_sink_init
340      !!----------------------------------------------------------------------
341      !!                  ***  ROUTINE p4z_sink_init  ***
342      !!
343      !! ** Purpose :   Initialization of sinking parameters
344      !!                Kriest parameterization only
345      !!
346      !! ** Method  :   Read the nampiskrs namelist and check the parameters
347      !!      called at the first timestep (nittrc000)
348      !!
349      !! ** input   :   Namelist nampiskrs
350      !!
351      !!----------------------------------------------------------------------
352      INTEGER  ::   jk, jn, kiter
353      REAL(wp) ::   znum, zdiv
354      REAL(wp) ::   zws, zwr, zwl,wmax, znummax
355      REAL(wp) ::   zmin, zmax, zl, zr, xacc
356
357      NAMELIST/nampiskrs/ xkr_sfact, xkr_stick ,  &
358         &                xkr_nnano, xkr_ndiat, xkr_nmeso, xkr_naggr
359
360      !!----------------------------------------------------------------------
361      REWIND( numnat )                     ! read nampiskrs
362      READ  ( numnat, nampiskrs )
363
364      IF(lwp) THEN
365         WRITE(numout,*)
366         WRITE(numout,*) ' Namelist : nampiskrs'
367         WRITE(numout,*) '    Sinking factor                           xkr_sfact    = ', xkr_sfact
368         WRITE(numout,*) '    Stickiness                               xkr_stick    = ', xkr_stick
369         WRITE(numout,*) '    Nbr of cell in nano size class           xkr_nnano    = ', xkr_nnano
370         WRITE(numout,*) '    Nbr of cell in diatoms size class        xkr_ndiat    = ', xkr_ndiat
371         WRITE(numout,*) '    Nbr of cell in mesozoo size class        xkr_nmeso    = ', xkr_nmeso
372         WRITE(numout,*) '    Nbr of cell in aggregates size class     xkr_naggr    = ', xkr_naggr
373     ENDIF
374
375
376     ! max and min vertical particle speed
377     xkr_wsbio_min = xkr_sfact * xkr_mass_min**xkr_eta
378     xkr_wsbio_max = xkr_sfact * xkr_mass_max**xkr_eta
379     WRITE(numout,*) ' max and min vertical particle speed ', xkr_wsbio_min, xkr_wsbio_max
380
381     !
382     !    effect of the sizes of the different living pools on particle numbers
383     !    nano = 2um-20um -> mean size=6.32 um -> ws=2.596 -> xnum=xnnano=2.337
384     !    diat and microzoo = 10um-200um -> 44.7 -> 8.732 -> xnum=xndiat=3.718
385     !    mesozoo = 200um-2mm -> 632.45 -> 45.14 -> xnum=xnmeso=7.147
386     !    aggregates = 200um-10mm -> 1414 -> 74.34 -> xnum=xnaggr=9.877
387     !    doc aggregates = 1um
388     ! ----------------------------------------------------------
389
390     xkr_dnano = 1. / ( xkr_massp * xkr_nnano )
391     xkr_ddiat = 1. / ( xkr_massp * xkr_ndiat )
392     xkr_dmeso = 1. / ( xkr_massp * xkr_nmeso )
393     xkr_daggr = 1. / ( xkr_massp * xkr_naggr )
394
395      !!---------------------------------------------------------------------
396      !!    'key_kriest'                                                  ???
397      !!---------------------------------------------------------------------
398      !  COMPUTATION OF THE VERTICAL PROFILE OF MAXIMUM SINKING SPEED
399      !  Search of the maximum number of particles in aggregates for each k-level.
400      !  Bissection Method
401      !--------------------------------------------------------------------
402      WRITE(numout,*)
403      WRITE(numout,*)'    kriest : Compute maximum number of particles in aggregates'
404
405      xacc     =  0.001
406      kiter    = 50
407      zmin     =  1.10
408      zmax     = xkr_mass_max / xkr_mass_min
409      xkr_frac = zmax
410
411      DO jk = 1,jpk
412         zl = zmin
413         zr = zmax
414         wmax = 0.5 * fse3t(1,1,jk) * rday / rfact2
415         zdiv = xkr_zeta + xkr_eta - xkr_eta * zl
416         znum = zl - 1.
417         zwl =  xkr_wsbio_min * xkr_zeta / zdiv &
418            & - ( xkr_wsbio_max * xkr_eta * znum * &
419            &     xkr_frac**( -xkr_zeta / znum ) / zdiv ) &
420            & - wmax
421
422         zdiv = xkr_zeta + xkr_eta - xkr_eta * zr
423         znum = zr - 1.
424         zwr =  xkr_wsbio_min * xkr_zeta / zdiv &
425            & - ( xkr_wsbio_max * xkr_eta * znum * &
426            &     xkr_frac**( -xkr_zeta / znum ) / zdiv ) &
427            & - wmax
428iflag:  DO jn = 1, kiter
429           IF( zwl == 0.e0 ) THEN
430              znummax = zl
431           ELSE IF ( zwr == 0.e0 ) THEN
432              znummax = zr
433           ELSE
434              znummax = ( zr + zl ) / 2.
435              zdiv = xkr_zeta + xkr_eta - xkr_eta * znummax
436              znum = znummax - 1.
437              zws =  xkr_wsbio_min * xkr_zeta / zdiv &
438                 & - ( xkr_wsbio_max * xkr_eta * znum * &
439                 &     xkr_frac**( -xkr_zeta / znum ) / zdiv ) &
440                 & - wmax
441              IF( zws * zwl < 0. ) THEN
442                 zr = znummax
443              ELSE
444                 zl = znummax
445              ENDIF
446              zdiv = xkr_zeta + xkr_eta - xkr_eta * zl
447              znum = zl - 1.
448              zwl =  xkr_wsbio_min * xkr_zeta / zdiv &
449                 & - ( xkr_wsbio_max * xkr_eta * znum * &
450                 &     xkr_frac**( -xkr_zeta / znum ) / zdiv ) &
451                 & - wmax
452
453              zdiv = xkr_zeta + xkr_eta - xkr_eta * zr
454              znum = zr - 1.
455              zwr =  xkr_wsbio_min * xkr_zeta / zdiv &
456                 & - ( xkr_wsbio_max * xkr_eta * znum * &
457                 &     xkr_frac**( -xkr_zeta / znum ) / zdiv ) &
458                 & - wmax
459
460              IF ( ABS ( zws )  <= xacc ) EXIT iflag
461
462           ENDIF
463
464        END DO iflag
465
466        xnumm(jk) = znummax
467        WRITE(numout,*) '       jk = ', jk, ' wmax = ', wmax,' xnum max = ', xnumm(jk)
468
469     END DO
470
471  END SUBROUTINE p4z_sink_init
472
473#else
474
475   SUBROUTINE p4z_sink ( kt, jnt )
476      !!---------------------------------------------------------------------
477      !!                     ***  ROUTINE p4z_sink  ***
478      !!
479      !! ** Purpose :   Compute vertical flux of particulate matter due to
480      !!                gravitational sinking
481      !!
482      !! ** Method  : - ???
483      !!---------------------------------------------------------------------
484      INTEGER, INTENT(in) :: kt, jnt
485      INTEGER  ::   ji, jj, jk
486      REAL(wp) ::   zagg1, zagg2, zagg3, zagg4
487      REAL(wp) ::   zagg , zaggfe, zaggdoc, zaggdoc2
488      REAL(wp) ::   zfact, zwsmax
489#if defined key_trc_dia3d
490      REAL(wp) ::   zrfact2
491      INTEGER  ::   iksed1
492#endif
493#if defined key_iomput
494      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   zw3d
495#endif
496      CHARACTER (len=25) :: charout
497      !!---------------------------------------------------------------------
498
499      IF( ( kt * jnt ) == nittrc000  )  THEN
500          xstep  = rfact2 / rday      ! Timestep duration for biology
501          xstep2 = rfact2 /  2.
502      ENDIF
503
504!    Sinking speeds of detritus is increased with depth as shown
505!    by data and from the coagulation theory
506!    -----------------------------------------------------------
507      DO jk = 1, jpkm1
508         DO jj = 1, jpj
509            DO ji=1,jpi
510               zfact = MAX( 0., fsdepw(ji,jj,jk+1)-hmld(ji,jj) ) / 4000.
511               wsbio4(ji,jj,jk) = wsbio2 + ( 200.- wsbio2 ) * zfact
512            END DO
513         END DO
514      END DO
515
516!      LIMIT THE VALUES OF THE SINKING SPEEDS
517!      TO AVOID NUMERICAL INSTABILITIES
518
519      wsbio3(:,:,:) = wsbio
520!
521! OA Below, this is garbage. the ideal would be to find a time-splitting
522! OA algorithm that does not increase the computing cost by too much
523! OA In ROMS, I have included a time-splitting procedure. But it is
524! OA too expensive as the loop is computed globally. Thus, a small e3t
525! OA at one place determines the number of subtimesteps globally
526! OA AWFULLY EXPENSIVE !! Not able to find a better approach. Damned !!
527
528      DO jk = 1,jpkm1
529         DO jj = 1, jpj
530            DO ji = 1, jpi
531               zwsmax = 0.8 * fse3t(ji,jj,jk) / xstep
532               wsbio4(ji,jj,jk) = MIN( wsbio4(ji,jj,jk), zwsmax )
533               wsbio3(ji,jj,jk) = MIN( wsbio3(ji,jj,jk), zwsmax )
534            END DO
535         END DO
536      END DO
537
538      wscal(:,:,:) = wsbio4(:,:,:)
539
540!   INITIALIZE TO ZERO ALL THE SINKING ARRAYS
541!   -----------------------------------------
542
543      sinking (:,:,:) = 0.e0
544      sinking2(:,:,:) = 0.e0
545      sinkcal (:,:,:) = 0.e0
546      sinkfer (:,:,:) = 0.e0
547      sinksil (:,:,:) = 0.e0
548      sinkfer2(:,:,:) = 0.e0
549
550!   Compute the sedimentation term using p4zsink2 for all
551!   the sinking particles
552!   -----------------------------------------------------
553
554      CALL p4z_sink2( wsbio3, sinking , jppoc )
555      CALL p4z_sink2( wsbio3, sinkfer , jpsfe )
556      CALL p4z_sink2( wsbio4, sinking2, jpgoc )
557      CALL p4z_sink2( wsbio4, sinkfer2, jpbfe )
558      CALL p4z_sink2( wsbio4, sinksil , jpdsi )
559      CALL p4z_sink2( wscal , sinkcal , jpcal )
560
561!  Exchange between organic matter compartments due to
562!  coagulation/disaggregation
563!  ---------------------------------------------------
564
565      DO jk = 1, jpkm1
566         DO jj = 1, jpj
567            DO ji = 1, jpi
568               zfact = xstep * xdiss(ji,jj,jk)
569               !  Part I : Coagulation dependent on turbulence
570# if defined key_off_degrad
571               zagg1 = 940.* zfact * trn(ji,jj,jk,jppoc) * trn(ji,jj,jk,jppoc) * facvol(ji,jj,jk)
572               zagg2 = 1.054e4 * zfact * trn(ji,jj,jk,jppoc) * trn(ji,jj,jk,jpgoc) * facvol(ji,jj,jk)
573# else
574               zagg1 = 940.* zfact * trn(ji,jj,jk,jppoc) * trn(ji,jj,jk,jppoc)
575               zagg2 = 1.054e4 * zfact * trn(ji,jj,jk,jppoc) * trn(ji,jj,jk,jpgoc)
576# endif
577
578               ! Part II : Differential settling
579
580               !  Aggregation of small into large particles
581# if defined key_off_degrad
582               zagg3 = 0.66 * xstep * trn(ji,jj,jk,jppoc) * trn(ji,jj,jk,jpgoc) * facvol(ji,jj,jk)
583               zagg4 = 0.e0 * xstep * trn(ji,jj,jk,jppoc) * trn(ji,jj,jk,jppoc) * facvol(ji,jj,jk)
584# else
585               zagg3 = 0.66 * xstep * trn(ji,jj,jk,jppoc) * trn(ji,jj,jk,jpgoc)
586               zagg4 = 0.e0 * xstep * trn(ji,jj,jk,jppoc) * trn(ji,jj,jk,jppoc)
587# endif
588               zagg   = zagg1 + zagg2 + zagg3 + zagg4
589               zaggfe = zagg * trn(ji,jj,jk,jpsfe) / ( trn(ji,jj,jk,jppoc) + rtrn )
590
591               ! Aggregation of DOC to small particles
592#if defined key_off_degrad
593               zaggdoc = ( 80.* trn(ji,jj,jk,jpdoc) + 698. * trn(ji,jj,jk,jppoc) )       &
594                  &      * facvol(ji,jj,jk)  * zfact * trn(ji,jj,jk,jpdoc)
595               zaggdoc2 = 1.05e4 * zfact * trn(ji,jj,jk,jpgoc)   &
596                  &      * facvol(ji,jj,jk) * trn(ji,jj,jk,jpdoc)
597#else
598               zaggdoc = ( 80.* trn(ji,jj,jk,jpdoc) + 698. * trn(ji,jj,jk,jppoc) )    &
599                  &      *  zfact * trn(ji,jj,jk,jpdoc)
600               zaggdoc2 = 1.05e4 * zfact * trn(ji,jj,jk,jpgoc) * trn(ji,jj,jk,jpdoc)
601#endif
602               !  Update the trends
603               tra(ji,jj,jk,jppoc) = tra(ji,jj,jk,jppoc) - zagg + zaggdoc
604               tra(ji,jj,jk,jpgoc) = tra(ji,jj,jk,jpgoc) + zagg + zaggdoc2
605               tra(ji,jj,jk,jpsfe) = tra(ji,jj,jk,jpsfe) - zaggfe
606               tra(ji,jj,jk,jpbfe) = tra(ji,jj,jk,jpbfe) + zaggfe
607               tra(ji,jj,jk,jpdoc) = tra(ji,jj,jk,jpdoc) - zaggdoc - zaggdoc2
608               !
609            END DO
610         END DO
611      END DO
612
613#if defined key_trc_diaadd
614      zrfact2 = 1.e3 * rfact2r
615      iksed1 = iksed + 1
616#  if ! defined key_iomput
617      trc2d(:,:,jp_pcs0_2d + 4) = sinking (:,:,iksed1) * zrfact2 * tmask(:,:,1)
618      trc2d(:,:,jp_pcs0_2d + 5) = sinking2(:,:,iksed1) * zrfact2 * tmask(:,:,1)
619      trc2d(:,:,jp_pcs0_2d + 6) = sinkfer (:,:,iksed1) * zrfact2 * tmask(:,:,1)
620      trc2d(:,:,jp_pcs0_2d + 7) = sinkfer2(:,:,iksed1) * zrfact2 * tmask(:,:,1)
621      trc2d(:,:,jp_pcs0_2d + 8) = sinksil (:,:,iksed1) * zrfact2 * tmask(:,:,1)
622      trc2d(:,:,jp_pcs0_2d + 9) = sinkcal (:,:,iksed1) * zrfact2 * tmask(:,:,1)
623#  else
624      zw3d(:,:,:)  = sinking (:,:,:) * zrfact2 * tmask(:,:,:)
625      IF( jnt == nrdttrc ) CALL iom_put( "ExpPOC" , zw3d )
626      zw3d(:,:,:)  = sinking2(:,:,:) * zrfact2 * tmask(:,:,:)
627      IF( jnt == nrdttrc ) CALL iom_put( "ExpGOC", zw3d )
628      zw3d(:,:,:)  = sinkfer (:,:,:) * zrfact2 * tmask(:,:,:)
629      IF( jnt == nrdttrc ) CALL iom_put( "ExpFe1", zw3d )
630      zw3d(:,:,:)  = sinkfer2(:,:,:) * zrfact2 * tmask(:,:,:)
631      IF( jnt == nrdttrc ) CALL iom_put( "ExpFe2", zw3d )
632      zw3d(:,:,:)  = sinksil (:,:,:) * zrfact2 * tmask(:,:,:)
633      IF( jnt == nrdttrc ) CALL iom_put( "ExpSi", zw3d )
634      zw3d(:,:,:)  = sinkcal (:,:,:) * zrfact2 * tmask(:,:,:)
635      IF( jnt == nrdttrc ) CALL iom_put( "Expcal", zw3d )
636#  endif
637#endif
638      !
639       IF(ln_ctl)   THEN  ! print mean trends (used for debugging)
640         WRITE(charout, FMT="('sink')")
641         CALL prt_ctl_trc_info(charout)
642         CALL prt_ctl_trc(tab4d=tra, mask=tmask, clinfo=ctrcnm)
643       ENDIF
644
645   END SUBROUTINE p4z_sink
646
647#endif
648
649   SUBROUTINE p4z_sink2( pwsink, psinkflx, jp_tra )
650      !!---------------------------------------------------------------------
651      !!                     ***  ROUTINE p4z_sink2  ***
652      !!
653      !! ** Purpose :   Compute the sedimentation terms for the various sinking
654      !!     particles. The scheme used to compute the trends is based
655      !!     on MUSCL.
656      !!
657      !! ** Method  : - this ROUTINE compute not exactly the advection but the
658      !!      transport term, i.e.  div(u*tra).
659      !!---------------------------------------------------------------------
660      INTEGER , INTENT(in   )                         ::   jp_tra    ! tracer index index     
661      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   pwsink    ! sinking speed
662      REAL(wp), INTENT(inout), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   psinkflx  ! sinking fluxe
663      !!
664      INTEGER  ::   ji, jj, jk, jn
665      REAL(wp) ::   zigma,zew,zign, zflx
666      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::  ztraz, zakz
667      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::  zwsink2
668      !!---------------------------------------------------------------------
669
670
671      ztraz(:,:,:) = 0.e0
672      zakz (:,:,:) = 0.e0
673
674      DO jk = 1, jpkm1
675# if defined key_off_degrad
676         zwsink2(:,:,jk+1) = -pwsink(:,:,jk) / rday * tmask(:,:,jk+1) * facvol(:,:,jk)
677# else
678         zwsink2(:,:,jk+1) = -pwsink(:,:,jk) / rday * tmask(:,:,jk+1)
679# endif
680      END DO
681      zwsink2(:,:,1) = 0.e0
682
683
684      ! Vertical advective flux
685      DO jn = 1, 2
686         !  first guess of the slopes interior values
687         DO jk = 2, jpkm1
688            ztraz(:,:,jk) = ( trn(:,:,jk-1,jp_tra) - trn(:,:,jk,jp_tra) ) * tmask(:,:,jk)
689         END DO
690         ztraz(:,:,1  ) = 0.0
691         ztraz(:,:,jpk) = 0.0
692
693         ! slopes
694         DO jk = 2, jpkm1
695            DO jj = 1,jpj
696               DO ji = 1, jpi
697                  zign = 0.25 + SIGN( 0.25, ztraz(ji,jj,jk) * ztraz(ji,jj,jk+1) )
698                  zakz(ji,jj,jk) = ( ztraz(ji,jj,jk) + ztraz(ji,jj,jk+1) ) * zign
699               END DO
700            END DO
701         END DO
702         
703         ! Slopes limitation
704         DO jk = 2, jpkm1
705            DO jj = 1, jpj
706               DO ji = 1, jpi
707                  zakz(ji,jj,jk) = SIGN( 1., zakz(ji,jj,jk) ) *        &
708                     &             MIN( ABS( zakz(ji,jj,jk) ), 2. * ABS(ztraz(ji,jj,jk+1)), 2. * ABS(ztraz(ji,jj,jk) ) )
709               END DO
710            END DO
711         END DO
712         
713         ! vertical advective flux
714         DO jk = 1, jpkm1
715            DO jj = 1, jpj     
716               DO ji = 1, jpi   
717                  zigma = zwsink2(ji,jj,jk+1) * xstep2 / fse3w(ji,jj,jk+1)
718                  zew   = zwsink2(ji,jj,jk+1)
719                  psinkflx(ji,jj,jk+1) = -zew * ( trn(ji,jj,jk,jp_tra) - 0.5 * ( 1 + zigma ) * zakz(ji,jj,jk) ) * xstep2
720               END DO
721            END DO
722         END DO
723         !
724         ! Boundary conditions
725         psinkflx(:,:,1  ) = 0.e0
726         psinkflx(:,:,jpk) = 0.e0
727         
728         DO jk=1,jpkm1
729            DO jj = 1,jpj
730               DO ji = 1, jpi
731                  zflx = ( psinkflx(ji,jj,jk) - psinkflx(ji,jj,jk+1) ) / fse3t(ji,jj,jk)
732                  trn(ji,jj,jk,jp_tra) = trn(ji,jj,jk,jp_tra) + zflx
733               END DO
734            END DO
735         END DO
736
737      ENDDO
738
739      DO jk=1,jpkm1
740         DO jj = 1,jpj
741            DO ji = 1, jpi
742               zflx = ( psinkflx(ji,jj,jk) - psinkflx(ji,jj,jk+1) ) / fse3t(ji,jj,jk)
743               trb(ji,jj,jk,jp_tra) = trb(ji,jj,jk,jp_tra) + 2. * zflx
744            END DO
745         END DO
746      END DO
747
748      trn(:,:,:,jp_tra) = trb(:,:,:,jp_tra)
749      psinkflx(:,:,:)   = 2. * psinkflx(:,:,:)
750
751      !
752   END SUBROUTINE p4z_sink2
753
754#else
755   !!======================================================================
756   !!  Dummy module :                                   No PISCES bio-model
757   !!======================================================================
758CONTAINS
759   SUBROUTINE p4z_sink                    ! Empty routine
760   END SUBROUTINE p4z_sink
761#endif 
762
763   !!======================================================================
764END MODULE  p4zsink
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.