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.
h3cche.F in tags/nemo_v1_04/NEMO/TOP_SRC/SMS – NEMO

source: tags/nemo_v1_04/NEMO/TOP_SRC/SMS/h3cche.F @ 8023

Last change on this file since 8023 was 274, checked in by opalod, 19 years ago

nemo_v1_update_005:RB: update headers for the TOP component.

  • Property svn:eol-style set to native
  • Property svn:keywords set to Author Date Id Revision
File size: 11.2 KB
Line 
1CCC$Header$
2CCC  TOP 1.0 , LOCEAN-IPSL (2005)
3C This software is governed by CeCILL licence see modipsl/doc/NEMO_CeCILL.txt
4C ---------------------------------------------------------------------------
5CDIR$ LIST
6      SUBROUTINE h3cche
7#if defined key_passivetrc && defined key_trc_hamocc3
8CCC---------------------------------------------------------------------
9CCC
10CCC                       ROUTINE h3cche
11CCC                     ******************
12CCC
13CCC     PURPOSE.
14CCC     --------
15CCC          *H3CCHE* SETS CHEMICAL CONSTANTS 
16CCC
17CCC
18CC    INTERFACE.
19CC     ----------
20CC          *CALL* *H3CCHE*
21CC
22CC     METHOD.
23CC     -------
24CC          1) SET CONSTANTS FOR CARBONATE CHEMISTRY AS DESCRIBED IN
25CC             IN BROECKER ET AL. (1982, GEOSECS) AND EDMOND A. GIESKES
26CC             (1970)
27CC          2) INITIATE [CO3--] AND PH-VALUE BY ITERATION
28CC             (NEWTON-RAPHSON METHOD FOR SOLVING NONLINEAR SIMULTANEOUS
29CC              EQUATIONS, SEE E.G. SCARBOROUGH, J. (1958))
30CC
31CC
32CC     EXTERNALS.
33CC     ----------
34CC          *RHO*     - HALF PRECISION FUNCTION, EQ. OF STATE OF
35CC                      SEAWATER
36CC
37CC     REFERENCE.
38CC     ----------
39CC
40CC          BERNER, R. A. (1976)
41CC          THE SOLUBILITY OF CALCITE AND ARAGONITE IN SEA WATER
42CC          AT ATMOSPHERIC PRESSURE AND 34.5 O/OO SALINITY.
43CC          AMERICAN JOURNAL OF SCIENCE, VOL. 276, 713-730.
44CC          (K'SP(ARAGONITE)=1.45 K'SP(CALCITE))
45CC
46CC          BROECKER, W.S., D.W. SPENCER, AND H. CRAIG (1982)
47CC          GEOSECS PACIFIC EXPEDITION. VOL. 3.. HYDROGRAPHIC DATA
48CC          1973-1974, SUPERINTENDANT OF DOCUMENTS, U.S. GOVERNMENT
49CC          PRINTING OFFICE, WASHINGTON, D.C., 137 PP..
50CC
51CC          CULBERSON, C.H., AND R.M. PYTKOWICZ (1968)
52CC          EFFECT ON PRESSURE ON CARBONIC ACID, BORIC ACID AND THE PH
53CC          IN SEA WATER.
54CC          LIMNOLOGY AND OCEANOGRAPHY, VOL. 13, 403-417.
55CC
56CC          DICKSON, A.G., AND J.P. RILEY (1979)
57CC          THE ESTIMATION OF ACID DISSOCIATION CONSTANTS IN SEAWATER
58CC          MEDIA FROM POTENTIOMETRIC TITRATIONS WITH STRONG BASE.
59CC          I. THE IONIC PRODUCT OF WATER - KW.
60CC          MARINE CHEMISTRY, VOL. 7, 89-99.
61CC
62CC          EDMOND, J.M., AND J.M.T.M. GIESKES (1970)
63CC          ON THE CALCULATION OF THE DEGREE OF SATURATION OF SEA WATER
64CC          WITH RESPECT TO CALCIUM CARBONATE UNDER IN SITU CONDITIONS.
65CC          GEOCHIM. ET COSMOCHIM. ACTA, 34, 1261-1291.
66CC
67CC          INGLE, S.E. (1800)
68CC          SOLUBILITY OF CALCITE IN THE OCEAN.
69CC          MARINE CHEMISTRY, VOL. 3, 301-319.
70CC
71CC          INGLE, S.E., C.H. CULBERSON, J.E. HAWLEY, AND R.M. PYTKOWICZ
72CC          (1973) THE SOLUBILITY OF CALCITE IN SEAWATER AT ATMOSPHERIC
73CC          PRESSURE AND 35 O/OO SALINITY.
74CC          MARINE CHEMISTRY, VOL. 1, 295-307.
75CC
76CC          RILEY, J. P., AND G. SKIRROW, EDS. (1965)
77CC          CHEMICAL OCEANOGRAPHY. VOL. 1, 712 PP., ACADEMIC PRESS,
78CC          LONDON A. NEW YORK.
79CC
80CC          SCARBOROUGH, J. (1958) NUMERICAL MATHEMATICAL ANALYSIS.
81CC          OXFORD UNIVERSITY PRESS, LONDON, 4TH ED., 576 PP..
82CC
83CC          WEISS, R. F. (1970) THE SOLUBILITY OF NITROGEN
84CC          OXYGEN AND ARGON IN WATER AND SEAWATER.
85CC          DEEP-SEA RESEARCH, VOL. 17, 721-735.
86CC
87CC          WEISS, R. F. (1974)
88CC          CARBON DIOXIDE IN WATER AND SEAWATER: THE SOLUBILITY OF A
89CC          NON IDEAL GAS. MARINE CHEMISTRY, VOL. 2, 203-215.
90CC
91CC          WOOSTER, W.S., A.J. LEE, AND G. DIETRICH (1969)
92CC          REDEFINITION OF SALINITY. Z. GEOPHYS., VOL.35, 611-613.
93CC
94CC          BROECKER, W.S., D.W. SPENCER, AND H. CRAIG (1982)
95CC          GEOSECS PACIFIC EXPEDITION. VOL. 3.. HYDROGRAPHIC DATA
96CC          1973-1974, SUPERINTENDANT OF DOCUMENTS, U.S. GOVERNMENT
97CC          PRINTING OFFICE, WASHINGTON, D.C., 137 PP..
98CC
99CC
100CC*     VARIABLE           TYPE    PURPOSE.
101CC      --------           ----    --------
102CC
103CC      *PRES              REAL    APPROXIMATE PRESSURE AT DEPTH OF U-POINTS
104CC                                 IN BAR, DUMMY VARIABLE
105CC      *TC*               REAL    TEMPERATURE AT OCEAN GRID POINTS (DEG C),
106CC                                 DUMMY VARIABLE
107CC      *CL*               REAL    CHLORINITY (CL(O/OO)=S(O/OO)/1.80655)
108CC                                 AFTER WOOSTER ET AL., 1969
109CC                                 (C.F. KALLE/DIETRICH , P. 60)
110CC      *AKW*              REAL    KW, H2O DISSOC. CONSTANT, LIT ?
111CC      *H*                REAL    [H+], DUMMY VARIABLE
112CC      *rrr               REAL    [CO3--] [MOLE/L], DUMMY VARIABLE
113CC      *C*                REAL    GIVEN [SUM(12C)O2] [MOLE/L], DUMMY VARIABLE
114CC      *A*                REAL    ALKALINITY [EQV/L] AS FUNCTION OF [CO3--]
115CC                                 AND [H+], DUMMY VARIABLE
116CC   MODIFICATIONS:
117CC   --------------
118CC      original :      1988 E. Maier-Reimer
119CC      additions :     1998 O. Aumont
120CC      modifications : 1999 C. Le Quere
121CC----------------------------------------------------------------------
122CC parameters and commons
123CC ======================
124CDIR$ NOLIST
125      USE oce_trc
126      USE trp_trc
127      USE sms
128      IMPLICIT NONE
129CDIR$ list
130CC----------------------------------------------------------------------
131CC local declarations
132CC ==================
133C
134      INTEGER ji, jj, jk
135      REAL tkel, sal
136      REAL pres, tc, r, cl
137      REAL akw, a, c, h, akb
138      REAL zsqrt, ztr, zlogt
139      REAL zqtt,qtt2,sal2,sal15
140C
141C* 21. CHEMICAL CONSTANTS - SURFACE LAYER
142C ---------------------------------------
143C
144C vertical slab
145C =============
146C
147      DO jj = 1,jpj
148C
149        DO ji = 1,jpi
150C
151C* 21.1 SET ABSOLUTE TEMPERATURE
152C ------------------------------
153C
154          tkel = tn(ji,jj,1)+temzer
155          qtt = tkel*perc
156          qtt2=qtt**2
157          sal = sn(ji,jj,1) + (1.-tmask(ji,jj,1))*35.
158          zqtt=log(qtt)
159
160C
161C* 21.2 CHLORINITY (WOOSTER ET AL., 1969)
162C ---------------------------------------
163C
164          cl = sal*salchl
165C
166C* 21.3 LN(K0) OF SOLUBILITY OF CO2 (EQ. 12, WEISS, 1974)
167C -------------------------------------------------------
168C
169          cek0 = c00+c01/qtt+c02*zqtt+sal*(c03+c04*qtt+c05*qtt2)
170C
171C* 21.6 LN(K0) OF SOLUBILITY OF O2 and N2 (EQ. 4, WEISS, 1970)
172C ------------------------------------------------------------
173C
174          oxy = ox0+ox1/qtt+ox2*zqtt+sal*(ox3+ox4*qtt+ox5*qtt2)
175C
176C* 21.9 CO2 SOLUBILITY IN SEAWATER (WEISS, 1974, CF. EQ. 12)
177C ----------------------------------------------------------
178C
179          ak0 = exp(cek0)*smicr
180C
181C* 21.10 DENSITY OF SEAWATER AND TOTAL BORATE IN MOLE/
182C ----------------------------------------------------
183C
184          rrr = rhop(ji,jj,1) *thousi
185          bor = bor1*rrr*cl*bor2
186C
187C* 21.11 SET CHEMICAL CHEMICAL CONSTANTS
188C --------------------------------------
189C
190          chemc(ji,jj,1) = ak0
191          chemc(ji,jj,2) = bor
192C
193C* 21.12 O2 SOLUBILITY IN SEAWATER (WEISS, 1970, CF. EQ. 4)
194C ---------------------------------------------------------
195C
196          chemc(ji,jj,3) = exp(oxy)*oxyco
197C
198        ENDDO
199      END DO
200C
201C*  22. CHEMICAL CONSTANTS - DEEP OCEAN
202C -------------------------------------
203C
204      DO jk = 1,jpk
205C
206C* 22.1 APPROX. SEAWATER PRESSURE AT U-POINT DEPTH (BAR)
207C ------------------------------------------------------
208C
209        pres = 1.025e-1*gdept(jk)
210C
211        DO jj=1,jpj
212          DO ji = 1,jpi
213C
214C* 22.2 SET LIMITS FOR SEAWATER TEMP. AND SALINITY
215C              (THIS IS DONE TO AVOID COMPUTATIONAL CRASH AT DRY
216C               POINTS DURING CALCULATION OF CHEMICAL CONSTANTS)
217C
218C* 22.3 SET [H+] (FIRST GUESS)
219C ----------------------------
220C
221            hi(ji,jj,jk) = tenm7
222C
223C* 22.4 SET ABSOLUTE TEMPERATURE
224C ------------------------------
225C
226            tkel   = tn(ji,jj,jk)+temzer
227            qtt    = tkel*perc
228            sal    = sn(ji,jj,jk) + (1.-tmask(ji,jj,jk))*35.
229            zsqrt  = sqrt(sal)
230            sal15 = sal**1.5
231            zlogt  = log(tkel)
232            ztr    = 1./tkel
233C
234C* 22.5 CHLORINITY (WOOSTER ET AL., 1969)
235C ---------------------------------------
236C
237            cl = sal*salchl
238C
239C* 22.6 LN(K0) OF SOLUBILITY OF CO2 (EQ. 12, WEISS, 1974)
240C -------------------------------------------------------
241C
242            cek0 = c00+c01/qtt+c02*alog(qtt)+
243     &          sal*(c03+c04*qtt+c05*qtt**2)
244C
245C  COEFFICIENT OCMIP 
246C ------------------
247C
248            ckb = (cb0+cb1*zsqrt+cb2*sal+cb3*sal15+cb4*sal**2)*ztr
249     $          +(cb5+cb6*zsqrt+cb7*sal)+
250     $          (cb8+cb9*zsqrt+cb10*sal)*zlogt+cb11*zsqrt*tkel
251            ck1 = c10*ztr+c11+c12*zlogt+(c13*ztr+c14)*zsqrt+
252     $          c15*sal+c16*sal15+log(1.+c17*sal)
253            ck2 = c20*ztr+c21+c22*zlogt+(c23*ztr+c24)*zsqrt+c25*sal
254     $          +c26*sal15+log(1.+c27*sal)
255C
256C* 21.5 PKW (H2O) (DICKSON AND RILEY, 1979)
257C -----------------------------------------
258C
259            ckw = cw0*ztr+cw1+cw2*zlogt+(cw3*ztr+cw4+cw5*zlogt)*
260     $          zsqrt+cw6*sal
261C
262C* 22.8 LN(K0) OF SOLUBILITY OF O2 (EQ. 4, WEISS, 1970)
263C -----------------------------------------------------
264C
265            oxy = ox0+ox1/qtt+ox2*alog(qtt)+sal*(ox3+ox4*qtt+ox5*qtt**2)
266C
267C* 22.9 K1, K2 OF CARBONIC ACID, KB OF BORIC ACID, KW (H2O) (LIT.?)
268C -----------------------------------------------------------------
269C
270            ak1 = exp(ck1)
271            ak2 = exp(ck2)
272            akb = exp(ckb)
273            akw3(ji,jj,jk) = exp(ckw)
274C
275C*22.10 APPARENT SOLUBILITY PRODUCT K'SP OF CALCITE IN SEAWATER
276C       (S=27-43, T=2-25 DEG C) AT pres =0 (ATMOSPH. PRESSURE)
277C       (INGLE, 1800, EQ. 6)
278C -------------------------------------------------------------
279C
280            aksp0 = 1.E-7*(akcc1+akcc2*sal**(third)+akcc3*alog10(sal)
281     &          +akcc4*tkel**2)
282C
283C* 22.11 FORMULA FOR CPEXP AFTER EDMOND AND GIESKES (1970)
284C
285C        (REFERENCE TO CULBERSON AND PYTKOQICZ (1968) AS MADE
286C        IN BROECKER ET AL. (1982) IS INCORRECT; HERE RGAS IS
287C        TAKEN TENFOLD TO CORRECT FOR THE NOTATION OF pres  IN
288C        DBAR INSTEAD OF BAR AND THE EXPRESSION FOR CPEXP IS
289C        MULTIPLIED BY LN(10.) TO ALLOW USE OF EXP-FUNCTION
290C        WITH BASIS E IN THE FORMULA FOR AKSPP (CF. EDMOND
291C        AND GIESKES (1970), P. 1285 AND P. 1286 (THE SMALL
292C        FORMULA ON P. 1286 IS RIGHT AND CONSISTENT WITH THE
293C        SIGN IN PARTIAL MOLAR VOLUME CHANGE AS SHOWN ON
294C        P. 1285))
295C -----------------------------------------------------------
296C
297            cpexp = pres /(rgas*tkel)
298C
299C* 22.12 KB OF BORIC ACID, K1,K2 OF CARBONIC ACID PRESSURE
300C        CORRECTION AFTER CULBERSON AND PYTKOWICZ (1968)
301C        (CF. BROECKER ET AL., 1982)
302C --------------------------------------------------------
303C
304            tc = tn(ji,jj,jk) + (1.-tmask(ji,jj,jk))*20.
305            akb3(ji,jj,jk) = akb*exp(cpexp*(devkb-devkbt*tc))
306            ak13(ji,jj,jk) = ak1*exp(cpexp*(devk1-devk1t*tc))
307            ak23(ji,jj,jk) = ak2*exp(cpexp*(devk2-devk2t*tc))
308C
309C  22.13 APPARENT SOLUBILITY PRODUCT K'SP OF CALCITE (OR ARAGONITE)
310C        AS FUNCTION OF PRESSURE FOLLWING EDMOND AND GIESKES (1970)
311C        (P. 1285) AND BERNER (1976)
312C -----------------------------------------------------------------
313C
314            aksp(ji,jj,jk) = aracal*aksp0*exp(cpexp*(devks-devkst*tc))
315C
316C* 22.14 DENSITY OF SEAWATER AND TOTAL BORATE CONCENTR. [MOLES/L]
317C ---------------------------------------------------------------
318C
319            rrr = rhop(ji,jj,jk)*thousi
320            bor = bor1*rrr*cl*bor2
321            borat(ji,jj,jk) = bor
322C
323          ENDDO
324        ENDDO
325      END DO
326C     
327#endif
328C
329      RETURN
330      END
331
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.