source: branches/UKMO/r6232_tracer_advection/NEMOGCM/NEMO/TOP_SRC/CFC/trcsms_cfc.F90 @ 9295

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1MODULE trcsms_cfc
2   !!======================================================================
3   !!                      ***  MODULE trcsms_cfc  ***
4   !! TOP : CFC main model
5   !!======================================================================
6   !! History :  OPA  !  1999-10  (JC. Dutay)  original code
7   !!  NEMO      1.0  !  2004-03  (C. Ethe) free form + modularity
8   !!            2.0  !  2007-12  (C. Ethe, G. Madec)  reorganisation
9   !!----------------------------------------------------------------------
10#if defined key_cfc
11   !!----------------------------------------------------------------------
12   !!   'key_cfc'                                               CFC tracers
13   !!----------------------------------------------------------------------
14   !!   trc_sms_cfc  :  compute and add CFC suface forcing to CFC trends
15   !!   cfc_init     :  sets constants for CFC surface forcing computation
16   !!----------------------------------------------------------------------
17   USE oce_trc       ! Ocean variables
18   USE par_trc       ! TOP parameters
19   USE trc           ! TOP variables
20   USE trd_oce
21   USE trdtrc
22   USE iom           ! I/O library
23
24   IMPLICIT NONE
25   PRIVATE
26
27   PUBLIC   trc_sms_cfc         ! called in ???   
28   PUBLIC   trc_sms_cfc_alloc   ! called in trcini_cfc.F90
29
30   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jphem  =   2   ! parameter for the 2 hemispheres
31   INTEGER , PUBLIC            ::   jpyear         ! Number of years read in CFC1112 file
32   INTEGER , PUBLIC            ::   ndate_beg      ! initial calendar date (aammjj) for CFC
33   INTEGER , PUBLIC            ::   nyear_res      ! restoring time constant (year)
34   INTEGER , PUBLIC            ::   nyear_beg      ! initial year (aa)
35   
36   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   p_cfc    ! partial hemispheric pressure for CFC
37   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)   ::   xphem    ! spatial interpolation factor for patm
38   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   qtr_cfc  ! flux at surface
39   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   qint_cfc ! cumulative flux
40   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)   ::   patm     ! atmospheric function
41
42   REAL(wp), DIMENSION(4,2) ::   soa   ! coefficient for solubility of CFC [mol/l/atm]
43   REAL(wp), DIMENSION(3,2) ::   sob   !    "               "
44   REAL(wp), DIMENSION(4,2) ::   sca   ! coefficients for schmidt number in degre Celcius
45     
46   !                          ! coefficients for conversion
47   REAL(wp) ::   xconv1 = 1.0          ! conversion from to
48   REAL(wp) ::   xconv2 = 0.01/3600.   ! conversion from cm/h to m/s:
49   REAL(wp) ::   xconv3 = 1.0e+3       ! conversion from mol/l/atm to mol/m3/atm
50   REAL(wp) ::   xconv4 = 1.0e-12      ! conversion from mol/m3/atm to mol/m3/pptv
51
52   !! * Substitutions
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 trc_sms_cfc( kt )
62      !!----------------------------------------------------------------------
63      !!                     ***  ROUTINE trc_sms_cfc  ***
64      !!
65      !! ** Purpose :   Compute the surface boundary contition on CFC 11
66      !!             passive tracer associated with air-mer fluxes and add it
67      !!             to the general trend of tracers equations.
68      !!
69      !! ** Method  : - get the atmospheric partial pressure - given in pico -
70      !!              - computation of solubility ( in 1.e-12 mol/l then in 1.e-9 mol/m3)
71      !!              - computation of transfert speed ( given in cm/hour ----> cm/s )
72      !!              - the input function is given by :
73      !!                speed * ( concentration at equilibrium - concentration at surface )
74      !!              - the input function is in pico-mol/m3/s and the
75      !!                CFC concentration in pico-mol/m3
76      !!----------------------------------------------------------------------
77      !
78      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! ocean time-step index
79      !
80      INTEGER  ::   ji, jj, jn, jl, jm, js
81      INTEGER  ::   iyear_beg, iyear_end
82      INTEGER  ::   im1, im2, ierr
83      REAL(wp) ::   ztap, zdtap       
84      REAL(wp) ::   zt1, zt2, zt3, zv2
85      REAL(wp) ::   zsol      ! solubility
86      REAL(wp) ::   zsch      ! schmidt number
87      REAL(wp) ::   zpp_cfc   ! atmospheric partial pressure of CFC
88      REAL(wp) ::   zca_cfc   ! concentration at equilibrium
89      REAL(wp) ::   zak_cfc   ! transfert coefficients
90      REAL(wp), ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:)  ::   zpatm     ! atmospheric function
91      !!----------------------------------------------------------------------
92      !
93      !
94      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('trc_sms_cfc')
95      !
96      ALLOCATE( zpatm(jphem,jp_cfc), STAT=ierr )
97      IF( ierr > 0 ) THEN
98         CALL ctl_stop( 'trc_sms_cfc: unable to allocate zpatm array' )   ;   RETURN
99      ENDIF
100
101      IF( kt == nittrc000 )   CALL cfc_init
102
103      ! Temporal interpolation
104      ! ----------------------
105      iyear_beg = nyear - 1900
106      IF ( nmonth <= 6 ) THEN
107         iyear_beg = iyear_beg - 1
108         im1       =  6 - nmonth + 1
109         im2       =  6 + nmonth - 1
110      ELSE
111         im1       = 12 - nmonth + 7
112         im2       =      nmonth - 7
113      ENDIF
114      iyear_end = iyear_beg + 1
115
116      !                                                  !------------!
117      DO jl = 1, jp_cfc                                  !  CFC loop  !
118         !                                               !------------!
119         jn = jp_cfc0 + jl - 1
120         ! time interpolation at time kt
121         DO jm = 1, jphem
122            zpatm(jm,jl) = (  p_cfc(iyear_beg, jm, jl) * FLOAT (im1)  &
123               &           +  p_cfc(iyear_end, jm, jl) * FLOAT (im2) ) / 12.
124         END DO
125         
126         !                                                         !------------!
127         DO jj = 1, jpj                                            !  i-j loop  !
128            DO ji = 1, jpi                                         !------------!
129 
130               ! space interpolation
131               zpp_cfc  =       xphem(ji,jj)   * zpatm(1,jl)   &
132                  &     + ( 1.- xphem(ji,jj) ) * zpatm(2,jl)
133
134               ! Computation of concentration at equilibrium : in picomol/l
135               ! coefficient for solubility for CFC-11/12 in  mol/l/atm
136               IF( tmask(ji,jj,1) .GE. 0.5 ) THEN
137                  ztap  = ( tsn(ji,jj,1,jp_tem) + 273.16 ) * 0.01
138                  zdtap = sob(1,jl) + ztap * ( sob(2,jl) + ztap * sob(3,jl) ) 
139                  zsol  =  EXP( soa(1,jl) + soa(2,jl) / ztap + soa(3,jl) * LOG( ztap )   &
140                     &                    + soa(4,jl) * ztap * ztap + tsn(ji,jj,1,jp_sal) * zdtap ) 
141               ELSE
142                  zsol  = 0.e0
143               ENDIF
144               ! conversion from mol/l/atm to mol/m3/atm and from mol/m3/atm to mol/m3/pptv   
145               zsol = xconv4 * xconv3 * zsol * tmask(ji,jj,1) 
146               ! concentration at equilibrium
147               zca_cfc = xconv1 * zpp_cfc * zsol * tmask(ji,jj,1)             
148 
149               ! Computation of speed transfert
150               !    Schmidt number
151               zt1  = tsn(ji,jj,1,jp_tem)
152               zt2  = zt1 * zt1 
153               zt3  = zt1 * zt2
154               zsch = sca(1,jl) + sca(2,jl) * zt1 + sca(3,jl) * zt2 + sca(4,jl) * zt3
155
156               !    speed transfert : formulae of wanninkhof 1992
157               zv2     = wndm(ji,jj) * wndm(ji,jj)
158               zsch    = zsch / 660.
159               zak_cfc = ( 0.39 * xconv2 * zv2 / SQRT(zsch) ) * tmask(ji,jj,1)
160
161               ! Input function  : speed *( conc. at equil - concen at surface )
162               ! trn in pico-mol/l idem qtr; ak in en m/a
163               qtr_cfc(ji,jj,jl) = -zak_cfc * ( trb(ji,jj,1,jn) - zca_cfc )   &
164#if defined key_degrad
165                  &                         * facvol(ji,jj,1)                           &
166#endif
167                  &                         * tmask(ji,jj,1) * ( 1. - fr_i(ji,jj) )
168               ! Add the surface flux to the trend
169               tra(ji,jj,1,jn) = tra(ji,jj,1,jn) + qtr_cfc(ji,jj,jl) / fse3t(ji,jj,1) 
170
171               ! cumulation of surface flux at each time step
172               qint_cfc(ji,jj,jl) = qint_cfc(ji,jj,jl) + qtr_cfc(ji,jj,jl) * rdt
173               !                                               !----------------!
174            END DO                                             !  end i-j loop  !
175         END DO                                                !----------------!
176         !                                                  !----------------!
177      END DO                                                !  end CFC loop  !
178      !
179      IF( lrst_trc ) THEN
180         IF(lwp) WRITE(numout,*)
181         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'trc_sms_cfc : cumulated input function fields written in ocean restart file ',   &
182            &                    'at it= ', kt,' date= ', ndastp
183         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~'
184         DO jn = jp_cfc0, jp_cfc1
185            CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrtw, 'qint_'//ctrcnm(jn), qint_cfc(:,:,jn) )
186         END DO
187      ENDIF                                           
188      !
189      IF( lk_iomput ) THEN
190         CALL iom_put( "qtrCFC11"  , qtr_cfc (:,:,1) )
191         CALL iom_put( "qintCFC11" , qint_cfc(:,:,1) )
192      ELSE
193         IF( ln_diatrc ) THEN
194            trc2d(:,:,jp_cfc0_2d    ) = qtr_cfc (:,:,1)
195            trc2d(:,:,jp_cfc0_2d + 1) = qint_cfc(:,:,1)
196         END IF
197      END IF
198      !
199      IF( l_trdtrc ) THEN
200          DO jn = jp_cfc0, jp_cfc1
201            CALL trd_trc( tra(:,:,:,jn), jn, jptra_sms, kt )   ! save trends
202          END DO
203      END IF
204      !
205      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('trc_sms_cfc')
206      !
207   END SUBROUTINE trc_sms_cfc
208
209
210   SUBROUTINE cfc_init
211      !!---------------------------------------------------------------------
212      !!                     ***  cfc_init  *** 
213      !!
214      !! ** Purpose : sets constants for CFC model
215      !!---------------------------------------------------------------------
216      INTEGER :: jn
217
218      ! coefficient for CFC11
219      !----------------------
220
221      ! Solubility
222      soa(1,1) = -229.9261 
223      soa(2,1) =  319.6552
224      soa(3,1) =  119.4471
225      soa(4,1) =  -1.39165
226
227      sob(1,1) =  -0.142382
228      sob(2,1) =   0.091459
229      sob(3,1) =  -0.0157274
230
231      ! Schmidt number
232      sca(1,1) = 3501.8
233      sca(2,1) = -210.31
234      sca(3,1) =  6.1851
235      sca(4,1) = -0.07513
236
237      ! coefficient for CFC12
238      !----------------------
239
240      ! Solubility
241      soa(1,2) = -218.0971
242      soa(2,2) =  298.9702
243      soa(3,2) =  113.8049
244      soa(4,2) =  -1.39165
245
246      sob(1,2) =  -0.143566
247      sob(2,2) =   0.091015
248      sob(3,2) =  -0.0153924
249
250      ! schmidt number
251      sca(1,2) =  3845.4 
252      sca(2,2) =  -228.95
253      sca(3,2) =  6.1908 
254      sca(4,2) =  -0.067430
255
256      IF( ln_rsttr ) THEN
257         IF(lwp) WRITE(numout,*)
258         IF(lwp) WRITE(numout,*) ' Read specific variables from CFC model '
259         IF(lwp) WRITE(numout,*) ' ~~~~~~~~~~~~~~'
260         !
261         DO jn = jp_cfc0, jp_cfc1
262            CALL iom_get( numrtr, jpdom_autoglo, 'qint_'//ctrcnm(jn), qint_cfc(:,:,jn) ) 
263         END DO
264      ENDIF
265      IF(lwp) WRITE(numout,*)
266      !
267   END SUBROUTINE cfc_init
268
269
270   INTEGER FUNCTION trc_sms_cfc_alloc()
271      !!----------------------------------------------------------------------
272      !!                     ***  ROUTINE trc_sms_cfc_alloc  ***
273      !!----------------------------------------------------------------------
274      ALLOCATE( xphem   (jpi,jpj)        ,     &
275         &      qtr_cfc (jpi,jpj,jp_cfc) ,     &
276         &      qint_cfc(jpi,jpj,jp_cfc) , STAT=trc_sms_cfc_alloc )
277         !
278      IF( trc_sms_cfc_alloc /= 0 ) CALL ctl_warn('trc_sms_cfc_alloc : failed to allocate arrays.')
279      !
280   END FUNCTION trc_sms_cfc_alloc
281
282#else
283   !!----------------------------------------------------------------------
284   !!   Dummy module                                         No CFC tracers
285   !!----------------------------------------------------------------------
286CONTAINS
287   SUBROUTINE trc_sms_cfc( kt )       ! Empty routine
288      WRITE(*,*) 'trc_sms_cfc: You should not have seen this print! error?', kt
289   END SUBROUTINE trc_sms_cfc
290#endif
291
292   !!======================================================================
293END MODULE trcsms_cfc
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.