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.
p4zche.F90 in branches/dev_r2586_dynamic_mem/NEMOGCM/NEMO/TOP_SRC/PISCES – NEMO

source: branches/dev_r2586_dynamic_mem/NEMOGCM/NEMO/TOP_SRC/PISCES/p4zche.F90 @ 2690

Last change on this file since 2690 was 2690, checked in by gm, 13 years ago

dynamic mem: #785 ; homogeneization of the coding style associated with dyn allocation

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 14.4 KB
Line 
1MODULE p4zche
2   !!======================================================================
3   !!                         ***  MODULE p4zche  ***
4   !! TOP :   PISCES Sea water chemistry computed following OCMIP protocol
5   !!======================================================================
6   !! History :   OPA  !  1988     (E. Maier-Reimer)  Original code
7   !!              -   !  1998     (O. Aumont)  addition
8   !!              -   !  1999     (C. Le Quere)  modification
9   !!   NEMO      1.0  !  2004     (O. Aumont)  modification
10   !!              -   !  2006     (R. Gangsto)  modification
11   !!             2.0  !  2007-12  (C. Ethe, G. Madec)  F90
12   !!----------------------------------------------------------------------
13#if defined key_pisces
14   !!----------------------------------------------------------------------
15   !!   'key_pisces'                                       PISCES bio-model
16   !!----------------------------------------------------------------------
17   !!   p4z_che      :  Sea water chemistry computed following OCMIP protocol
18   !!----------------------------------------------------------------------
19   USE oce_trc       !
20   USE trc           !
21   USE sms_pisces    !
22   USE lib_mpp       ! MPP library
23
24   IMPLICIT NONE
25   PRIVATE
26
27   PUBLIC   p4z_che         !
28   PUBLIC   p4z_che_alloc   !
29
30   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   sio3eq   ! chemistry of Si
31   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   fekeq    ! chemistry of Fe
32   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   chemc    ! Solubilities of O2 and CO2
33
34   REAL(wp) ::   salchl = 1._wp / 1.80655_wp ! conversion factor for salinity --> chlorinity (Wooster et al. 1969)
35
36   REAL(wp) ::   akcc1 = -171.9065_wp      ! coeff. for apparent solubility equilibrium
37   REAL(wp) ::   akcc2 =   -0.077993_wp    ! Millero et al. 1995 from Mucci 1983
38   REAL(wp) ::   akcc3 = 2839.319_wp       !
39   REAL(wp) ::   akcc4 =   71.595_wp       !
40   REAL(wp) ::   akcc5 =   -0.77712_wp     !
41   REAL(wp) ::   akcc6 =    0.0028426_wp   !
42   REAL(wp) ::   akcc7 =  178.34_wp        !
43   REAL(wp) ::   akcc8 =   -0.07711_wp     !
44   REAL(wp) ::   akcc9 =    0.0041249_wp   !
45
46   REAL(wp) ::   rgas  = 83.143_wp         ! universal gas constants
47   REAL(wp) ::   oxyco = 1._wp / 22.4144_wp
48
49   REAL(wp) ::   bor1 = 0.00023_wp         ! borat constants
50   REAL(wp) ::   bor2 = 1._wp / 10.82_wp
51
52   REAL(wp) ::   ca0 = -162.8301_wp
53   REAL(wp) ::   ca1 =  218.2968_wp
54   REAL(wp) ::   ca2 =   90.9241_wp
55   REAL(wp) ::   ca3 =   -1.47696_wp
56   REAL(wp) ::   ca4 =    0.025695_wp
57   REAL(wp) ::   ca5 =   -0.025225_wp
58   REAL(wp) ::   ca6 =    0.0049867_wp
59
60   REAL(wp) ::   c10 = -3670.7_wp        ! coeff. for 1. dissoc. of carbonic acid (Edmond and Gieskes, 1970)   
61   REAL(wp) ::   c11 =    62.008_wp     
62   REAL(wp) ::   c12 =    -9.7944_wp   
63   REAL(wp) ::   c13 =     0.0118_wp     
64   REAL(wp) ::   c14 =    -0.000116_wp
65
66   REAL(wp) :: &              ! coeff. for 2. dissoc. of carbonic acid (Millero, 1995)   
67      c20 = -1394.7   , &
68      c21 = -4.777    , &
69      c22 = 0.0184    , &
70      c23 = -0.000118
71
72   REAL(wp) :: &             ! constants for calculate concentrations
73      st1  = 0.14     , &    ! for sulfate (Morris & Riley 1966)
74      st2  = 1./96.062, &
75      ks0  = 141.328  , &
76      ks1  = -4276.1  , &
77      ks2  = -23.093  , &
78      ks3  = -13856.  , &
79      ks4  = 324.57   , &
80      ks5  = -47.986  , &
81      ks6  = 35474.   , &
82      ks7  = -771.54  , &
83      ks8  = 114.723  , &
84      ks9  = -2698.   , &
85      ks10 = 1776.    , &
86      ks11 = 1.       , &
87      ks12 = -0.001005 
88
89   REAL(wp) :: &             ! constants for calculate concentrations
90      ft1  = 0.000067   , &  ! fluorides (Dickson & Riley 1979 )
91      ft2  = 1./18.9984 , &
92      kf0  = -12.641    , &
93      kf1  = 1590.2     , &
94      kf2  = 1.525      , &
95      kf3  = 1.0        , &
96      kf4  =-0.001005
97
98   REAL(wp) :: &              ! coeff. for 1. dissoc. of boric acid (Dickson and Goyet, 1994)
99      cb0  = -8966.90, &
100      cb1  = -2890.53, &
101      cb2  = -77.942 , &
102      cb3  = 1.728   , &
103      cb4  = -0.0996 , &
104      cb5  = 148.0248, &
105      cb6  = 137.1942, &
106      cb7  = 1.62142 , &
107      cb8  = -24.4344, &
108      cb9  = -25.085 , &
109      cb10 = -0.2474 , &
110      cb11 = 0.053105
111
112   REAL(wp) :: &             ! coeff. for dissoc. of water (Dickson and Riley, 1979 )
113      cw0 = -13847.26  , &
114      cw1 = 148.9652   , &
115      cw2 = -23.6521   , &
116      cw3 = 118.67     , &
117      cw4 = -5.977     , &
118      cw5 = 1.0495     , &
119      cw6 = -0.01615
120 
121   REAL(wp) :: &              ! volumetric solubility constants for o2 in ml/l (Weiss, 1974)
122      ox0 = -58.3877   , &
123      ox1 = 85.8079    , &
124      ox2 = 23.8439    , &
125      ox3 = -0.034892  , &
126      ox4 =  0.015568  , &
127      ox5 = -0.0019387 
128
129   REAL(wp), DIMENSION(5)  :: &  ! coeff. for seawater pressure correction
130      devk1, devk2, devk3,    &  ! (millero 95)
131      devk4, devk5
132
133   DATA devk1 / -25.5    , -15.82    , -29.48  , -25.60     , -48.76    /   
134   DATA devk2 / 0.1271   , -0.0219   , 0.1622  , 0.2324     , 0.5304    /   
135   DATA devk3 / 0.       , 0.        , 2.608E-3,  -3.6246E-3, 0.        /   
136   DATA devk4 / -3.08E-3 , 1.13E-3   , -2.84E-3, -5.13E-3   , -11.76E-3 /   
137   DATA devk5 / 0.0877E-3, -0.1475E-3,  0.     , 0.0794E-3  , 0.3692E-3 /
138
139   !!* Substitution
140#include "top_substitute.h90"
141   !!----------------------------------------------------------------------
142   !! NEMO/TOP 3.3 , NEMO Consortium (2010)
143   !! $Id$
144   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
145   !!----------------------------------------------------------------------
146CONTAINS
147
148   SUBROUTINE p4z_che
149      !!---------------------------------------------------------------------
150      !!                     ***  ROUTINE p4z_che  ***
151      !!
152      !! ** Purpose :   Sea water chemistry computed following OCMIP protocol
153      !!
154      !! ** Method  : - ...
155      !!---------------------------------------------------------------------
156      INTEGER  ::   ji, jj, jk
157      REAL(wp) ::   ztkel, zsal , zqtt  , zbuf1 , zbuf2
158      REAL(wp) ::   zpres, ztc  , zcl   , zcpexp, zoxy  , zcpexp2
159      REAL(wp) ::   zsqrt, ztr  , zlogt , zcek1
160      REAL(wp) ::   zlqtt, zqtt2, zsal15, zis   , zis2 , zisqrt
161      REAL(wp) ::   zckb , zck1 , zck2  , zckw  , zak1 , zak2  , zakb , zaksp0, zakw
162      REAL(wp) ::   zst  , zft  , zcks  , zckf  , zaksp1
163      !!---------------------------------------------------------------------
164
165      ! CHEMICAL CONSTANTS - SURFACE LAYER
166      ! ----------------------------------
167!CDIR NOVERRCHK
168      DO jj = 1, jpj
169!CDIR NOVERRCHK
170         DO ji = 1, jpi
171            !                             ! SET ABSOLUTE TEMPERATURE
172            ztkel = tsn(ji,jj,1,jp_tem) + 273.16
173            zqtt  = ztkel * 0.01
174            zqtt2 = zqtt * zqtt
175            zsal  = tsn(ji,jj,1,jp_sal) + (1.- tmask(ji,jj,1) ) * 35.
176            zlqtt = LOG( zqtt )
177
178            !                             ! LN(K0) OF SOLUBILITY OF CO2 (EQ. 12, WEISS, 1980)
179            !                             !     AND FOR THE ATMOSPHERE FOR NON IDEAL GAS
180            zcek1 = ca0 + ca1 / zqtt + ca2 * zlqtt + ca3 * zqtt2 + zsal*( ca4 + ca5 * zqtt + ca6 * zqtt2 )
181
182            !                             ! LN(K0) OF SOLUBILITY OF O2 and N2 (EQ. 4, WEISS, 1970)
183            zoxy  = ox0 + ox1 / zqtt + ox2 * zlqtt + zsal * ( ox3 + ox4 * zqtt + ox5 * zqtt2 )
184
185            !                             ! SET SOLUBILITIES OF O2 AND CO2
186            chemc(ji,jj,1) = EXP( zcek1 ) * 1.e-6 * rhop(ji,jj,1) / 1000.
187            chemc(ji,jj,2) = EXP( zoxy  ) * oxyco
188
189         END DO
190      END DO
191
192      ! CHEMICAL CONSTANTS - DEEP OCEAN
193      ! -------------------------------
194!CDIR NOVERRCHK
195      DO jk = 1, jpk
196!CDIR NOVERRCHK
197         DO jj = 1, jpj
198!CDIR NOVERRCHK
199            DO ji = 1, jpi
200
201               ! SET PRESSION
202               zpres   = 1.025e-1 * fsdept(ji,jj,jk)
203
204               ! SET ABSOLUTE TEMPERATURE
205               ztkel   = tsn(ji,jj,jk,jp_tem) + 273.16
206               zqtt    = ztkel * 0.01
207               zsal    = tsn(ji,jj,jk,jp_sal) + ( 1.-tmask(ji,jj,jk) ) * 35.
208               zsqrt  = SQRT( zsal )
209               zsal15  = zsqrt * zsal
210               zlogt  = LOG( ztkel )
211               ztr    = 1. / ztkel
212               zis    = 19.924 * zsal / ( 1000.- 1.005 * zsal )
213               zis2   = zis * zis
214               zisqrt = SQRT( zis )
215               ztc     = tsn(ji,jj,jk,jp_tem) + ( 1.- tmask(ji,jj,jk) ) * 20.
216
217               ! CHLORINITY (WOOSTER ET AL., 1969)
218               zcl     = zsal * salchl
219
220               ! TOTAL SULFATE CONCENTR. [MOLES/kg soln]
221               zst     = st1 * zcl * st2
222
223               ! TOTAL FLUORIDE CONCENTR. [MOLES/kg soln]
224               zft     = ft1 * zcl * ft2
225
226               ! DISSOCIATION CONSTANT FOR SULFATES on free H scale (Dickson 1990)
227               zcks    = EXP(  ks1 * ztr + ks0 + ks2 * zlogt                           &
228                  &                     + ( ks3 * ztr + ks4 + ks5 * zlogt ) * zisqrt   &
229                  &                     + ( ks6 * ztr + ks7 + ks8 * zlogt ) * zis      &
230                  &                     + ks9 * ztr * zis * zisqrt + ks10 * ztr *zis2 + LOG( ks11 + ks12 *zsal )  )
231
232               ! DISSOCIATION CONSTANT FOR FLUORIDES on free H scale (Dickson and Riley 79)
233               zckf    = EXP(  kf1 * ztr + kf0 + kf2 * zisqrt + LOG( kf3 + kf4 * zsal )  )
234
235               ! DISSOCIATION CONSTANT FOR CARBONATE AND BORATE
236               zckb    = ( cb0 + cb1 * zsqrt + cb2  * zsal + cb3 * zsal15 + cb4 * zsal * zsal ) * ztr   &
237                  &    + ( cb5 + cb6 * zsqrt + cb7  * zsal )                                            &
238                  &    + ( cb8 + cb9 * zsqrt + cb10 * zsal ) * zlogt + cb11 * zsqrt * ztkel             &
239                  &    + LOG(  ( 1.+ zst / zcks + zft / zckf ) / ( 1.+ zst / zcks )  )
240
241               zck1    = c10 * ztr + c11 + c12 * zlogt + c13 * zsal + c14 * zsal * zsal
242               zck2    = c20 * ztr + c21 + c22 * zsal   + c23 * zsal**2
243
244               ! PKW (H2O) (DICKSON AND RILEY, 1979)
245               zckw    = cw0 * ztr + cw1 + cw2 * zlogt + ( cw3 * ztr + cw4 + cw5 * zlogt ) * zsqrt + cw6 * zsal
246
247
248               ! APPARENT SOLUBILITY PRODUCT K'SP OF CALCITE IN SEAWATER
249               !       (S=27-43, T=2-25 DEG C) at pres =0 (atmos. pressure) (MUCCI 1983)
250               zaksp0  = akcc1 + akcc2 * ztkel + akcc3 * ztr + akcc4 * LOG10( ztkel )   &
251                  &   + ( akcc5 + akcc6 * ztkel + akcc7 * ztr ) * zsqrt + akcc8 * zsal + akcc9 * zsal15
252
253               ! K1, K2 OF CARBONIC ACID, KB OF BORIC ACID, KW (H2O) (LIT.?)
254               zak1    = 10**(zck1)
255               zak2    = 10**(zck2)
256               zakb    = EXP( zckb  )
257               zakw    = EXP( zckw )
258               zaksp1  = 10**(zaksp0)
259
260               ! FORMULA FOR CPEXP AFTER EDMOND & GIESKES (1970)
261               !        (REFERENCE TO CULBERSON & PYTKOQICZ (1968) AS MADE
262               !        IN BROECKER ET AL. (1982) IS INCORRECT; HERE RGAS IS
263               !        TAKEN TENFOLD TO CORRECT FOR THE NOTATION OF pres  IN
264               !        DBAR INSTEAD OF BAR AND THE EXPRESSION FOR CPEXP IS
265               !        MULTIPLIED BY LN(10.) TO ALLOW USE OF EXP-FUNCTION
266               !        WITH BASIS E IN THE FORMULA FOR AKSPP (CF. EDMOND
267               !        & GIESKES (1970), P. 1285-1286 (THE SMALL
268               !        FORMULA ON P. 1286 IS RIGHT AND CONSISTENT WITH THE
269               !        SIGN IN PARTIAL MOLAR VOLUME CHANGE AS SHOWN ON P. 1285))
270               zcpexp  = zpres /(rgas*ztkel)
271               zcpexp2 = zpres * zpres/(rgas*ztkel)
272
273               ! KB OF BORIC ACID, K1,K2 OF CARBONIC ACID PRESSURE
274               !        CORRECTION AFTER CULBERSON AND PYTKOWICZ (1968)
275               !        (CF. BROECKER ET AL., 1982)
276
277               zbuf1  = -(devk1(1)+devk2(1)*ztc+devk3(1)*ztc*ztc)
278               zbuf2  = 0.5*(devk4(1)+devk5(1)*ztc)
279               ak13(ji,jj,jk) = zak1 * EXP( zbuf1 * zcpexp + zbuf2 * zcpexp2 )
280
281               zbuf1  =     - ( devk1(2) + devk2(2) * ztc + devk3(2) * ztc * ztc )
282               zbuf2  = 0.5 * ( devk4(2) + devk5(2) * ztc )
283               ak23(ji,jj,jk) = zak2 * EXP( zbuf1 * zcpexp + zbuf2 * zcpexp2 )
284
285               zbuf1  =     - ( devk1(3) + devk2(3) * ztc + devk3(3) * ztc * ztc )
286               zbuf2  = 0.5 * ( devk4(3) + devk5(3) * ztc )
287               akb3(ji,jj,jk) = zakb * EXP( zbuf1 * zcpexp + zbuf2 * zcpexp2 )
288
289               zbuf1  =     - ( devk1(4) + devk2(4) * ztc + devk3(4) * ztc * ztc )
290               zbuf2  = 0.5 * ( devk4(4) + devk5(4) * ztc )
291               akw3(ji,jj,jk) = zakw * EXP( zbuf1 * zcpexp + zbuf2 * zcpexp2 )
292
293
294               ! APPARENT SOLUBILITY PRODUCT K'SP OF CALCITE
295               !        AS FUNCTION OF PRESSURE FOLLOWING MILLERO
296               !        (P. 1285) AND BERNER (1976)
297               zbuf1  =     - ( devk1(5) + devk2(5) * ztc + devk3(5) * ztc * ztc )
298               zbuf2  = 0.5 * ( devk4(5) + devk5(5) * ztc )
299               aksp(ji,jj,jk) = zaksp1 * EXP( zbuf1 * zcpexp + zbuf2 * zcpexp2 )
300
301
302               ! TOTAL BORATE CONCENTR. [MOLES/L]
303               borat(ji,jj,jk) = bor1 * zcl * bor2
304
305               ! Iron and SIO3 saturation concentration from ...
306               sio3eq(ji,jj,jk) = EXP(  LOG( 10.) * ( 6.44 - 968. / ztkel )  ) * 1.e-6
307               fekeq (ji,jj,jk) = 10**( 17.27 - 1565.7 / ( 273.15 + ztc ) )
308
309            END DO
310         END DO
311      END DO
312      !
313   END SUBROUTINE p4z_che
314
315
316   INTEGER FUNCTION p4z_che_alloc()
317      !!----------------------------------------------------------------------
318      !!                     ***  ROUTINE p4z_che_alloc  ***
319      !!----------------------------------------------------------------------
320      ALLOCATE( sio3eq(jpi,jpj,jpk) , fekeq(jpi,jpj,jpk) , chemc (jpi,jpj,2), STAT=p4z_che_alloc )
321      !
322      IF( p4z_che_alloc /= 0 )   CALL ctl_warn('p4z_che_alloc : failed to allocate arrays.')
323      !
324   END FUNCTION p4z_che_alloc
325
326#else
327   !!======================================================================
328   !!  Dummy module :                                   No PISCES bio-model
329   !!======================================================================
330CONTAINS
331   SUBROUTINE p4z_che( kt )                   ! Empty routine
332      INTEGER, INTENT(in) ::   kt
333      WRITE(*,*) 'p4z_che: You should not have seen this print! error?', kt
334   END SUBROUTINE p4z_che
335#endif 
336
337   !!======================================================================
338END MODULE  p4zche
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.