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.
p5zrem.F90 in branches/CNRS/dev_r6270_PISCES_QUOTA/NEMOGCM/NEMO/TOP_SRC/PISCES/P5Z – NEMO

source: branches/CNRS/dev_r6270_PISCES_QUOTA/NEMOGCM/NEMO/TOP_SRC/PISCES/P5Z/p5zrem.F90 @ 7627

Last change on this file since 7627 was 7627, checked in by aumont, 7 years ago

change in the bacterial consumption of Fe + some more diags
  • Property svn:executable set to *
File size: 18.2 KB
Line 
1MODULE p5zrem
2   !!======================================================================
3   !!                         ***  MODULE p5zrem  ***
4   !! TOP :   PISCES Compute remineralization/dissolution of organic compounds
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   !!             3.6  !  2015-05  (O. Aumont) PISCES quota
10   !!----------------------------------------------------------------------
11#if defined key_pisces_quota
12   !!----------------------------------------------------------------------
13   !!   'key_top'       and                                      TOP models
14   !!   'key_pisces_quota'     PISCES bio-model with variable stoichiometry
15   !!----------------------------------------------------------------------
16   !!   p5z_rem       :  Compute remineralization/dissolution of organic compounds
17   !!   p5z_rem_init  :  Initialisation of parameters for remineralisation
18   !!   p5z_rem_alloc :  Allocate remineralisation variables
19   !!----------------------------------------------------------------------
20   USE oce_trc         !  shared variables between ocean and passive tracers
21   USE trc             !  passive tracers common variables
22   USE sms_pisces      !  PISCES Source Minus Sink variables
23   USE p4zopt          !  optical model
24   USE p4zche          !  chemical model
25   USE p5zlim          ! Phytoplankton limitation factors
26   USE p5zsink         !  Sinking of particles
27   USE p5zprod         !  Production by phytoplankton
28   USE prtctl_trc      !  print control for debugging
29   USE iom             !  I/O manager
30
31
32   IMPLICIT NONE
33   PRIVATE
34
35   PUBLIC   p5z_rem         ! called in p4zbio.F90
36   PUBLIC   p5z_rem_init    ! called in trcsms_pisces.F90
37   PUBLIC   p5z_rem_alloc
38
39   !! * Shared module variables
40   REAL(wp), PUBLIC ::  xremikc    !: remineralisation rate of DOC
41   REAL(wp), PUBLIC ::  xremikn    !: remineralisation rate of DON
42   REAL(wp), PUBLIC ::  xremikp    !: remineralisation rate of DOP
43   REAL(wp), PUBLIC ::  nitrif     !: NH4 nitrification rate
44   REAL(wp), PUBLIC ::  xsirem     !: remineralisation rate of BSi
45   REAL(wp), PUBLIC ::  xsiremlab  !: fast remineralisation rate of BSi
46   REAL(wp), PUBLIC ::  xsilab     !: fraction of labile biogenic silica
47   REAL(wp), PUBLIC ::  oxymin     !: half saturation constant for anoxia
48   REAL(wp), PUBLIC ::  oxymin2    !: Minimum O2 concentration for oxic remin.
49   REAL(wp), PUBLIC ::  feratb     !: Fe/C quota in bacteria
50   REAL(wp), PUBLIC ::  xkferb     !: Half-saturation constant for bacteria Fe/C
51
52
53   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   denitrc     !: denitrification array
54
55   !!* Substitution
56#  include "top_substitute.h90"
57   !!----------------------------------------------------------------------
58   !! NEMO/TOP 3.3 , NEMO Consortium (2010)
59   !! $Id: p4zrem.F90 3160 2011-11-20 14:27:18Z cetlod $
60   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
61   !!----------------------------------------------------------------------
62CONTAINS
63
64   SUBROUTINE p5z_rem( kt, knt )
65      !!---------------------------------------------------------------------
66      !!                     ***  ROUTINE p5z_rem  ***
67      !!
68      !! ** Purpose :   Compute remineralization/scavenging of organic compounds
69      !!
70      !! ** Method  : - ???
71      !!---------------------------------------------------------------------
72      !
73      INTEGER, INTENT(in) ::   kt, knt ! ocean time step
74      !
75      INTEGER  ::   ji, jj, jk
76      REAL(wp) ::   zremik, zremikc, zremikn, zremikp, zsiremin 
77      REAL(wp) ::   zsatur, zsatur2, znusil, znusil2, zdep, zdepmin, zfactdep
78      REAL(wp) ::   zbactfer, zolimit, zonitr, zstep, zrfact2
79      REAL(wp) ::   zosil, ztem, zdenitnh4, zolimic, zolimin, zolimip, zdenitrn, zdenitrp
80      CHARACTER (len=25) :: charout
81      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:  ) :: ztempbac 
82      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) :: zdepbac, zdepprod, zdepeff, zfacsi, zfacsib
83      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) :: znitr, zfebact, zwork1
84      !!---------------------------------------------------------------------
85      !
86      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('p5z_rem')
87      !
88      ! Allocate temporary workspace
89      CALL wrk_alloc( jpi, jpj,      ztempbac                  )
90      CALL wrk_alloc( jpi, jpj, jpk, zdepbac, zdepprod, zdepeff, zfacsi, zfacsib)
91      CALL wrk_alloc( jpi, jpj, jpk, znitr, zfebact, zwork1 )
92
93      ! Initialisation of temprary arrys
94      zdepprod(:,:,:) = 1._wp
95      zdepeff (:,:,:) = 0.3_wp
96      ztempbac(:,:)   = 0._wp
97      zfebact (:,:,:) = 0._wp
98      zfacsib(:,:,:)  = xsilab / ( 1.0 - xsilab )
99      zfacsi(:,:,:)   = xsilab
100
101      ! Computation of the mean phytoplankton concentration as
102      ! a crude estimate of the bacterial biomass
103      ! this parameterization has been deduced from a model version
104      ! that was modeling explicitely bacteria
105      ! -------------------------------------------------------
106      DO jk = 1, jpkm1
107         DO jj = 1, jpj
108            DO ji = 1, jpi
109               zdep = MAX( hmld(ji,jj), heup(ji,jj) )
110               IF( fsdept(ji,jj,jk) < zdep ) THEN
111                  zdepbac(ji,jj,jk) = MIN( 0.7 * ( trb(ji,jj,jk,jpzoo) + 2.* trb(ji,jj,jk,jpmes) ), 4.e-6 )
112                  ztempbac(ji,jj)   = zdepbac(ji,jj,jk)
113               ELSE
114                  zdepmin = MIN( 1., zdep / fsdept(ji,jj,jk) )
115                  zdepbac (ji,jj,jk) = zdepmin**0.683 * ztempbac(ji,jj)
116                  zdepprod(ji,jj,jk) = zdepmin**0.273
117                  zdepeff (ji,jj,jk) = 0.3 * zdepmin**0.3
118               ENDIF
119            END DO
120         END DO
121      END DO
122
123      DO jk = 1, jpkm1
124         DO jj = 1, jpj
125            DO ji = 1, jpi
126               ! denitrification factor computed from O2 levels
127               ! ----------------------------------------------
128               nitrfac(ji,jj,jk) = MAX(  0.e0, 0.4 * ( oxymin2 - trb(ji,jj,jk,jpoxy) )    &
129                  &                                / ( oxymin + trb(ji,jj,jk,jpoxy) )  )
130               nitrfac(ji,jj,jk) = MIN( 1., nitrfac(ji,jj,jk) )
131            END DO
132         END DO
133      END DO
134
135      DO jk = 1, jpkm1
136         DO jj = 1, jpj
137            DO ji = 1, jpi
138               zstep   = xstep
139# if defined key_degrad
140               zstep = zstep * facvol(ji,jj,jk)
141# endif
142               ! DOC ammonification. Depends on depth, phytoplankton biomass
143               ! and a limitation term which is supposed to be a parameterization
144               ! of the bacterial activity.
145               ! -----------------------------------------------------------------
146               zremik = zstep / 1.e-6 * MAX(0.01, xlimbac(ji,jj,jk)) * zdepbac(ji,jj,jk) 
147               zremik = MAX( zremik, 2.74e-4 * xstep / xremikc )
148
149               zremikc = xremikc * zremik
150               zremikn = xremikn / xremikc
151               zremikp = xremikp / xremikc
152
153               ! Ammonification in oxic waters with oxygen consumption
154               ! -----------------------------------------------------
155               zolimit = zremikc * ( 1.- nitrfac(ji,jj,jk) ) * trb(ji,jj,jk,jpdoc) 
156               zolimic = MAX( 0.e0, MIN( ( trb(ji,jj,jk,jpoxy) - rtrn ) / o2ut, zolimit ) ) 
157               zwork1(ji,jj,jk) = zolimic
158               zolimin = zremikn * zolimic * trb(ji,jj,jk,jpdon) / ( trb(ji,jj,jk,jpdoc) + rtrn )
159               zolimip = zremikp * zolimic * trb(ji,jj,jk,jpdop) / ( trb(ji,jj,jk,jpdoc) + rtrn ) 
160
161               ! Ammonification in suboxic waters with denitrification
162               ! -------------------------------------------------------
163               zolimit = zremikc * nitrfac(ji,jj,jk) * trb(ji,jj,jk,jpdoc)
164               denitrc(ji,jj,jk)  = MIN(  ( trb(ji,jj,jk,jpno3) - rtrn ) / rdenit, zolimit )
165               denitrc (ji,jj,jk) = MAX( 0.e0, denitrc (ji,jj,jk) )
166               zdenitrn  = zremikn * denitrc(ji,jj,jk) * trb(ji,jj,jk,jpdon) / ( trb(ji,jj,jk,jpdoc) + rtrn )
167               zdenitrp  = zremikp * denitrc(ji,jj,jk) * trb(ji,jj,jk,jpdop) / ( trb(ji,jj,jk,jpdoc) + rtrn )
168
169               ! Update of trends TRA
170               ! --------------------
171               tra(ji,jj,jk,jppo4) = tra(ji,jj,jk,jppo4) + zolimip + zdenitrp
172               tra(ji,jj,jk,jpnh4) = tra(ji,jj,jk,jpnh4) + zolimin + zdenitrn
173               tra(ji,jj,jk,jpno3) = tra(ji,jj,jk,jpno3) - denitrc(ji,jj,jk) * rdenit
174               tra(ji,jj,jk,jpdoc) = tra(ji,jj,jk,jpdoc) - zolimic - denitrc(ji,jj,jk)
175               tra(ji,jj,jk,jpdon) = tra(ji,jj,jk,jpdon) - zolimin - zdenitrn
176               tra(ji,jj,jk,jpdop) = tra(ji,jj,jk,jpdop) - zolimip - zdenitrp
177               tra(ji,jj,jk,jpoxy) = tra(ji,jj,jk,jpoxy) - zolimic * o2ut
178               tra(ji,jj,jk,jpdic) = tra(ji,jj,jk,jpdic) + zolimic + denitrc(ji,jj,jk)
179               tra(ji,jj,jk,jptal) = tra(ji,jj,jk,jptal) + rno3 * ( zolimin + ( rdenit + 1.) * zdenitrn )
180
181            END DO
182         END DO
183      END DO
184
185
186      DO jk = 1, jpkm1
187         DO jj = 1, jpj
188            DO ji = 1, jpi
189               zstep   = xstep
190# if defined key_degrad
191               zstep = zstep * facvol(ji,jj,jk)
192# endif
193               ! NH4 nitrification to NO3. Ceased for oxygen concentrations
194               ! below 2 umol/L. Inhibited at strong light
195               ! ----------------------------------------------------------
196               zonitr  = nitrif * zstep * trb(ji,jj,jk,jpnh4) * ( 1.- nitrfac(ji,jj,jk) )  &
197               &         * ( 0.2 + 0.8 / ( 1.+ emoy(ji,jj,jk) ) * ( 1. + fr_i(ji,jj) * emoy(ji,jj,jk) ) )
198               zdenitnh4 = nitrif * zstep * trb(ji,jj,jk,jpnh4) * nitrfac(ji,jj,jk) 
199               !
200               ! Update of the tracers trends
201               ! ----------------------------
202               tra(ji,jj,jk,jpnh4) = tra(ji,jj,jk,jpnh4) - zonitr - zdenitnh4
203               tra(ji,jj,jk,jpno3) = tra(ji,jj,jk,jpno3) + zonitr - rdenita * zdenitnh4
204               tra(ji,jj,jk,jpoxy) = tra(ji,jj,jk,jpoxy) - o2nit * zonitr
205               tra(ji,jj,jk,jptal) = tra(ji,jj,jk,jptal) - 2 * rno3 * zonitr + rno3 * ( rdenita - 1. ) * zdenitnh4
206               znitr(ji,jj,jk) = zonitr
207            END DO
208         END DO
209      END DO
210
211      IF(ln_ctl)   THEN  ! print mean trends (used for debugging)
212        WRITE(charout, FMT="('rem1')")
213        CALL prt_ctl_trc_info(charout)
214        CALL prt_ctl_trc(tab4d=tra, mask=tmask, clinfo=ctrcnm)
215      ENDIF
216
217      DO jk = 1, jpkm1
218         DO jj = 1, jpj
219            DO ji = 1, jpi
220
221               ! Bacterial uptake of iron. No iron is available in DOC. So
222               ! Bacteries are obliged to take up iron from the water. Some
223               ! studies (especially at Papa) have shown this uptake to be significant
224               ! ----------------------------------------------------------
225               zbactfer = feratb *  rfact2 * prmaxp(ji,jj,jk) * xlimbacl(ji,jj,jk)             &
226                  &              * biron(ji,jj,jk) / ( xkferb + biron(ji,jj,jk) )    &
227                  &              * zdepprod(ji,jj,jk) * zdepeff(ji,jj,jk) * zdepbac(ji,jj,jk)
228#if defined key_kriest
229               tra(ji,jj,jk,jpfer) = tra(ji,jj,jk,jpfer) - zbactfer*0.05
230               tra(ji,jj,jk,jpsfe) = tra(ji,jj,jk,jpsfe) + zbactfer*0.05
231               zfebact(ji,jj,jk)   = zbactfer * 0.15
232#else
233               tra(ji,jj,jk,jpfer) = tra(ji,jj,jk,jpfer) - zbactfer*0.39
234               tra(ji,jj,jk,jpsfe) = tra(ji,jj,jk,jpsfe) + zbactfer*0.3
235               tra(ji,jj,jk,jpbfe) = tra(ji,jj,jk,jpbfe) + zbactfer*0.09
236               zfebact(ji,jj,jk)   = zbactfer * 0.39
237#endif
238            END DO
239         END DO
240      END DO
241
242      IF(ln_ctl)   THEN  ! print mean trends (used for debugging)
243        WRITE(charout, FMT="('rem2')")
244        CALL prt_ctl_trc_info(charout)
245        CALL prt_ctl_trc(tab4d=tra, mask=tmask, clinfo=ctrcnm)
246      ENDIF
247
248      ! Initialization of the array which contains the labile fraction
249      ! of bSi. Set to a constant in the upper ocean
250      ! ---------------------------------------------------------------
251
252      DO jk = 1, jpkm1
253         DO jj = 1, jpj
254            DO ji = 1, jpi
255               zstep   = xstep
256# if defined key_degrad
257               zstep = zstep * facvol(ji,jj,jk)
258# endif
259               zdep     = MAX( hmld(ji,jj), heup_01(ji,jj) )
260               zsatur   = MAX( rtrn, ( sio3eq(ji,jj,jk) - trb(ji,jj,jk,jpsil) ) / ( sio3eq(ji,jj,jk) + rtrn ) )
261               zsatur2  = ( 1. + tsn(ji,jj,jk,jp_tem) / 400.)**37
262               znusil   = 0.225  * ( 1. + tsn(ji,jj,jk,jp_tem) / 15.) * zsatur + 0.775 * zsatur2 * zsatur**9.25
263
264               ! Remineralization rate of BSi depedant on T and saturation
265               ! ---------------------------------------------------------
266               IF ( fsdept(ji,jj,jk) > zdep ) THEN
267                  zfacsib(ji,jj,jk) = zfacsib(ji,jj,jk-1) * EXP( -0.5 * ( xsiremlab - xsirem )  &
268                  &                   * znusil * fse3t(ji,jj,jk) / wsbio4(ji,jj,jk) )
269                  zfacsi(ji,jj,jk)  = zfacsib(ji,jj,jk) / ( 1.0 + zfacsib(ji,jj,jk) )
270                  zfacsib(ji,jj,jk) = zfacsib(ji,jj,jk) * EXP( -0.5 * ( xsiremlab - xsirem )    &
271                  &                   * znusil * fse3t(ji,jj,jk) / wsbio4(ji,jj,jk) )
272               ENDIF
273               zsiremin = ( xsiremlab * zfacsi(ji,jj,jk) + xsirem * ( 1. - zfacsi(ji,jj,jk) ) ) * zstep * znusil
274               zosil    = zsiremin * trb(ji,jj,jk,jpgsi)
275               !
276               tra(ji,jj,jk,jpgsi) = tra(ji,jj,jk,jpgsi) - zosil
277               tra(ji,jj,jk,jpsil) = tra(ji,jj,jk,jpsil) + zosil
278            END DO
279         END DO
280      END DO
281
282      IF(ln_ctl)   THEN  ! print mean trends (used for debugging)
283         WRITE(charout, FMT="('rem3')")
284         CALL prt_ctl_trc_info(charout)
285         CALL prt_ctl_trc(tab4d=tra, mask=tmask, clinfo=ctrcnm)
286       ENDIF
287
288      IF( ln_diatrc .AND. lk_iomput .AND. knt == nrdttrc ) THEN
289          zrfact2 = 1.e3 * rfact2r
290          CALL iom_put( "REMIN" , zwork1(:,:,:) * tmask(:,:,:) * zrfact2 )  ! Remineralisation rate
291          CALL iom_put( "DENIT" , denitrc(:,:,:) * rdenit * rno3 * tmask(:,:,:) * zrfact2  )  ! Denitrification
292          CALL iom_put( "NIT"   , znitr(:,:,:) * rno3 * tmask(:,:,:) * zrfact2 )  !
293          CALL iom_put( "BACT", zdepbac(:,:,:) * 1.E6 * tmask(:,:,:) )  ! Bacterial biomass
294          CALL iom_put( "FEBACT" , zfebact(:,:,:) * 1E9 * tmask(:,:,:) * zrfact2  )  ! Denitrification
295      ENDIF
296      !
297      CALL wrk_dealloc( jpi, jpj,      ztempbac                  )
298      CALL wrk_dealloc( jpi, jpj, jpk, zdepbac, zdepprod, zdepeff, zfacsi, zfacsib )
299      CALL wrk_dealloc( jpi, jpj, jpk, zwork1, zfebact, znitr )
300      !
301      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('p5z_rem')
302      !
303   END SUBROUTINE p5z_rem
304
305
306   SUBROUTINE p5z_rem_init
307      !!----------------------------------------------------------------------
308      !!                  ***  ROUTINE p5z_rem_init  ***
309      !!
310      !! ** Purpose :   Initialization of remineralization parameters
311      !!
312      !! ** Method  :   Read the nampisrem namelist and check the parameters
313      !!      called at the first timestep
314      !!
315      !! ** input   :   Namelist nampisrem
316      !!
317      !!----------------------------------------------------------------------
318      NAMELIST/nampisrem/ xremikc, xremikn, xremikp,   &
319      &                   nitrif, xsirem, xsiremlab, xsilab, oxymin, oxymin2,  &
320      &                   feratb, xkferb 
321      INTEGER :: ios                 ! Local integer output status for namelist read
322
323      REWIND( numnatp_ref )              ! Namelist nampisrem in reference namelist : Pisces remineralization
324      READ  ( numnatp_ref, nampisrem, IOSTAT = ios, ERR = 901)
325901   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'nampisrem in reference namelist', lwp )
326
327      REWIND( numnatp_cfg )              ! Namelist nampisrem in configuration namelist : Pisces remineralization
328      READ  ( numnatp_cfg, nampisrem, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
329902   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'nampisrem in configuration namelist', lwp )
330      IF(lwm) WRITE ( numonp, nampisrem )
331
332      IF(lwp) THEN                         ! control print
333         WRITE(numout,*) ' '
334         WRITE(numout,*) ' Namelist parameters for remineralization, nampisrem'
335         WRITE(numout,*) ' ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~'
336         WRITE(numout,*) '    remineralization rate of DOC              xremikc   =', xremikc
337         WRITE(numout,*) '    remineralization rate of DON              xremikn   =', xremikn
338         WRITE(numout,*) '    remineralization rate of DOP              xremikp   =', xremikp
339         WRITE(numout,*) '    remineralization rate of Si               xsirem    =', xsirem
340         WRITE(numout,*) '    fast remineralization rate of Si          xsiremlab =', xsiremlab
341         WRITE(numout,*) '    fraction of labile biogenic silica        xsilab    =', xsilab
342         WRITE(numout,*) '    NH4 nitrification rate                    nitrif    =', nitrif
343         WRITE(numout,*) '    half saturation constant for anoxia       oxymin    =', oxymin
344         WRITE(numout,*) '    Minimum O2 concentration for oxic remin.  oxymin2   =', oxymin2
345         WRITE(numout,*) '    Bacterial Fe/C ratio                      feratb    =', feratb
346         WRITE(numout,*) '    Half-saturation constant for bact. Fe/C   xkferb    =', xkferb
347      ENDIF
348      !
349      nitrfac (:,:,:) = 0._wp
350      denitrc (:,:,:) = 0._wp
351      !
352   END SUBROUTINE p5z_rem_init
353
354
355   INTEGER FUNCTION p5z_rem_alloc()
356      !!----------------------------------------------------------------------
357      !!                     ***  ROUTINE p5z_rem_alloc  ***
358      !!----------------------------------------------------------------------
359      ALLOCATE( denitrc(jpi,jpj,jpk), STAT=p5z_rem_alloc )
360      !
361      IF( p5z_rem_alloc /= 0 )   CALL ctl_warn('p5z_rem_alloc: failed to allocate arrays')
362      !
363   END FUNCTION p5z_rem_alloc
364
365#else
366   !!======================================================================
367   !!  Dummy module :                                   No PISCES bio-model
368   !!======================================================================
369CONTAINS
370   SUBROUTINE p5z_rem                    ! Empty routine
371   END SUBROUTINE p5z_rem
372#endif 
373
374   !!======================================================================
375END MODULE p5zrem
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.