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trcsms_cfc.F90 in trunk/NEMO/TOP_SRC/CFC – NEMO

source: trunk/NEMO/TOP_SRC/CFC/trcsms_cfc.F90 @ 2047

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Improve CFC and Bomb C14 models, see ticket:700

  • Property svn:keywords set to Id
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Line 
1MODULE trcsms_cfc
2   !!======================================================================
3   !!                      ***  MODULE trcsms_cfc  ***
4   !! TOP : CFC main model
5   !!======================================================================
6   !! History :    -   !  1999-10  (JC. Dutay)  original code
7   !!             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   !!   trc_cfc_cst :  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 trdmld_trc_oce
21   USE trdmld_trc
22   USE iom
23
24   IMPLICIT NONE
25   PRIVATE
26
27   PUBLIC   trc_sms_cfc       ! called in ???   
28
29   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jpyear = 150   ! temporal parameter
30   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jphem  =   2   ! parameter for the 2 hemispheres
31   INTEGER , PUBLIC    ::   ndate_beg      ! initial calendar date (aammjj) for CFC
32   INTEGER , PUBLIC    ::   nyear_res      ! restoring time constant (year)
33   INTEGER , PUBLIC    ::   nyear_beg      ! initial year (aa)
34   INTEGER , PUBLIC    ::   npyear         ! Number of years read in CFC1112 file
35   
36   REAL(wp), PUBLIC, DIMENSION(jpyear,jphem, jp_cfc) ::   p_cfc    ! partial hemispheric pressure for CFC         
37   REAL(wp), PUBLIC, DIMENSION(jpi,jpj)              ::   xphem    ! spatial interpolation factor for patm
38   REAL(wp), PUBLIC, DIMENSION(jpi,jpj     ,jp_cfc) ::   qtr_cfc  ! flux at surface
39   REAL(wp), PUBLIC, DIMENSION(jpi,jpj     ,jp_cfc) ::   qint_cfc ! cumulative flux
40
41   REAL(wp), DIMENSION(4,jp_cfc) ::   soa   ! coefficient for solubility of CFC [mol/l/atm]
42   REAL(wp), DIMENSION(3,jp_cfc) ::   sob   !    "               "
43   REAL(wp), DIMENSION(4,jp_cfc) ::   sca   ! coefficients for schmidt number in degre Celcius
44     
45   !                          ! coefficients for conversion
46   REAL(wp) ::   xconv1 = 1.0          ! conversion from to
47   REAL(wp) ::   xconv2 = 0.01/3600.   ! conversion from cm/h to m/s:
48   REAL(wp) ::   xconv3 = 1.0e+3       ! conversion from mol/l/atm to mol/m3/atm
49   REAL(wp) ::   xconv4 = 1.0e-12      ! conversion from mol/m3/atm to mol/m3/pptv
50
51   !! * Substitutions
52#  include "top_substitute.h90"
53   !!----------------------------------------------------------------------
54   !! NEMO/TOP 2.0 , LOCEAN-IPSL (2007)
55   !! $Id$
56   !! Software governed by the CeCILL licence (modipsl/doc/NEMO_CeCILL.txt)
57   !!----------------------------------------------------------------------
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      INTEGER, INTENT( in ) ::   kt    ! ocean time-step index
78      !!
79      INTEGER ::   ji, jj, jn, jl, jm, js
80      INTEGER ::   iyear_beg, iyear_end
81      INTEGER ::   im1, im2
82
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
91      REAL(wp), DIMENSION(jphem,jp_cfc)   ::   zpatm       ! atmospheric function
92      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk)    ::   ztrcfc      ! use for CFC sms trend
93      !!----------------------------------------------------------------------
94
95      IF( kt == nittrc000 )   CALL trc_cfc_cst
96
97      ! Temporal interpolation
98      ! ----------------------
99      iyear_beg = nyear - 1900
100      IF ( nmonth <= 6 ) THEN
101         iyear_beg = iyear_beg - 1
102         im1       =  6 - nmonth + 1
103         im2       =  6 + nmonth - 1
104      ELSE
105         im1       = 12 - nmonth + 7
106         im2       =      nmonth - 7
107      ENDIF
108      iyear_end = iyear_beg + 1
109
110      !                                                  !------------!
111      DO jl = 1, jp_cfc                                  !  CFC loop  !
112         !                                               !------------!
113         jn = jp_cfc0 + jl - 1
114         ! time interpolation at time kt
115         DO jm = 1, jphem
116            zpatm(jm,jl) = (  p_cfc(iyear_beg, jm, jl) * FLOAT (im1)  &
117               &           +  p_cfc(iyear_end, jm, jl) * FLOAT (im2) ) / 12.
118         END DO
119         
120         !                                                         !------------!
121         DO jj = 1, jpj                                            !  i-j loop  !
122            DO ji = 1, jpi                                         !------------!
123 
124               ! space interpolation
125               zpp_cfc  =       xphem(ji,jj)   * zpatm(1,jl)   &
126                  &     + ( 1.- xphem(ji,jj) ) * zpatm(2,jl)
127
128               ! Computation of concentration at equilibrium : in picomol/l
129               ! coefficient for solubility for CFC-11/12 in  mol/l/atm
130               IF( tmask(ji,jj,1) .GE. 0.5 ) THEN
131                  ztap  = ( tn(ji,jj,1) + 273.16 ) * 0.01
132                  zdtap = sob(1,jl) + ztap * ( sob(2,jl) + ztap * sob(3,jl) ) 
133                  zsol  =  EXP( soa(1,jl) + soa(2,jl) / ztap + soa(3,jl) * LOG( ztap )   &
134                     &                    + soa(4,jl) * ztap * ztap + sn(ji,jj,1) * zdtap ) 
135               ELSE
136                  zsol  = 0.e0
137               ENDIF
138               ! conversion from mol/l/atm to mol/m3/atm and from mol/m3/atm to mol/m3/pptv   
139               zsol = xconv4 * xconv3 * zsol * tmask(ji,jj,1) 
140               ! concentration at equilibrium
141               zca_cfc = xconv1 * zpp_cfc * zsol * tmask(ji,jj,1)             
142 
143               ! Computation of speed transfert
144               !    Schmidt number
145               zt1  = tn(ji,jj,1)
146               zt2  = zt1 * zt1 
147               zt3  = zt1 * zt2
148               zsch = sca(1,jl) + sca(2,jl) * zt1 + sca(3,jl) * zt2 + sca(4,jl) * zt3
149
150               !    speed transfert : formulae of wanninkhof 1992
151               zv2     = wndm(ji,jj) * wndm(ji,jj)
152               zsch    = zsch / 660.
153               zak_cfc = ( 0.39 * xconv2 * zv2 / SQRT(zsch) ) * tmask(ji,jj,1)
154
155               ! Input function  : speed *( conc. at equil - concen at surface )
156               ! trn in pico-mol/l idem qtr; ak in en m/s
157               qtr_cfc(ji,jj,jl) = -zak_cfc * ( trb(ji,jj,1,jn) - zca_cfc )   &
158#if defined key_off_degrad
159                  &                         * facvol(ji,jj,1)                           &
160#endif
161                  &                         * tmask(ji,jj,1) * ( 1. - fr_i(ji,jj) )
162
163               ! Add the surface flux to the trend
164               tra(ji,jj,1,jn) = tra(ji,jj,1,jn) + qtr_cfc(ji,jj,jl) / fse3t(ji,jj,1) 
165
166               ! cumulation of surface flux at each time step
167               qint_cfc(ji,jj,jl) = qint_cfc(ji,jj,jl) + qtr_cfc(ji,jj,jl) * rdt
168               !                                               !----------------!
169            END DO                                             !  end i-j loop  !
170         END DO                                                !----------------!
171         !                                                  !----------------!
172      END DO                                                !  end CFC loop  !
173      !                                                     !----------------!
174
175#if defined key_trc_diaadd 
176      ! Save diagnostics , just for CFC11
177# if ! defined key_iomput
178      trc2d(:,:,jp_cfc0_2d    ) = qtr_cfc (:,:,1)
179      trc2d(:,:,jp_cfc0_2d + 1) = qint_cfc(:,:,1)
180# else
181      CALL iom_put( "qtrCFC11"  , qtr_cfc (:,:,1) )
182      CALL iom_put( "qintCFC11" , qint_cfc(:,:,1) )
183# endif
184#endif
185
186      IF( l_trdtrc ) THEN
187          DO jn = jp_cfc0, jp_cfc1
188            ztrcfc(:,:,:) = tra(:,:,:,jn)
189            CALL trd_mod_trc( ztrcfc, jn, jptrc_trd_sms, kt )   ! save trends
190          END DO
191      END IF
192
193   END SUBROUTINE trc_sms_cfc
194
195   SUBROUTINE trc_cfc_cst
196      !!---------------------------------------------------------------------
197      !!                     ***  trc_cfc_cst  *** 
198      !!
199      !! ** Purpose : sets constants for CFC model
200      !!---------------------------------------------------------------------
201
202
203        ! coefficient for CFC11
204        !----------------------
205
206        ! Solubility
207        soa(1,1) = -229.9261 
208        soa(2,1) =  319.6552
209        soa(3,1) =  119.4471
210        soa(4,1) =  -1.39165
211
212        sob(1,1) =  -0.142382
213        sob(2,1) =   0.091459
214        sob(3,1) =  -0.0157274
215
216        ! Schmidt number
217        sca(1,1) = 3501.8
218        sca(2,1) = -210.31
219        sca(3,1) =  6.1851
220        sca(4,1) = -0.07513
221
222        ! coefficient for CFC12
223        !----------------------
224
225        ! Solubility
226        soa(1,2) = -218.0971
227        soa(2,2) =  298.9702
228        soa(3,2) =  113.8049
229        soa(4,2) =  -1.39165
230
231        sob(1,2) =  -0.143566
232        sob(2,2) =   0.091015
233        sob(3,2) =  -0.0153924
234
235        ! schmidt number
236        sca(1,2) =  3845.4 
237        sca(2,2) =  -228.95
238        sca(3,2) =  6.1908 
239        sca(4,2) =  -0.067430
240
241   END SUBROUTINE trc_cfc_cst
242   
243#else
244   !!----------------------------------------------------------------------
245   !!   Dummy module                                         No CFC tracers
246   !!----------------------------------------------------------------------
247CONTAINS
248   SUBROUTINE trc_sms_cfc( kt )       ! Empty routine
249      WRITE(*,*) 'trc_sms_cfc: You should not have seen this print! error?', kt
250   END SUBROUTINE trc_sms_cfc
251#endif
252
253   !!======================================================================
254END MODULE trcsms_cfc
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.