source: branches/CMIP5_IPSL/NEMO/TOP_SRC/PISCES/p4zsink.F90 @ 1830

Last change on this file since 1830 was 1830, checked in by cetlod, 11 years ago

Computation of additional diagnostics for PISCES model ( under CPP key key_diaar5 )

  • needed for AR5 outputs (vertical inventories, passive tracers at surface,… )
  • new output file with suffix dbio_T
  • Property svn:executable set to *
  • Property svn:keywords set to Id
File size: 30.9 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  :: ik1
102#endif
103      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   znum3d
104      CHARACTER (len=25) :: charout
105
106      !!---------------------------------------------------------------------
107
108      IF( ( kt * jnt ) == nittrc000  )  THEN
109          CALL p4z_sink_init   ! Initialization (first time-step only)
110          xstep  = rfact2 / rday      ! Time step duration for biology
111          xstep2 = rfact2 /  2.
112      ENDIF
113
114!     Initialisation of variables used to compute Sinking Speed
115!     ---------------------------------------------------------
116
117       znum3d(:,:,:) = 0.e0
118       zval1 = 1. + xkr_zeta
119       zval2 = 1. + xkr_zeta + xkr_eta
120       zval3 = 1. + xkr_eta
121
122!     Computation of the vertical sinking speed : Kriest et Evans, 2000
123!     -----------------------------------------------------------------
124
125      DO jk = 1, jpkm1
126         DO jj = 1, jpj
127            DO ji = 1, jpi
128               IF( tmask(ji,jj,jk) /= 0.e0 ) THEN
129                  znum = trn(ji,jj,jk,jppoc) / ( trn(ji,jj,jk,jpnum) + rtrn ) / xkr_massp
130! -------------- To avoid sinking speed over 50 m/day -------
131                  znum  = MIN( xnumm(jk), znum )
132                  znum  = MAX( 1.1      , znum )
133                  znum3d(ji,jj,jk) = znum
134!------------------------------------------------------------
135                  zeps  = ( zval1 * znum - 1. )/ ( znum - 1. )
136                  zfm   = xkr_frac**( 1. - zeps )
137                  zgm   = xkr_frac**( zval1 - zeps )
138                  zdiv  = MAX( 1.e-4, ABS( zeps - zval2 ) ) * SIGN( 1., ( zeps - zval2 ) )
139                  zdiv1 = zeps - zval3
140                  wsbio3(ji,jj,jk) = xkr_wsbio_min * ( zeps - zval1 ) / zdiv    &
141     &                             - xkr_wsbio_max *   zgm * xkr_eta  / zdiv
142                  wsbio4(ji,jj,jk) = xkr_wsbio_min *   ( zeps-1. )    / zdiv1   &
143     &                             - xkr_wsbio_max *   zfm * xkr_eta  / zdiv1
144                  IF( znum == 1.1)   wsbio3(ji,jj,jk) = wsbio4(ji,jj,jk)
145               ENDIF
146            END DO
147         END DO
148      END DO
149
150      wscal(:,:,:) = MAX( wsbio3(:,:,:), 50. )
151
152
153!   INITIALIZE TO ZERO ALL THE SINKING ARRAYS
154!   -----------------------------------------
155
156      sinking (:,:,:) = 0.e0
157      sinking2(:,:,:) = 0.e0
158      sinkcal (:,:,:) = 0.e0
159      sinkfer (:,:,:) = 0.e0
160      sinksil (:,:,:) = 0.e0
161
162!   Compute the sedimentation term using p4zsink2 for all
163!   the sinking particles
164!   -----------------------------------------------------
165
166      CALL p4z_sink2( wsbio3, sinking , jppoc )
167      CALL p4z_sink2( wsbio4, sinking2, jpnum )
168      CALL p4z_sink2( wsbio3, sinkfer , jpsfe )
169      CALL p4z_sink2( wscal , sinksil , jpdsi )
170      CALL p4z_sink2( wscal , sinkcal , jpcal )
171
172!  Exchange between organic matter compartments due to
173!  coagulation/disaggregation
174!  ---------------------------------------------------
175
176      zval1 = 1. + xkr_zeta
177      zval2 = 1. + xkr_eta
178      zval3 = 3. + xkr_eta
179      zval4 = 4. + xkr_eta
180
181      DO jk = 1,jpkm1
182         DO jj = 1,jpj
183            DO ji = 1,jpi
184               IF( tmask(ji,jj,jk) /= 0.e0 ) THEN
185
186                  znum = trn(ji,jj,jk,jppoc)/(trn(ji,jj,jk,jpnum)+rtrn) / xkr_massp
187! -------------- To avoid sinking speed over 50 m/day -------
188                  znum  = min(xnumm(jk),znum)
189                  znum  = MAX( 1.1,znum)
190!------------------------------------------------------------
191                  zeps  = ( zval1 * znum - 1.) / ( znum - 1.)
192                  zdiv  = MAX( 1.e-4, ABS( zeps - zval3) ) * SIGN( 1., zeps - zval3 )
193                  zdiv1 = MAX( 1.e-4, ABS( zeps - 4.   ) ) * SIGN( 1., zeps - 4.    )
194                  zdiv2 = zeps - 2.
195                  zdiv3 = zeps - 3.
196                  zdiv4 = zeps - zval2
197                  zdiv5 = 2.* zeps - zval4
198                  zfm   = xkr_frac**( 1.- zeps )
199                  zsm   = xkr_frac**xkr_eta
200
201!    Part I : Coagulation dependant on turbulence
202!    ----------------------------------------------
203
204                  zagg1 = ( 0.163 * trn(ji,jj,jk,jpnum)**2               &
205                     &            * 2.*( (zfm-1.)*(zfm*xkr_mass_max**3-xkr_mass_min**3)    &
206                     &            * (zeps-1)/zdiv1 + 3.*(zfm*xkr_mass_max-xkr_mass_min)    &
207                     &            * (zfm*xkr_mass_max**2-xkr_mass_min**2)                  &
208                     &            * (zeps-1.)**2/(zdiv2*zdiv3))            &
209# if defined key_off_degrad
210                     &                 *facvol(ji,jj,jk)       &
211# endif
212                     &    )
213
214                  zagg2 = (  2*0.163*trn(ji,jj,jk,jpnum)**2*zfm*                       &
215                     &                   ((xkr_mass_max**3+3.*(xkr_mass_max**2          &
216                     &                    *xkr_mass_min*(zeps-1.)/zdiv2                 &
217                     &                    +xkr_mass_max*xkr_mass_min**2*(zeps-1.)/zdiv3)    &
218                     &                    +xkr_mass_min**3*(zeps-1)/zdiv1)                  &
219                     &                    -zfm*xkr_mass_max**3*(1.+3.*((zeps-1.)/           &
220                     &                    (zeps-2.)+(zeps-1.)/zdiv3)+(zeps-1.)/zdiv1))      &
221#    if defined key_off_degrad
222                     &                 *facvol(ji,jj,jk)             &
223#    endif
224                     &    )
225
226                  zagg3 = (  0.163*trn(ji,jj,jk,jpnum)**2*zfm**2*8. * xkr_mass_max**3   &
227#    if defined key_off_degrad
228                     &                 *facvol(ji,jj,jk)             &
229#    endif
230                     &    )
231
232                  zaggsh = ( zagg1 + zagg2 + zagg3 ) * rfact2 * xdiss(ji,jj,jk) / 1000.
233
234!    Aggregation of small into large particles
235!    Part II : Differential settling
236!    ----------------------------------------------
237
238                  zagg4 = (  2.*3.141*0.125*trn(ji,jj,jk,jpnum)**2*                       &
239                     &                 xkr_wsbio_min*(zeps-1.)**2                         &
240                     &                 *(xkr_mass_min**2*((1.-zsm*zfm)/(zdiv3*zdiv4)      &
241                     &                 -(1.-zfm)/(zdiv*(zeps-1.)))-                       &
242                     &                 ((zfm*zfm*xkr_mass_max**2*zsm-xkr_mass_min**2)     &
243                     &                 *xkr_eta)/(zdiv*zdiv3*zdiv5) )                     &
244# if defined key_off_degrad
245                     &                 *facvol(ji,jj,jk)        &
246# endif
247                     &    )
248
249                  zagg5 = (  2.*3.141*0.125*trn(ji,jj,jk,jpnum)**2                         &
250                     &                 *(zeps-1.)*zfm*xkr_wsbio_min                        &
251                     &                 *(zsm*(xkr_mass_min**2-zfm*xkr_mass_max**2)         &
252                     &                 /zdiv3-(xkr_mass_min**2-zfm*zsm*xkr_mass_max**2)    &
253                     &                 /zdiv)                   &
254# if defined key_off_degrad
255                     &                 *facvol(ji,jj,jk)        &
256# endif
257                     &    )
258
259                  zaggsi = ( zagg4 + zagg5 ) * xstep / 10.
260
261                  zagg = 0.5 * xkr_stick * ( zaggsh + zaggsi )
262
263!     Aggregation of DOC to small particles
264!     --------------------------------------
265
266                  zaggdoc = ( 0.4 * trn(ji,jj,jk,jpdoc)               &
267                     &        + 1018.  * trn(ji,jj,jk,jppoc)  ) * xstep    &
268# if defined key_off_degrad
269                     &        * facvol(ji,jj,jk)                              &
270# endif
271                     &        * xdiss(ji,jj,jk) * trn(ji,jj,jk,jpdoc)
272
273                  znumdoc = trn(ji,jj,jk,jpnum) / ( trn(ji,jj,jk,jppoc) + rtrn )
274                  tra(ji,jj,jk,jppoc) = tra(ji,jj,jk,jppoc) + zaggdoc
275                  tra(ji,jj,jk,jpnum) = tra(ji,jj,jk,jpnum) + zaggdoc * znumdoc - zagg
276                  tra(ji,jj,jk,jpdoc) = tra(ji,jj,jk,jpdoc) - zaggdoc
277
278               ENDIF
279            END DO
280         END DO
281      END DO
282
283#if defined key_trc_diaadd
284      zrfact2 = 1.e3 * rfact2r
285      ik1 = iksed + 1
286#  if ! defined key_iomput
287      trc2d(:,:  ,jp_pcs0_2d + 4)  = sinking (:,:,ik1) * zrfact2 * tmask(:,:,1)
288      trc2d(:,:  ,jp_pcs0_2d + 5)  = sinking2(:,:,ik1) * zrfact2 * tmask(:,:,1)
289      trc2d(:,:  ,jp_pcs0_2d + 6)  = sinkfer (:,:,ik1) * zrfact2 * tmask(:,:,1)
290      trc2d(:,:  ,jp_pcs0_2d + 7)  = sinksil (:,:,ik1) * zrfact2 * tmask(:,:,1)
291      trc2d(:,:  ,jp_pcs0_2d + 8)  = sinkcal (:,:,ik1) * zrfact2 * tmask(:,:,1)
292      trc3d(:,:,:,jp_pcs0_3d + 11) = sinking (:,:,:)      * zrfact2 * tmask(:,:,:)
293      trc3d(:,:,:,jp_pcs0_3d + 12) = sinking2(:,:,:)      * zrfact2 * tmask(:,:,:)
294      trc3d(:,:,:,jp_pcs0_3d + 13) = sinksil (:,:,:)      * zrfact2 * tmask(:,:,:)
295      trc3d(:,:,:,jp_pcs0_3d + 14) = sinkcal (:,:,:)      * zrfact2 * tmask(:,:,:)
296      trc3d(:,:,:,jp_pcs0_3d + 15) = znum3d  (:,:,:)                * tmask(:,:,:)
297      trc3d(:,:,:,jp_pcs0_3d + 16) = wsbio3  (:,:,:)                * tmask(:,:,:)
298      trc3d(:,:,:,jp_pcs0_3d + 17) = wsbio4  (:,:,:)                * tmask(:,:,:)
299#else
300      IF( jnt == nrdttrc ) then
301        CALL iom_put( "POCFlx"  , sinking (:,:,:)      * zrfact2 * tmask(:,:,:) )  ! POC export
302        CALL iom_put( "NumFlx"  , sinking2 (:,:,:)     * zrfact2 * tmask(:,:,:) )  ! Num export
303        CALL iom_put( "SiFlx"   , sinksil (:,:,:)      * zrfact2 * tmask(:,:,:) )  ! Silica export
304        CALL iom_put( "CaCO3Flx", sinkcal (:,:,:)      * zrfact2 * tmask(:,:,:) )  ! Calcite export
305        CALL iom_put( "xnum"    , znum3d  (:,:,:)                * tmask(:,:,:) )  ! Number of particles in aggregats
306        CALL iom_put( "W1"      , wsbio3  (:,:,:)                * tmask(:,:,:) )  ! sinking speed of POC
307        CALL iom_put( "W2"      , wsbio4  (:,:,:)                * tmask(:,:,:) )  ! sinking speed of aggregats
308        CALL iom_put( "PMO"     , sinking (:,:,ik1) * zrfact2 * tmask(:,:,1) )  ! POC export at 100m
309        CALL iom_put( "PMO2"    , sinking2(:,:,ik1) * zrfact2 * tmask(:,:,1) )  ! Num export at 100m
310        CALL iom_put( "ExpFe1"  , sinkfer (:,:,ik1) * zrfact2 * tmask(:,:,1) )  ! Export of iron at 100m
311        CALL iom_put( "ExpSi"   , sinksil (:,:,ik1) * zrfact2 * tmask(:,:,1) )  ! export of silica at 100m
312        CALL iom_put( "ExpCaCO3", sinkcal (:,:,ik1) * zrfact2 * tmask(:,:,1) )  ! export of calcite at 100m
313     ENDIF
314#  endif
315
316#endif
317      !
318       IF(ln_ctl)   THEN  ! print mean trends (used for debugging)
319         WRITE(charout, FMT="('sink')")
320         CALL prt_ctl_trc_info(charout)
321         CALL prt_ctl_trc(tab4d=tra, mask=tmask, clinfo=ctrcnm)
322       ENDIF
323
324   END SUBROUTINE p4z_sink
325
326   SUBROUTINE p4z_sink_init
327      !!----------------------------------------------------------------------
328      !!                  ***  ROUTINE p4z_sink_init  ***
329      !!
330      !! ** Purpose :   Initialization of sinking parameters
331      !!                Kriest parameterization only
332      !!
333      !! ** Method  :   Read the nampiskrs namelist and check the parameters
334      !!      called at the first timestep (nittrc000)
335      !!
336      !! ** input   :   Namelist nampiskrs
337      !!
338      !!----------------------------------------------------------------------
339      INTEGER  ::   jk, jn, kiter
340      REAL(wp) ::   znum, zdiv
341      REAL(wp) ::   zws, zwr, zwl,wmax, znummax
342      REAL(wp) ::   zmin, zmax, zl, zr, xacc
343
344      NAMELIST/nampiskrs/ xkr_sfact, xkr_stick ,  &
345         &                xkr_nnano, xkr_ndiat, xkr_nmeso, xkr_naggr
346
347      !!----------------------------------------------------------------------
348      REWIND( numnat )                     ! read nampiskrs
349      READ  ( numnat, nampiskrs )
350
351      IF(lwp) THEN
352         WRITE(numout,*)
353         WRITE(numout,*) ' Namelist : nampiskrs'
354         WRITE(numout,*) '    Sinking factor                           xkr_sfact    = ', xkr_sfact
355         WRITE(numout,*) '    Stickiness                               xkr_stick    = ', xkr_stick
356         WRITE(numout,*) '    Nbr of cell in nano size class           xkr_nnano    = ', xkr_nnano
357         WRITE(numout,*) '    Nbr of cell in diatoms size class        xkr_ndiat    = ', xkr_ndiat
358         WRITE(numout,*) '    Nbr of cell in mesozoo size class        xkr_nmeso    = ', xkr_nmeso
359         WRITE(numout,*) '    Nbr of cell in aggregates size class     xkr_naggr    = ', xkr_naggr
360     ENDIF
361
362
363     ! max and min vertical particle speed
364     xkr_wsbio_min = xkr_sfact * xkr_mass_min**xkr_eta
365     xkr_wsbio_max = xkr_sfact * xkr_mass_max**xkr_eta
366     WRITE(numout,*) ' max and min vertical particle speed ', xkr_wsbio_min, xkr_wsbio_max
367
368     !
369     !    effect of the sizes of the different living pools on particle numbers
370     !    nano = 2um-20um -> mean size=6.32 um -> ws=2.596 -> xnum=xnnano=2.337
371     !    diat and microzoo = 10um-200um -> 44.7 -> 8.732 -> xnum=xndiat=3.718
372     !    mesozoo = 200um-2mm -> 632.45 -> 45.14 -> xnum=xnmeso=7.147
373     !    aggregates = 200um-10mm -> 1414 -> 74.34 -> xnum=xnaggr=9.877
374     !    doc aggregates = 1um
375     ! ----------------------------------------------------------
376
377     xkr_dnano = 1. / ( xkr_massp * xkr_nnano )
378     xkr_ddiat = 1. / ( xkr_massp * xkr_ndiat )
379     xkr_dmeso = 1. / ( xkr_massp * xkr_nmeso )
380     xkr_daggr = 1. / ( xkr_massp * xkr_naggr )
381
382      !!---------------------------------------------------------------------
383      !!    'key_kriest'                                                  ???
384      !!---------------------------------------------------------------------
385      !  COMPUTATION OF THE VERTICAL PROFILE OF MAXIMUM SINKING SPEED
386      !  Search of the maximum number of particles in aggregates for each k-level.
387      !  Bissection Method
388      !--------------------------------------------------------------------
389      WRITE(numout,*)
390      WRITE(numout,*)'    kriest : Compute maximum number of particles in aggregates'
391
392      xacc     =  0.001
393      kiter    = 50
394      zmin     =  1.10
395      zmax     = xkr_mass_max / xkr_mass_min
396      xkr_frac = zmax
397
398      DO jk = 1,jpk
399         zl = zmin
400         zr = zmax
401         wmax = 0.5 * fse3t(1,1,jk) * rday / rfact2
402         zdiv = xkr_zeta + xkr_eta - xkr_eta * zl
403         znum = zl - 1.
404         zwl =  xkr_wsbio_min * xkr_zeta / zdiv &
405            & - ( xkr_wsbio_max * xkr_eta * znum * &
406            &     xkr_frac**( -xkr_zeta / znum ) / zdiv ) &
407            & - wmax
408
409         zdiv = xkr_zeta + xkr_eta - xkr_eta * zr
410         znum = zr - 1.
411         zwr =  xkr_wsbio_min * xkr_zeta / zdiv &
412            & - ( xkr_wsbio_max * xkr_eta * znum * &
413            &     xkr_frac**( -xkr_zeta / znum ) / zdiv ) &
414            & - wmax
415iflag:  DO jn = 1, kiter
416           IF( zwl == 0.e0 ) THEN
417              znummax = zl
418           ELSE IF ( zwr == 0.e0 ) THEN
419              znummax = zr
420           ELSE
421              znummax = ( zr + zl ) / 2.
422              zdiv = xkr_zeta + xkr_eta - xkr_eta * znummax
423              znum = znummax - 1.
424              zws =  xkr_wsbio_min * xkr_zeta / zdiv &
425                 & - ( xkr_wsbio_max * xkr_eta * znum * &
426                 &     xkr_frac**( -xkr_zeta / znum ) / zdiv ) &
427                 & - wmax
428              IF( zws * zwl < 0. ) THEN
429                 zr = znummax
430              ELSE
431                 zl = znummax
432              ENDIF
433              zdiv = xkr_zeta + xkr_eta - xkr_eta * zl
434              znum = zl - 1.
435              zwl =  xkr_wsbio_min * xkr_zeta / zdiv &
436                 & - ( xkr_wsbio_max * xkr_eta * znum * &
437                 &     xkr_frac**( -xkr_zeta / znum ) / zdiv ) &
438                 & - wmax
439
440              zdiv = xkr_zeta + xkr_eta - xkr_eta * zr
441              znum = zr - 1.
442              zwr =  xkr_wsbio_min * xkr_zeta / zdiv &
443                 & - ( xkr_wsbio_max * xkr_eta * znum * &
444                 &     xkr_frac**( -xkr_zeta / znum ) / zdiv ) &
445                 & - wmax
446
447              IF ( ABS ( zws )  <= xacc ) EXIT iflag
448
449           ENDIF
450
451        END DO iflag
452
453        xnumm(jk) = znummax
454        WRITE(numout,*) '       jk = ', jk, ' wmax = ', wmax,' xnum max = ', xnumm(jk)
455
456     END DO
457
458  END SUBROUTINE p4z_sink_init
459
460#else
461
462   SUBROUTINE p4z_sink ( kt, jnt )
463      !!---------------------------------------------------------------------
464      !!                     ***  ROUTINE p4z_sink  ***
465      !!
466      !! ** Purpose :   Compute vertical flux of particulate matter due to
467      !!                gravitational sinking
468      !!
469      !! ** Method  : - ???
470      !!---------------------------------------------------------------------
471      INTEGER, INTENT(in) :: kt, jnt
472      INTEGER  ::   ji, jj, jk
473      REAL(wp) ::   zagg1, zagg2, zagg3, zagg4
474      REAL(wp) ::   zagg , zaggfe, zaggdoc, zaggdoc2
475      REAL(wp) ::   zfact, zwsmax
476#if defined key_trc_dia3d
477      REAL(wp) ::   zrfact2
478      INTEGER  ::   ik1
479#endif
480      CHARACTER (len=25) :: charout
481      !!---------------------------------------------------------------------
482
483      IF( ( kt * jnt ) == nittrc000  )  THEN
484          xstep  = rfact2 / rday      ! Timestep duration for biology
485          xstep2 = rfact2 /  2.
486      ENDIF
487
488!    Sinking speeds of detritus is increased with depth as shown
489!    by data and from the coagulation theory
490!    -----------------------------------------------------------
491      DO jk = 1, jpkm1
492         DO jj = 1, jpj
493            DO ji=1,jpi
494               zfact = MAX( 0., fsdepw(ji,jj,jk+1)-hmld(ji,jj) ) / 4000.
495               wsbio4(ji,jj,jk) = wsbio2 + ( 200.- wsbio2 ) * zfact
496            END DO
497         END DO
498      END DO
499
500!      LIMIT THE VALUES OF THE SINKING SPEEDS
501!      TO AVOID NUMERICAL INSTABILITIES
502
503      wsbio3(:,:,:) = wsbio
504!
505! OA Below, this is garbage. the ideal would be to find a time-splitting
506! OA algorithm that does not increase the computing cost by too much
507! OA In ROMS, I have included a time-splitting procedure. But it is
508! OA too expensive as the loop is computed globally. Thus, a small e3t
509! OA at one place determines the number of subtimesteps globally
510! OA AWFULLY EXPENSIVE !! Not able to find a better approach. Damned !!
511
512      DO jk = 1,jpkm1
513         DO jj = 1, jpj
514            DO ji = 1, jpi
515               zwsmax = 0.8 * fse3t(ji,jj,jk) / xstep
516               wsbio4(ji,jj,jk) = MIN( wsbio4(ji,jj,jk), zwsmax )
517               wsbio3(ji,jj,jk) = MIN( wsbio3(ji,jj,jk), zwsmax )
518            END DO
519         END DO
520      END DO
521
522      wscal(:,:,:) = wsbio4(:,:,:)
523
524!   INITIALIZE TO ZERO ALL THE SINKING ARRAYS
525!   -----------------------------------------
526
527      sinking (:,:,:) = 0.e0
528      sinking2(:,:,:) = 0.e0
529      sinkcal (:,:,:) = 0.e0
530      sinkfer (:,:,:) = 0.e0
531      sinksil (:,:,:) = 0.e0
532      sinkfer2(:,:,:) = 0.e0
533
534!   Compute the sedimentation term using p4zsink2 for all
535!   the sinking particles
536!   -----------------------------------------------------
537
538      CALL p4z_sink2( wsbio3, sinking , jppoc )
539      CALL p4z_sink2( wsbio3, sinkfer , jpsfe )
540      CALL p4z_sink2( wsbio4, sinking2, jpgoc )
541      CALL p4z_sink2( wsbio4, sinkfer2, jpbfe )
542      CALL p4z_sink2( wsbio4, sinksil , jpdsi )
543      CALL p4z_sink2( wscal , sinkcal , jpcal )
544
545!  Exchange between organic matter compartments due to
546!  coagulation/disaggregation
547!  ---------------------------------------------------
548
549      DO jk = 1, jpkm1
550         DO jj = 1, jpj
551            DO ji = 1, jpi
552               zfact = xstep * xdiss(ji,jj,jk)
553               !  Part I : Coagulation dependent on turbulence
554# if defined key_off_degrad
555               zagg1 = 940.* zfact * trn(ji,jj,jk,jppoc) * trn(ji,jj,jk,jppoc) * facvol(ji,jj,jk)
556               zagg2 = 1.054e4 * zfact * trn(ji,jj,jk,jppoc) * trn(ji,jj,jk,jpgoc) * facvol(ji,jj,jk)
557# else
558               zagg1 = 940.* zfact * trn(ji,jj,jk,jppoc) * trn(ji,jj,jk,jppoc)
559               zagg2 = 1.054e4 * zfact * trn(ji,jj,jk,jppoc) * trn(ji,jj,jk,jpgoc)
560# endif
561
562               ! Part II : Differential settling
563
564               !  Aggregation of small into large particles
565# if defined key_off_degrad
566               zagg3 = 0.66 * xstep * trn(ji,jj,jk,jppoc) * trn(ji,jj,jk,jpgoc) * facvol(ji,jj,jk)
567               zagg4 = 0.e0 * xstep * trn(ji,jj,jk,jppoc) * trn(ji,jj,jk,jppoc) * facvol(ji,jj,jk)
568# else
569               zagg3 = 0.66 * xstep * trn(ji,jj,jk,jppoc) * trn(ji,jj,jk,jpgoc)
570               zagg4 = 0.e0 * xstep * trn(ji,jj,jk,jppoc) * trn(ji,jj,jk,jppoc)
571# endif
572               zagg   = zagg1 + zagg2 + zagg3 + zagg4
573               zaggfe = zagg * trn(ji,jj,jk,jpsfe) / ( trn(ji,jj,jk,jppoc) + rtrn )
574
575               ! Aggregation of DOC to small particles
576#if defined key_off_degrad
577               zaggdoc = ( 80.* trn(ji,jj,jk,jpdoc) + 698. * trn(ji,jj,jk,jppoc) )       &
578                  &      * facvol(ji,jj,jk)  * zfact * trn(ji,jj,jk,jpdoc)
579               zaggdoc2 = 1.05e4 * zfact * trn(ji,jj,jk,jpgoc)   &
580                  &      * facvol(ji,jj,jk) * trn(ji,jj,jk,jpdoc)
581#else
582               zaggdoc = ( 80.* trn(ji,jj,jk,jpdoc) + 698. * trn(ji,jj,jk,jppoc) )    &
583                  &      *  zfact * trn(ji,jj,jk,jpdoc)
584               zaggdoc2 = 1.05e4 * zfact * trn(ji,jj,jk,jpgoc) * trn(ji,jj,jk,jpdoc)
585#endif
586               !  Update the trends
587               tra(ji,jj,jk,jppoc) = tra(ji,jj,jk,jppoc) - zagg + zaggdoc
588               tra(ji,jj,jk,jpgoc) = tra(ji,jj,jk,jpgoc) + zagg + zaggdoc2
589               tra(ji,jj,jk,jpsfe) = tra(ji,jj,jk,jpsfe) - zaggfe
590               tra(ji,jj,jk,jpbfe) = tra(ji,jj,jk,jpbfe) + zaggfe
591               tra(ji,jj,jk,jpdoc) = tra(ji,jj,jk,jpdoc) - zaggdoc - zaggdoc2
592               !
593            END DO
594         END DO
595      END DO
596
597#if defined key_trc_diaadd
598      zrfact2 = 1.e3 * rfact2r
599      ik1  = iksed + 1
600#  if ! defined key_iomput
601      trc2d(:,:,jp_pcs0_2d + 4) = sinking (:,:,ik1) * zrfact2 * tmask(:,:,1)
602      trc2d(:,:,jp_pcs0_2d + 5) = sinking2(:,:,ik1) * zrfact2 * tmask(:,:,1)
603      trc2d(:,:,jp_pcs0_2d + 6) = sinkfer (:,:,ik1) * zrfact2 * tmask(:,:,1)
604      trc2d(:,:,jp_pcs0_2d + 7) = sinkfer2(:,:,ik1) * zrfact2 * tmask(:,:,1)
605      trc2d(:,:,jp_pcs0_2d + 8) = sinksil (:,:,ik1) * zrfact2 * tmask(:,:,1)
606      trc2d(:,:,jp_pcs0_2d + 9) = sinkcal (:,:,ik1) * zrfact2 * tmask(:,:,1)
607#  else
608      IF( jnt == nrdttrc )  then
609         CALL iom_put( "EPC100"  , ( sinking(:,:,ik1) + sinking2(:,:,ik1) ) * zrfact2 * tmask(:,:,1) ) ! Export of carbon at 100m
610         CALL iom_put( "EPFE100" , ( sinkfer(:,:,ik1) + sinkfer2(:,:,ik1) ) * zrfact2 * tmask(:,:,1) ) ! Export of iron at 100m
611         CALL iom_put( "EPCAL100",   sinkcal(:,:,ik1)                       * zrfact2 * tmask(:,:,1) ) ! Export of calcite  at 100m
612         CALL iom_put( "EPSI100" ,   sinksil(:,:,ik1)                       * zrfact2 * tmask(:,:,1) ) ! Export of biogenic silica at 100m
613#if defined key_diaar5
614         CALL iom_put( "EXPC"    , ( sinking(:,:,:  ) + sinking2(:,:,:  ) ) * zrfact2 * tmask(:,:,:) ) ! Export of carbon
615         CALL iom_put( "EXPFE"   , ( sinkfer(:,:,:  ) + sinkfer2(:,:,:  ) ) * zrfact2 * tmask(:,:,:) ) ! Export of iron
616         CALL iom_put( "EXPCAL"  ,   sinkcal(:,:,:  )                       * zrfact2 * tmask(:,:,:) ) ! Export of calcite
617         CALL iom_put( "EXPSI"   ,   sinksil(:,:,:  )                       * zrfact2 * tmask(:,:,:) ) ! Export of biogenic
618#endif
619      ENDIF
620#endif
621#endif
622      !
623       IF(ln_ctl)   THEN  ! print mean trends (used for debugging)
624         WRITE(charout, FMT="('sink')")
625         CALL prt_ctl_trc_info(charout)
626         CALL prt_ctl_trc(tab4d=tra, mask=tmask, clinfo=ctrcnm)
627       ENDIF
628
629   END SUBROUTINE p4z_sink
630
631#endif
632
633   SUBROUTINE p4z_sink2( pwsink, psinkflx, jp_tra )
634      !!---------------------------------------------------------------------
635      !!                     ***  ROUTINE p4z_sink2  ***
636      !!
637      !! ** Purpose :   Compute the sedimentation terms for the various sinking
638      !!     particles. The scheme used to compute the trends is based
639      !!     on MUSCL.
640      !!
641      !! ** Method  : - this ROUTINE compute not exactly the advection but the
642      !!      transport term, i.e.  div(u*tra).
643      !!---------------------------------------------------------------------
644      INTEGER , INTENT(in   )                         ::   jp_tra    ! tracer index index     
645      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   pwsink    ! sinking speed
646      REAL(wp), INTENT(inout), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   psinkflx  ! sinking fluxe
647      !!
648      INTEGER  ::   ji, jj, jk, jn
649      REAL(wp) ::   zigma,zew,zign, zflx
650      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::  ztraz, zakz
651      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::  zwsink2
652      !!---------------------------------------------------------------------
653
654
655      ztraz(:,:,:) = 0.e0
656      zakz (:,:,:) = 0.e0
657
658      DO jk = 1, jpkm1
659# if defined key_off_degrad
660         zwsink2(:,:,jk+1) = -pwsink(:,:,jk) / rday * tmask(:,:,jk+1) * facvol(:,:,jk)
661# else
662         zwsink2(:,:,jk+1) = -pwsink(:,:,jk) / rday * tmask(:,:,jk+1)
663# endif
664      END DO
665      zwsink2(:,:,1) = 0.e0
666
667
668      ! Vertical advective flux
669      DO jn = 1, 2
670         !  first guess of the slopes interior values
671         DO jk = 2, jpkm1
672            ztraz(:,:,jk) = ( trn(:,:,jk-1,jp_tra) - trn(:,:,jk,jp_tra) ) * tmask(:,:,jk)
673         END DO
674         ztraz(:,:,1  ) = 0.0
675         ztraz(:,:,jpk) = 0.0
676
677         ! slopes
678         DO jk = 2, jpkm1
679            DO jj = 1,jpj
680               DO ji = 1, jpi
681                  zign = 0.25 + SIGN( 0.25, ztraz(ji,jj,jk) * ztraz(ji,jj,jk+1) )
682                  zakz(ji,jj,jk) = ( ztraz(ji,jj,jk) + ztraz(ji,jj,jk+1) ) * zign
683               END DO
684            END DO
685         END DO
686         
687         ! Slopes limitation
688         DO jk = 2, jpkm1
689            DO jj = 1, jpj
690               DO ji = 1, jpi
691                  zakz(ji,jj,jk) = SIGN( 1., zakz(ji,jj,jk) ) *        &
692                     &             MIN( ABS( zakz(ji,jj,jk) ), 2. * ABS(ztraz(ji,jj,jk+1)), 2. * ABS(ztraz(ji,jj,jk) ) )
693               END DO
694            END DO
695         END DO
696         
697         ! vertical advective flux
698         DO jk = 1, jpkm1
699            DO jj = 1, jpj     
700               DO ji = 1, jpi   
701                  zigma = zwsink2(ji,jj,jk+1) * xstep2 / fse3w(ji,jj,jk+1)
702                  zew   = zwsink2(ji,jj,jk+1)
703                  psinkflx(ji,jj,jk+1) = -zew * ( trn(ji,jj,jk,jp_tra) - 0.5 * ( 1 + zigma ) * zakz(ji,jj,jk) ) * xstep2
704               END DO
705            END DO
706         END DO
707         !
708         ! Boundary conditions
709         psinkflx(:,:,1  ) = 0.e0
710         psinkflx(:,:,jpk) = 0.e0
711         
712         DO jk=1,jpkm1
713            DO jj = 1,jpj
714               DO ji = 1, jpi
715                  zflx = ( psinkflx(ji,jj,jk) - psinkflx(ji,jj,jk+1) ) / fse3t(ji,jj,jk)
716                  trn(ji,jj,jk,jp_tra) = trn(ji,jj,jk,jp_tra) + zflx
717               END DO
718            END DO
719         END DO
720
721      ENDDO
722
723      DO jk=1,jpkm1
724         DO jj = 1,jpj
725            DO ji = 1, jpi
726               zflx = ( psinkflx(ji,jj,jk) - psinkflx(ji,jj,jk+1) ) / fse3t(ji,jj,jk)
727               trb(ji,jj,jk,jp_tra) = trb(ji,jj,jk,jp_tra) + 2. * zflx
728            END DO
729         END DO
730      END DO
731
732      trn(:,:,:,jp_tra) = trb(:,:,:,jp_tra)
733      psinkflx(:,:,:)   = 2. * psinkflx(:,:,:)
734
735      !
736   END SUBROUTINE p4z_sink2
737
738#else
739   !!======================================================================
740   !!  Dummy module :                                   No PISCES bio-model
741   !!======================================================================
742CONTAINS
743   SUBROUTINE p4z_sink                    ! Empty routine
744   END SUBROUTINE p4z_sink
745#endif 
746
747   !!======================================================================
748END MODULE  p4zsink
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.