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p4zflx.F90 in trunk/NEMO/TOP_SRC/PISCES – NEMO

source: trunk/NEMO/TOP_SRC/PISCES/p4zflx.F90 @ 1715

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Improve PISCES diagnostics for IPCC AR5 exercise, see ticket:567
  • Property svn:executable set to *
  • Property svn:keywords set to Id
File size: 10.7 KB
Line 
1MODULE p4zflx
2   !!======================================================================
3   !!                         ***  MODULE p4zflx  ***
4   !! TOP :   PISCES CALCULATES GAS EXCHANGE AND CHEMISTRY AT SEA SURFACE
5   !!======================================================================
6   !! History :    -   !  1988-07  (E. MAIER-REIMER) Original code
7   !!              -   !  1998     (O. Aumont) additions
8   !!              -   !  1999     (C. Le Quere) modifications
9   !!             1.0  !  2004     (O. Aumont) modifications
10   !!             2.0  !  2007-12  (C. Ethe, G. Madec)  F90
11   !!----------------------------------------------------------------------
12#if defined key_pisces
13   !!----------------------------------------------------------------------
14   !!   'key_pisces'                                       PISCES bio-model
15   !!----------------------------------------------------------------------
16   !!   p4z_flx       :   CALCULATES GAS EXCHANGE AND CHEMISTRY AT SEA SURFACE
17   !!   p4z_flx_init  :   Read the namelist
18   !!----------------------------------------------------------------------
19   USE trc
20   USE oce_trc         !
21   USE trc
22   USE sms_pisces
23   USE prtctl_trc
24   USE p4zche
25   USE iom
26#if defined key_cpl_carbon_cycle
27   USE sbc_oce , ONLY :  atm_co2
28#endif
29   USE lib_mpp
30
31   IMPLICIT NONE
32   PRIVATE
33
34   PUBLIC   p4z_flx 
35
36   REAL(wp) :: &  ! pre-industrial atmospheric [co2] (ppm) 
37      atcox  = 0.20946 ,    &  !:
38      atcco2 = 278.            !:
39
40   REAL(wp) :: &
41      xconv  = 0.01/3600     !: coefficients for conversion
42
43#if defined key_cpl_carbon_cycle
44   REAL(wp), PUBLIC, DIMENSION(jpi,jpj) ::  &
45      oce_co2            !: ocean carbon flux
46   REAL(wp) :: &
47      t_atm_co2_flx,  &  !: Total atmospheric carbon flux per year
48      t_oce_co2_flx      !: Total ocean carbon flux per year
49#endif
50
51   !!* Substitution
52#  include "domzgr_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 p4z_flx ( kt )
62      !!---------------------------------------------------------------------
63      !!                     ***  ROUTINE p4z_flx  ***
64      !!
65      !! ** Purpose :   CALCULATES GAS EXCHANGE AND CHEMISTRY AT SEA SURFACE
66      !!
67      !! ** Method  : - ???
68      !!---------------------------------------------------------------------
69      INTEGER, INTENT(in) :: kt
70      INTEGER  ::   ji, jj, jrorr, nspyr
71      REAL(wp) ::   ztc, ztc2, ztc3, zws, zkgwan
72      REAL(wp) ::   zfld, zflu, zfld16, zflu16, zfact
73      REAL(wp) ::   zph, zah2, zbot, zdic, zalk, zsch_o2, zalka, zsch_co2
74      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zkgco2, zkgo2, zh2co3
75#if defined key_trc_diaadd && defined key_iomput
76      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::  zcflx, zoflx, zkg, zdpco2, zdpo2
77#endif
78      CHARACTER (len=25) :: charout
79
80      !!---------------------------------------------------------------------
81
82
83      IF( kt == nittrc000  )   CALL p4z_flx_init      ! Initialization (first time-step only)
84
85
86      ! -----------------------------------------------------
87      !     ASSIGNATION TO EXPONENTS IN THE LISS AND MERLIVAT
88      !     FORMULATION OF THE GAS EXCHANGE RATE
89      ! -----------------------------------------------------
90
91      nspyr = INT( raass / rdt )
92
93      ! SURFACE CHEMISTRY (PCO2 AND [H+] IN
94      !     SURFACE LAYER); THE RESULT OF THIS CALCULATION
95      !     IS USED TO COMPUTE AIR-SEA FLUX OF CO2
96
97      DO jrorr = 1, 10
98
99!CDIR NOVERRCHK
100         DO jj = 1, jpj
101!CDIR NOVERRCHK
102            DO ji = 1, jpi
103
104               ! DUMMY VARIABLES FOR DIC, H+, AND BORATE
105               zbot  = borat(ji,jj,1)
106               zfact = rhop(ji,jj,1) / 1000. + rtrn
107               zdic  = trn(ji,jj,1,jpdic) / zfact
108               zph   = MAX( hi(ji,jj,1), 1.e-10 ) / zfact
109               zalka = trn(ji,jj,1,jptal) / zfact
110
111               ! CALCULATE [ALK]([CO3--], [HCO3-])
112               zalk  = zalka - (  akw3(ji,jj,1) / zph - zph + zbot / ( 1.+ zph / akb3(ji,jj,1) )  )
113
114               ! CALCULATE [H+] AND [H2CO3]
115               zah2   = SQRT(  (zdic-zalk)**2 + 4.* ( zalk * ak23(ji,jj,1)   &
116                  &                                        / ak13(ji,jj,1) ) * ( 2.* zdic - zalk )  )
117               zah2   = 0.5 * ak13(ji,jj,1) / zalk * ( ( zdic - zalk ) + zah2 )
118               zh2co3(ji,jj) = ( 2.* zdic - zalk ) / ( 2.+ ak13(ji,jj,1) / zah2 ) * zfact
119               hi(ji,jj,1)   = zah2 * zfact
120            END DO
121         END DO
122      END DO
123
124
125      ! --------------
126      ! COMPUTE FLUXES
127      ! --------------
128
129      ! FIRST COMPUTE GAS EXCHANGE COEFFICIENTS
130      ! -------------------------------------------
131
132!CDIR NOVERRCHK
133      DO jj = 1, jpj
134!CDIR NOVERRCHK
135         DO ji = 1, jpi
136            ztc  = MIN( 35., tn(ji,jj,1) )
137            ztc2 = ztc * ztc
138            ztc3 = ztc * ztc2 
139            ! Compute the schmidt Number both O2 and CO2
140            zsch_co2 = 2073.1 - 125.62 * ztc + 3.6276 * ztc2 - 0.043126 * ztc3
141            zsch_o2  = 1953.4 - 128.0  * ztc + 3.9918 * ztc2 - 0.050091 * ztc3
142            !  wind speed
143            zws  = wndm(ji,jj) * wndm(ji,jj)
144            ! Compute the piston velocity for O2 and CO2
145            zkgwan = 0.3 * zws  + 2.5 * ( 0.5246 + 0.016256 * ztc + 0.00049946  * ztc2 )
146# if defined key_off_degrad
147            zkgwan = zkgwan * xconv * ( 1.- fr_i(ji,jj) ) * tmask(ji,jj,1) * facvol(ji,jj,1)
148#else
149            zkgwan = zkgwan * xconv * ( 1.- fr_i(ji,jj) ) * tmask(ji,jj,1)
150#endif 
151            ! compute gas exchange for CO2 and O2
152            zkgco2(ji,jj) = zkgwan * SQRT( 660./ zsch_co2 )
153            zkgo2 (ji,jj) = zkgwan * SQRT( 660./ zsch_o2 )
154         END DO
155      END DO
156
157      DO jj = 1, jpj
158         DO ji = 1, jpi
159            ! Compute CO2 flux for the sea and air
160#if ! defined key_cpl_carbon_cycle
161            zfld = atcco2 * tmask(ji,jj,1) * chemc(ji,jj,1) * zkgco2(ji,jj)
162            zflu = zh2co3(ji,jj) * tmask(ji,jj,1) * zkgco2(ji,jj)
163#else
164            zfld = atm_co2(ji,jj) * tmask(ji,jj,1) * chemc(ji,jj,1) * zkgco2(ji,jj)
165            zflu = zh2co3(ji,jj) * tmask(ji,jj,1) * zkgco2(ji,jj)
166            ! compute flux of carbon
167            oce_co2(ji,jj) = ( zfld - zflu ) * rfact &
168               &             * e1t(ji,jj) * e2t(ji,jj) * tmask(ji,jj,1) * 1000.
169#endif
170            tra(ji,jj,1,jpdic) = tra(ji,jj,1,jpdic) + ( zfld - zflu ) / fse3t(ji,jj,1)
171
172            ! Compute O2 flux
173            zfld16 = atcox * chemc(ji,jj,2) * tmask(ji,jj,1) * zkgo2(ji,jj)
174            zflu16 = trn(ji,jj,1,jpoxy) * tmask(ji,jj,1) * zkgo2(ji,jj)
175            tra(ji,jj,1,jpoxy) = tra(ji,jj,1,jpoxy) + ( zfld16 - zflu16 ) / fse3t(ji,jj,1)
176
177#if defined key_trc_diaadd 
178            ! Save diagnostics
179#  if ! defined key_iomput
180            trc2d(ji,jj,jp_pcs0_2d    ) = ( zfld - zflu )     * 1000. * tmask(ji,jj,1)
181            trc2d(ji,jj,jp_pcs0_2d + 1) = ( zfld16 - zflu16 ) * 1000. * tmask(ji,jj,1)
182            trc2d(ji,jj,jp_pcs0_2d + 2) = zkgco2(ji,jj) * tmask(ji,jj,1)
183            trc2d(ji,jj,jp_pcs0_2d + 3) = ( atcco2 - zh2co3(ji,jj) / ( chemc(ji,jj,1) + rtrn ) ) &
184               &                            * tmask(ji,jj,1)
185#  else
186            zcflx(ji,jj) = ( zfld - zflu ) * 1000.  * tmask(ji,jj,1)
187            zoflx(ji,jj) = ( zfld16 - zflu16 ) * 1000. * tmask(ji,jj,1)
188            zkg  (ji,jj) = zkgco2(ji,jj) * tmask(ji,jj,1)
189            zdpco2(ji,jj) = ( atcco2 - zh2co3(ji,jj)      / ( chemc(ji,jj,1) + rtrn ) ) &
190              &             * tmask(ji,jj,1)
191            zdpo2 (ji,jj) = ( atcox  - trn(ji,jj,1,jpoxy) / ( chemc(ji,jj,2) + rtrn ) ) &
192              &             * tmask(ji,jj,1)
193#  endif
194#endif
195         END DO
196      END DO
197
198#if defined key_cpl_carbon_cycle
199      ! Total Flux of Carbon
200      DO jj = 1, jpj 
201        DO ji = 1, jpi
202           t_atm_co2_flx = t_atm_co2_flx + atm_co2(ji,jj) * tmask_i(ji,jj)
203           t_oce_co2_flx = t_oce_co2_flx + oce_co2(ji,jj) * tmask_i(ji,jj)
204        END DO
205      END DO
206
207      IF( MOD( kt, nspyr ) == 0 ) THEN
208        IF( lk_mpp ) THEN
209          CALL mpp_sum( t_atm_co2_flx )   ! sum over the global domain
210          CALL mpp_sum( t_oce_co2_flx )   ! sum over the global domain
211        ENDIF
212        WRITE(numout,*) ' Atmospheric pCO2    :'
213        WRITE(numout,*) '-------------------- : ',kt,'  ',t_atm_co2_flx
214        WRITE(numout,*) '(ppm)'
215        WRITE(numout,*) 'Total Flux of Carbon :'
216        WRITE(numout,*) '-------------------- : ',t_oce_co2_flx * 12. / 1e15
217        WRITE(numout,*) '(GtC/an)'
218        t_atm_co2_flx = 0.
219        t_oce_co2_flx = 0.
220      ENDIF
221#endif
222
223      IF(ln_ctl)   THEN  ! print mean trends (used for debugging)
224         WRITE(charout, FMT="('flx ')")
225         CALL prt_ctl_trc_info(charout)
226         CALL prt_ctl_trc(tab4d=tra, mask=tmask, clinfo=ctrcnm)
227      ENDIF
228
229# if defined key_trc_diaadd && defined key_iomput
230      CALL iom_put( "Cflx" , zcflx  )
231      CALL iom_put( "Oflx" , zoflx  )
232      CALL iom_put( "Kg"   , zkg    )
233      CALL iom_put( "Dpco2", zdpco2 )
234      CALL iom_put( "Dpo2" , zdpo2  )
235#endif
236
237   END SUBROUTINE p4z_flx
238
239   SUBROUTINE p4z_flx_init
240
241      !!----------------------------------------------------------------------
242      !!                  ***  ROUTINE p4z_flx_init  ***
243      !!
244      !! ** Purpose :   Initialization of atmospheric conditions
245      !!
246      !! ** Method  :   Read the nampisext namelist and check the parameters
247      !!      called at the first timestep (nittrc000)
248      !! ** input   :   Namelist nampisext
249      !!
250      !!----------------------------------------------------------------------
251
252      NAMELIST/nampisext/ atcco2
253
254      REWIND( numnat )                     ! read numnat
255      READ  ( numnat, nampisext )
256
257      IF(lwp) THEN                         ! control print
258         WRITE(numout,*) ' '
259         WRITE(numout,*) ' Namelist parameters for air-sea exchange, nampisext'
260         WRITE(numout,*) ' ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~'
261         WRITE(numout,*) '    Atmospheric pCO2      atcco2      =', atcco2
262      ENDIF
263
264#if defined key_cpl_carbon_cycle
265      ! Initialization of Flux of Carbon
266      oce_co2(:,:) = 0.
267      t_atm_co2_flx = 0.
268      t_oce_co2_flx = 0.
269#endif
270
271   END SUBROUTINE p4z_flx_init
272
273#else
274   !!======================================================================
275   !!  Dummy module :                                   No PISCES bio-model
276   !!======================================================================
277CONTAINS
278   SUBROUTINE p4z_flx( kt )                   ! Empty routine
279      INTEGER, INTENT( in ) ::   kt
280      WRITE(*,*) 'p4z_flx: You should not have seen this print! error?', kt
281   END SUBROUTINE p4z_flx
282#endif 
283
284   !!======================================================================
285END MODULE  p4zflx
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.