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1MODULE p4zrem
2   !!======================================================================
3   !!                         ***  MODULE p4zrem  ***
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   !!----------------------------------------------------------------------
10#if defined key_pisces
11   !!----------------------------------------------------------------------
12   !!   'key_top'       and                                      TOP models
13   !!   'key_pisces'                                       PISCES bio-model
14   !!----------------------------------------------------------------------
15   !!   p4z_rem       :  Compute remineralization/dissolution of organic compounds
16   !!   p4z_rem_init  :  Initialisation of parameters for remineralisation
17   !!   p4z_rem_alloc :  Allocate remineralisation variables
18   !!----------------------------------------------------------------------
19   USE oce_trc         !  shared variables between ocean and passive tracers
20   USE trc             !  passive tracers common variables
21   USE sms_pisces      !  PISCES Source Minus Sink variables
22   USE p4zopt          !  optical model
23   USE p4zche          !  chemical model
24   USE p4zprod         !  Growth rate of the 2 phyto groups
25   USE p4zmeso         !  Sources and sinks of mesozooplankton
26   USE p4zint          !  interpolation and computation of various fields
27   USE p4zlim
28   USE prtctl_trc      !  print control for debugging
29   USE iom             !  I/O manager
30
31
32   IMPLICIT NONE
33   PRIVATE
34
35   PUBLIC   p4z_rem         ! called in p4zbio.F90
36   PUBLIC   p4z_rem_init    ! called in trcsms_pisces.F90
37   PUBLIC   p4z_rem_alloc
38
39   !! * Shared module variables
40   REAL(wp), PUBLIC ::  xremik     !: remineralisation rate of POC
41   REAL(wp), PUBLIC ::  xremip     !: remineralisation rate of DOC
42   REAL(wp), PUBLIC ::  nitrif     !: NH4 nitrification rate
43   REAL(wp), PUBLIC ::  xsirem     !: remineralisation rate of POC
44   REAL(wp), PUBLIC ::  xsiremlab  !: fast remineralisation rate of POC
45   REAL(wp), PUBLIC ::  xsilab     !: fraction of labile biogenic silica
46   REAL(wp), PUBLIC ::  oxymin     !: halk saturation constant for anoxia
47
48
49   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   denitr     !: denitrification array
50   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   denitnh4   !: -    -    -    -   -
51
52   !!* Substitution
53#  include "top_substitute.h90"
54   !!----------------------------------------------------------------------
55   !! NEMO/TOP 3.3 , NEMO Consortium (2010)
56   !! $Id$
57   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
58   !!----------------------------------------------------------------------
59CONTAINS
60
61   SUBROUTINE p4z_rem( kt, knt )
62      !!---------------------------------------------------------------------
63      !!                     ***  ROUTINE p4z_rem  ***
64      !!
65      !! ** Purpose :   Compute remineralization/scavenging of organic compounds
66      !!
67      !! ** Method  : - ???
68      !!---------------------------------------------------------------------
69      !
70      INTEGER, INTENT(in) ::   kt, knt ! ocean time step
71      !
72      INTEGER  ::   ji, jj, jk
73      REAL(wp) ::   zremip, zremik, zsiremin 
74      REAL(wp) ::   zsatur, zsatur2, znusil, znusil2, zdep, zdepmin, zfactdep
75      REAL(wp) ::   zbactfer, zorem, zorem2, zofer, zolimit
76      REAL(wp) ::   zosil, ztem
77#if ! defined key_kriest
78      REAL(wp) ::   zofer2
79#endif
80      REAL(wp) ::   zonitr, zstep, zfact
81      CHARACTER (len=25) :: charout
82      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:  ) :: ztempbac
83      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) :: zdepbac, zolimi, zdepprod, zw3d
84      !!---------------------------------------------------------------------
85      !
86      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('p4z_rem')
87      !
88      ! Allocate temporary workspace
89      CALL wrk_alloc( jpi, jpj,      ztempbac                  )
90      CALL wrk_alloc( jpi, jpj, jpk, zdepbac, zdepprod, zolimi )
91
92      ! Initialisation of temprary arrys
93      zdepprod(:,:,:) = 1._wp
94      ztempbac(:,:)   = 0._wp
95
96      ! Computation of the mean phytoplankton concentration as
97      ! a crude estimate of the bacterial biomass
98      ! this parameterization has been deduced from a model version
99      ! that was modeling explicitely bacteria
100      ! -------------------------------------------------------
101      DO jk = 1, jpkm1
102         DO jj = 1, jpj
103            DO ji = 1, jpi
104               zdep = MAX( hmld(ji,jj), heup(ji,jj) )
105               IF( fsdept(ji,jj,jk) < zdep ) THEN
106                  zdepbac(ji,jj,jk) = MIN( 0.7 * ( trb(ji,jj,jk,jpzoo) + 2.* trb(ji,jj,jk,jpmes) ), 4.e-6 )
107                  ztempbac(ji,jj)   = zdepbac(ji,jj,jk)
108               ELSE
109                  zdepmin = MIN( 1., zdep / fsdept(ji,jj,jk) )
110                  zdepbac (ji,jj,jk) = zdepmin**0.683 * ztempbac(ji,jj)
111                  zdepprod(ji,jj,jk) = zdepmin**0.273
112               ENDIF
113            END DO
114         END DO
115      END DO
116
117      DO jk = 1, jpkm1
118         DO jj = 1, jpj
119            DO ji = 1, jpi
120               ! denitrification factor computed from O2 levels
121               nitrfac(ji,jj,jk) = MAX(  0.e0, 0.4 * ( 6.e-6  - trb(ji,jj,jk,jpoxy) )    &
122                  &                                / ( oxymin + trb(ji,jj,jk,jpoxy) )  )
123               nitrfac(ji,jj,jk) = MIN( 1., nitrfac(ji,jj,jk) )
124            END DO
125         END DO
126      END DO
127
128      DO jk = 1, jpkm1
129         DO jj = 1, jpj
130            DO ji = 1, jpi
131               zstep   = xstep
132# if defined key_degrad
133               zstep = zstep * facvol(ji,jj,jk)
134# endif
135               ! DOC ammonification. Depends on depth, phytoplankton biomass
136               ! and a limitation term which is supposed to be a parameterization
137               !     of the bacterial activity.
138               zremik = xremik * zstep / 1.e-6 * xlimbac(ji,jj,jk) * zdepbac(ji,jj,jk) 
139               zremik = MAX( zremik, 2.74e-4 * xstep )
140               ! Ammonification in oxic waters with oxygen consumption
141               ! -----------------------------------------------------
142               zolimit = zremik * ( 1.- nitrfac(ji,jj,jk) ) * trb(ji,jj,jk,jpdoc) 
143               zolimi(ji,jj,jk) = MIN( ( trb(ji,jj,jk,jpoxy) - rtrn ) / o2ut, zolimit ) 
144               ! Ammonification in suboxic waters with denitrification
145               ! -------------------------------------------------------
146               denitr(ji,jj,jk)  = MIN(  ( trb(ji,jj,jk,jpno3) - rtrn ) / rdenit,   &
147                  &                     zremik * nitrfac(ji,jj,jk) * trb(ji,jj,jk,jpdoc)  )
148               !
149               zolimi (ji,jj,jk) = MAX( 0.e0, zolimi (ji,jj,jk) )
150               denitr (ji,jj,jk) = MAX( 0.e0, denitr (ji,jj,jk) )
151               !
152            END DO
153         END DO
154      END DO
155
156
157      DO jk = 1, jpkm1
158         DO jj = 1, jpj
159            DO ji = 1, jpi
160               zstep   = xstep
161# if defined key_degrad
162               zstep = zstep * facvol(ji,jj,jk)
163# endif
164               ! NH4 nitrification to NO3. Ceased for oxygen concentrations
165               ! below 2 umol/L. Inhibited at strong light
166               ! ----------------------------------------------------------
167               zonitr  =nitrif * zstep * trb(ji,jj,jk,jpnh4) / ( 1.+ emoy(ji,jj,jk) ) * ( 1.- nitrfac(ji,jj,jk) ) 
168               denitnh4(ji,jj,jk) = nitrif * zstep * trb(ji,jj,jk,jpnh4) * nitrfac(ji,jj,jk) 
169               ! Update of the tracers trends
170               ! ----------------------------
171               tra(ji,jj,jk,jpnh4) = tra(ji,jj,jk,jpnh4) - zonitr - denitnh4(ji,jj,jk)
172               tra(ji,jj,jk,jpno3) = tra(ji,jj,jk,jpno3) + zonitr - rdenita * denitnh4(ji,jj,jk)
173               tra(ji,jj,jk,jpoxy) = tra(ji,jj,jk,jpoxy) - o2nit * zonitr
174               tra(ji,jj,jk,jptal) = tra(ji,jj,jk,jptal) - 2 * rno3 * zonitr + rno3 * ( rdenita - 1. ) * denitnh4(ji,jj,jk)
175            END DO
176         END DO
177      END DO
178
179       IF(ln_ctl)   THEN  ! print mean trends (used for debugging)
180         WRITE(charout, FMT="('rem1')")
181         CALL prt_ctl_trc_info(charout)
182         CALL prt_ctl_trc(tab4d=tra, mask=tmask, clinfo=ctrcnm)
183       ENDIF
184
185      DO jk = 1, jpkm1
186         DO jj = 1, jpj
187            DO ji = 1, jpi
188
189               ! Bacterial uptake of iron. No iron is available in DOC. So
190               ! Bacteries are obliged to take up iron from the water. Some
191               ! studies (especially at Papa) have shown this uptake to be significant
192               ! ----------------------------------------------------------
193               zbactfer = 10.e-6 *  rfact2 * prmax(ji,jj,jk) * xlimbacl(ji,jj,jk)             &
194                  &              * trb(ji,jj,jk,jpfer) / ( 2.5E-10 + trb(ji,jj,jk,jpfer) )    &
195                  &              * zdepprod(ji,jj,jk) * zdepbac(ji,jj,jk)
196#if defined key_kriest
197               tra(ji,jj,jk,jpfer) = tra(ji,jj,jk,jpfer) - zbactfer*0.05
198               tra(ji,jj,jk,jpsfe) = tra(ji,jj,jk,jpsfe) + zbactfer*0.05
199#else
200               tra(ji,jj,jk,jpfer) = tra(ji,jj,jk,jpfer) - zbactfer*0.16
201               tra(ji,jj,jk,jpsfe) = tra(ji,jj,jk,jpsfe) + zbactfer*0.12
202               tra(ji,jj,jk,jpbfe) = tra(ji,jj,jk,jpbfe) + zbactfer*0.04
203#endif
204            END DO
205         END DO
206      END DO
207
208       IF(ln_ctl)   THEN  ! print mean trends (used for debugging)
209         WRITE(charout, FMT="('rem2')")
210         CALL prt_ctl_trc_info(charout)
211         CALL prt_ctl_trc(tab4d=tra, mask=tmask, clinfo=ctrcnm)
212       ENDIF
213
214      DO jk = 1, jpkm1
215         DO jj = 1, jpj
216            DO ji = 1, jpi
217               zstep   = xstep
218# if defined key_degrad
219               zstep = zstep * facvol(ji,jj,jk)
220# endif
221               ! POC disaggregation by turbulence and bacterial activity.
222               ! --------------------------------------------------------
223               zremip = xremip * zstep * tgfunc(ji,jj,jk) * ( 1.- 0.55 * nitrfac(ji,jj,jk) ) 
224
225               ! POC disaggregation rate is reduced in anoxic zone as shown by
226               ! sediment traps data. In oxic area, the exponent of the martin s
227               ! law is around -0.87. In anoxic zone, it is around -0.35. This
228               ! means a disaggregation constant about 0.5 the value in oxic zones
229               ! -----------------------------------------------------------------
230               zorem  = zremip * trb(ji,jj,jk,jppoc)
231               zofer  = zremip * trb(ji,jj,jk,jpsfe)
232#if ! defined key_kriest
233               zorem2 = zremip * trb(ji,jj,jk,jpgoc)
234               zofer2 = zremip * trb(ji,jj,jk,jpbfe)
235#else
236               zorem2 = zremip * trb(ji,jj,jk,jpnum)
237#endif
238
239               ! Update the appropriate tracers trends
240               ! -------------------------------------
241
242               tra(ji,jj,jk,jpdoc) = tra(ji,jj,jk,jpdoc) + zorem
243               tra(ji,jj,jk,jpfer) = tra(ji,jj,jk,jpfer) + zofer
244#if defined key_kriest
245               tra(ji,jj,jk,jppoc) = tra(ji,jj,jk,jppoc) - zorem
246               tra(ji,jj,jk,jpnum) = tra(ji,jj,jk,jpnum) - zorem2
247               tra(ji,jj,jk,jpsfe) = tra(ji,jj,jk,jpsfe) - zofer
248#else
249               tra(ji,jj,jk,jppoc) = tra(ji,jj,jk,jppoc) + zorem2 - zorem
250               tra(ji,jj,jk,jpgoc) = tra(ji,jj,jk,jpgoc) - zorem2
251               tra(ji,jj,jk,jpsfe) = tra(ji,jj,jk,jpsfe) + zofer2 - zofer
252               tra(ji,jj,jk,jpbfe) = tra(ji,jj,jk,jpbfe) - zofer2
253#endif
254
255            END DO
256         END DO
257      END DO
258
259       IF(ln_ctl)   THEN  ! print mean trends (used for debugging)
260         WRITE(charout, FMT="('rem3')")
261         CALL prt_ctl_trc_info(charout)
262         CALL prt_ctl_trc(tab4d=tra, mask=tmask, clinfo=ctrcnm)
263       ENDIF
264
265      DO jk = 1, jpkm1
266         DO jj = 1, jpj
267            DO ji = 1, jpi
268               zstep   = xstep
269# if defined key_degrad
270               zstep = zstep * facvol(ji,jj,jk)
271# endif
272               ! Remineralization rate of BSi depedant on T and saturation
273               ! ---------------------------------------------------------
274               zsatur   = ( sio3eq(ji,jj,jk) - trb(ji,jj,jk,jpsil) ) / ( sio3eq(ji,jj,jk) + rtrn )
275               zsatur   = MAX( rtrn, zsatur )
276               zsatur2  = ( 1. + tsn(ji,jj,jk,jp_tem) / 400.)**37
277               znusil   = 0.225  * ( 1. + tsn(ji,jj,jk,jp_tem) / 15.) * zsatur + 0.775 * zsatur2 * zsatur**9.25
278               znusil2  = 0.225  * ( 1. + tsn(ji,jj,1,jp_tem) / 15.) + 0.775 * zsatur2
279
280               ! Two classes of BSi are considered : a labile fraction and
281               ! a more refractory one. The ratio between both fractions is
282               ! constant and specified in the namelist.
283               ! ----------------------------------------------------------
284               zdep     = MAX( hmld(ji,jj), heup(ji,jj) ) 
285               zdep     = MAX( 0., fsdept(ji,jj,jk) - zdep )
286               ztem     = MAX( tsn(ji,jj,1,jp_tem), 0. )
287               zfactdep = xsilab * EXP(-( xsiremlab - xsirem ) * znusil2 * zdep / wsbio2 ) * ztem / ( ztem + 10. )
288               zsiremin = ( xsiremlab * zfactdep + xsirem * ( 1. - zfactdep ) ) * zstep * znusil
289               zosil    = zsiremin * trb(ji,jj,jk,jpgsi)
290               !
291               tra(ji,jj,jk,jpgsi) = tra(ji,jj,jk,jpgsi) - zosil
292               tra(ji,jj,jk,jpsil) = tra(ji,jj,jk,jpsil) + zosil
293               !
294            END DO
295         END DO
296      END DO
297
298      IF(ln_ctl)   THEN  ! print mean trends (used for debugging)
299         WRITE(charout, FMT="('rem4')")
300         CALL prt_ctl_trc_info(charout)
301         CALL prt_ctl_trc(tab4d=tra, mask=tmask, clinfo=ctrcnm)
302       ENDIF
303
304      ! Update the arrays TRA which contain the biological sources and sinks
305      ! --------------------------------------------------------------------
306
307      DO jk = 1, jpkm1
308         tra(:,:,jk,jppo4) = tra(:,:,jk,jppo4) + zolimi (:,:,jk) + denitr(:,:,jk)
309         tra(:,:,jk,jpnh4) = tra(:,:,jk,jpnh4) + zolimi (:,:,jk) + denitr(:,:,jk)
310         tra(:,:,jk,jpno3) = tra(:,:,jk,jpno3) - denitr (:,:,jk) * rdenit
311         tra(:,:,jk,jpdoc) = tra(:,:,jk,jpdoc) - zolimi (:,:,jk) - denitr(:,:,jk)
312         tra(:,:,jk,jpoxy) = tra(:,:,jk,jpoxy) - zolimi (:,:,jk) * o2ut
313         tra(:,:,jk,jpdic) = tra(:,:,jk,jpdic) + zolimi (:,:,jk) + denitr(:,:,jk)
314         tra(:,:,jk,jptal) = tra(:,:,jk,jptal) + rno3 * ( zolimi(:,:,jk) + ( rdenit + 1.) * denitr(:,:,jk) )
315      END DO
316
317      IF( knt == nrdttrc ) THEN
318          CALL wrk_alloc( jpi, jpj, jpk, zw3d )
319          zfact = 1.e+3 * rfact2r  !  conversion from mol/l/kt to  mol/m3/s
320          !
321          IF( iom_use( "REMIN" ) )  THEN
322              zw3d(:,:,:) = zolimi(:,:,:) * tmask(:,:,:) * zfact !  Remineralisation rate
323              CALL iom_put( "REMIN"  , zw3d )
324          ENDIF
325          IF( iom_use( "DENIT" ) )  THEN
326              zw3d(:,:,:) = denitr(:,:,:) * rdenit * rno3 * tmask(:,:,:) * zfact ! Denitrification
327              CALL iom_put( "DENIT"  , zw3d )
328          ENDIF
329          !
330          CALL wrk_dealloc( jpi, jpj, jpk, zw3d )
331       ENDIF
332
333      IF(ln_ctl)   THEN  ! print mean trends (used for debugging)
334         WRITE(charout, FMT="('rem6')")
335         CALL prt_ctl_trc_info(charout)
336         CALL prt_ctl_trc(tab4d=tra, mask=tmask, clinfo=ctrcnm)
337      ENDIF
338      !
339      CALL wrk_dealloc( jpi, jpj,      ztempbac                  )
340      CALL wrk_dealloc( jpi, jpj, jpk, zdepbac, zdepprod, zolimi )
341      !
342      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('p4z_rem')
343      !
344   END SUBROUTINE p4z_rem
345
346
347   SUBROUTINE p4z_rem_init
348      !!----------------------------------------------------------------------
349      !!                  ***  ROUTINE p4z_rem_init  ***
350      !!
351      !! ** Purpose :   Initialization of remineralization parameters
352      !!
353      !! ** Method  :   Read the nampisrem namelist and check the parameters
354      !!      called at the first timestep
355      !!
356      !! ** input   :   Namelist nampisrem
357      !!
358      !!----------------------------------------------------------------------
359      NAMELIST/nampisrem/ xremik, xremip, nitrif, xsirem, xsiremlab, xsilab,   &
360      &                   oxymin
361      INTEGER :: ios                 ! Local integer output status for namelist read
362
363      REWIND( numnatp_ref )              ! Namelist nampisrem in reference namelist : Pisces remineralization
364      READ  ( numnatp_ref, nampisrem, IOSTAT = ios, ERR = 901)
365901   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'nampisrem in reference namelist', lwp )
366
367      REWIND( numnatp_cfg )              ! Namelist nampisrem in configuration namelist : Pisces remineralization
368      READ  ( numnatp_cfg, nampisrem, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
369902   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'nampisrem in configuration namelist', lwp )
370      IF(lwm) WRITE ( numonp, nampisrem )
371
372      IF(lwp) THEN                         ! control print
373         WRITE(numout,*) ' '
374         WRITE(numout,*) ' Namelist parameters for remineralization, nampisrem'
375         WRITE(numout,*) ' ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~'
376         WRITE(numout,*) '    remineralisation rate of POC              xremip    =', xremip
377         WRITE(numout,*) '    remineralization rate of DOC              xremik    =', xremik
378         WRITE(numout,*) '    remineralization rate of Si               xsirem    =', xsirem
379         WRITE(numout,*) '    fast remineralization rate of Si          xsiremlab =', xsiremlab
380         WRITE(numout,*) '    fraction of labile biogenic silica        xsilab    =', xsilab
381         WRITE(numout,*) '    NH4 nitrification rate                    nitrif    =', nitrif
382         WRITE(numout,*) '    halk saturation constant for anoxia       oxymin    =', oxymin
383      ENDIF
384      !
385      nitrfac (:,:,:) = 0._wp
386      denitr  (:,:,:) = 0._wp
387      denitnh4(:,:,:) = 0._wp
388      !
389   END SUBROUTINE p4z_rem_init
390
391
392   INTEGER FUNCTION p4z_rem_alloc()
393      !!----------------------------------------------------------------------
394      !!                     ***  ROUTINE p4z_rem_alloc  ***
395      !!----------------------------------------------------------------------
396      ALLOCATE( denitr(jpi,jpj,jpk), denitnh4(jpi,jpj,jpk), STAT=p4z_rem_alloc )
397      !
398      IF( p4z_rem_alloc /= 0 )   CALL ctl_warn('p4z_rem_alloc: failed to allocate arrays')
399      !
400   END FUNCTION p4z_rem_alloc
401
402#else
403   !!======================================================================
404   !!  Dummy module :                                   No PISCES bio-model
405   !!======================================================================
406CONTAINS
407   SUBROUTINE p4z_rem                    ! Empty routine
408   END SUBROUTINE p4z_rem
409#endif 
410
411   !!======================================================================
412END MODULE p4zrem
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.