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Since March 2022 along with NEMO 4.2 release, the code development moved to a self-hosted GitLab.
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p4zprod.F90 in trunk/NEMO/TOP_SRC/PISCES – NEMO

source: trunk/NEMO/TOP_SRC/PISCES/p4zprod.F90 @ 1073

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update PISCES model, see ticket:190

  • Property svn:executable set to *
File size: 18.1 KB
Line 
1MODULE p4zprod
2   !!======================================================================
3   !!                         ***  MODULE p4zprod  ***
4   !! TOP :   PISCES
5   !!======================================================================
6   !! History :   1.0  !  2004     (O. Aumont) Original code
7   !!             2.0  !  2007-12  (C. Ethe, G. Madec)  F90
8   !!----------------------------------------------------------------------
9#if defined key_pisces
10   !!----------------------------------------------------------------------
11   !!   'key_pisces'                                       PISCES bio-model
12   !!----------------------------------------------------------------------
13   !!   p4z_prod       : 
14   !!----------------------------------------------------------------------
15   USE trc
16   USE oce_trc         !
17   USE trp_trc         !
18   USE sms_pisces      !
19   USE prtctl_trc
20   USE p4zint
21   USE p4zlim
22   USE p4zopt
23
24   IMPLICIT NONE
25   PRIVATE
26
27   PUBLIC   p4z_prod    ! called in p4zbio.F90
28
29   !! * Shared module variables
30   REAL(wp), PUBLIC ::   &
31     pislope   = 3.0_wp          ,  &  !:
32     pislope2  = 3.0_wp          ,  &  !:
33     excret    = 10.e-5_wp       , &   !:
34     excret2   = 0.05_wp         , &   !:
35     chlcnm    = 0.033_wp        , &   !:
36     chlcdm    = 0.05_wp         , &   !:
37     fecnm     = 10.E-6_wp       , &   !:
38     fecdm     = 15.E-6_wp       , &   !:
39     grosip    = 0.151_wp
40
41   REAL(wp), PUBLIC, DIMENSION(jpi,jpj,jpk)  ::        &
42     &                   prmax
43   
44   REAL(wp) ::   &
45      texcret                    ,  &  !: 1 - excret
46      texcret2                   ,  &  !: 1 - excret2       
47      rpis180                    ,  &  !: rpi / 180
48      tpp = 0.                         !: Total primary production
49
50   !!* Substitution
51#  include "domzgr_substitute.h90"
52   !!----------------------------------------------------------------------
53   !! NEMO/TOP 2.0 , LOCEAN-IPSL (2007)
54   !! $Header:$
55   !! Software governed by the CeCILL licence (modipsl/doc/NEMO_CeCILL.txt)
56   !!----------------------------------------------------------------------
57
58CONTAINS
59
60   SUBROUTINE p4z_prod( kt , jnt )
61      !!---------------------------------------------------------------------
62      !!                     ***  ROUTINE p4z_prod  ***
63      !!
64      !! ** Purpose :   Compute the phytoplankton production depending on
65      !!              light, temperature and nutrient availability
66      !!
67      !! ** Method  : - ???
68      !!---------------------------------------------------------------------
69      INTEGER, INTENT(in) :: kt, jnt
70      INTEGER  ::   ji, jj, jk, nspyr
71      REAL(wp) ::   zsilfac, zfact, zrfact2
72      REAL(wp) ::   zprdiachl, zprbiochl, zsilim, ztn, zadap, zadap2
73      REAL(wp) ::   zlim, zsilfac2, zsiborn, zprod, zetot2, zmax, zproreg, zproreg2
74      REAL(wp) ::   zmxltst, zmxlday, zlim1
75      REAL(wp) ::   zpislopen  , zpislope2n
76      REAL(wp) ::   zrum, zcodel, zargu
77      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)     ::   zmixnano   , zmixdiat, zstrn
78      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   zpislopead , zpislopead2
79      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   zprdia     , zprbio, zysopt
80      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   zprorca    , zprorcad, zprofed
81      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   zprofen   , zprochln, zprochld
82      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   zpronew    , zpronewd
83      CHARACTER (len=25) :: charout
84      !!---------------------------------------------------------------------
85
86
87      IF( ( kt * jnt ) == nittrc000  )   CALL p4z_prod_init      ! Initialization (first time-step only)
88
89
90      zprorca (:,:,:) = 0.0
91      zprorcad(:,:,:) = 0.0
92      zprofed(:,:,:) = 0.0
93      zprofen(:,:,:) = 0.0
94      zprochln(:,:,:) = 0.0
95      zprochld(:,:,:) = 0.0
96      zpronew (:,:,:) = 0.0
97      zpronewd(:,:,:) = 0.0
98      zprdia  (:,:,:) = 0.0
99      zprbio  (:,:,:) = 0.0
100      zysopt  (:,:,:) = 0.0
101
102      nspyr  = INT( raass / rdt )
103
104
105!     Computation of the optimal production
106!     -------------------------------------
107
108# if defined key_off_degrad
109      prmax(:,:,:) = 0.6 / rjjss * tgfunc(:,:,:) * facvol(:,:,:)
110# else
111      prmax(:,:,:) = 0.6 / rjjss * tgfunc(:,:,:)
112# endif
113
114      ! compute the day length depending on latitude and the day
115      !--------------------------------------------------------
116      IF(lwp) write(numout,*)
117      IF(lwp) write(numout,*) 'p4zday : - Julian day ', nday_year
118      IF(lwp) write(numout,*) '~~~~~~'
119
120      IF( nleapy == 1 .AND. MOD( nyear, 4 ) == 0 ) THEN
121         zrum = FLOAT( nday_year - 80 ) / 366.
122      ELSE
123         zrum = FLOAT( nday_year - 80 ) / 365.
124      ENDIF
125      zcodel = ASIN(  SIN( zrum * rpi * 2. ) * SIN( rpis180 * 23.5 )  )
126
127      ! day length in hours
128      zstrn(:,:) = 0.
129      DO jj = 1, jpj
130         DO ji = 1, jpi
131            zargu = TAN( zcodel ) * TAN( gphit(ji,jj) * rpis180 )
132            zargu = MAX( -1., MIN(  1., zargu ) )
133            zstrn(ji,jj) = MAX( 0.0, 24. - 2. * ACOS( zargu ) / rpis180 / 15. )
134         END DO
135      END DO
136
137
138!CDIR NOVERRCHK
139      DO jk = 1, jpkm1
140!CDIR NOVERRCHK
141         DO jj = 1, jpj
142!CDIR NOVERRCHK
143            DO ji = 1, jpi
144
145!      Computation of the P-I slope for nanos and diatoms
146!      --------------------------------------------------
147                IF( etot(ji,jj,jk) > 1.E-3 ) THEN
148                   ztn    = MAX( 0., tn(ji,jj,jk) - 15. )
149                   zadap  = 0.+ 1.* ztn / ( 2.+ ztn )
150                   zadap2 = 0.e0
151
152                   zfact  = EXP( -0.21 * emoy(ji,jj,jk) )
153
154                   zpislopead (ji,jj,jk) = pislope  * ( 1.+ zadap  * zfact )
155                   zpislopead2(ji,jj,jk) = pislope2 * ( 1.+ zadap2 * zfact )
156
157                   zpislopen = zpislopead(ji,jj,jk) * trn(ji,jj,jk,jpnch)                 &
158                     &         / ( trn(ji,jj,jk,jpphy) * 12.                   + rtrn )   &
159                     &         / ( prmax(ji,jj,jk) * rjjss * xlimphy(ji,jj,jk) + rtrn )
160
161                   zpislope2n = zpislopead2(ji,jj,jk) * trn(ji,jj,jk,jpdch)                &
162                     &          / ( trn(ji,jj,jk,jpdia) * 12.                   + rtrn )   &
163                     &          / ( prmax(ji,jj,jk) * rjjss * xlimdia(ji,jj,jk) + rtrn )
164
165!     Computation of production function
166!     ----------------------------------
167
168                   zprbio(ji,jj,jk) = prmax(ji,jj,jk) * &
169                     &                (  1.- EXP( -zpislopen * enano(ji,jj,jk) )  )
170                   zprdia(ji,jj,jk) = prmax(ji,jj,jk) * &
171                     &                (  1.- EXP( -zpislope2n * ediat(ji,jj,jk) )  )
172               ENDIF
173            END DO
174         END DO
175      END DO
176
177
178      DO jk = 1, jpkm1
179         DO jj = 1, jpj
180            DO ji = 1, jpi
181
182                IF( etot(ji,jj,jk) > 1.E-3 ) THEN
183!    Si/C of diatoms
184!    ------------------------
185!    Si/C increases with iron stress and silicate availability
186!    Si/C is arbitrariliy increased for very high Si concentrations
187!    to mimic the very high ratios observed in the Southern Ocean (silpot2)
188
189                  zlim1  = trn(ji,jj,jk,jpsil) / ( trn(ji,jj,jk,jpsil) + xksi1 )
190                  zlim   = xdiatno3(ji,jj,jk) + xdiatnh4(ji,jj,jk)
191
192                  zsilim = MIN( zprdia(ji,jj,jk)    / ( rtrn + prmax(ji,jj,jk) ),                 &
193                  &          trn(ji,jj,jk,jpfer) / ( concdfe(ji,jj,jk) + trn(ji,jj,jk,jpfer) ),   &
194                  &          trn(ji,jj,jk,jppo4) / ( concdnh4 + trn(ji,jj,jk,jppo4) ),            &
195                  &          zlim )
196                  zsilfac = 5.4 * EXP( -4.23 * zsilim ) * MAX( 0.e0, MIN( 1., 2.2 * ( zlim1 - 0.5 ) )  ) + 1.e0
197                  zsiborn = MAX( 0.e0, ( trn(ji,jj,jk,jpsil) - 15.e-6 ) )
198                  zsilfac2 = 1.+ 3.* zsiborn / ( zsiborn + xksi2 )
199                  zsilfac = MIN( 6.4,zsilfac * zsilfac2)
200                  zysopt(ji,jj,jk) = grosip * zlim1 * zsilfac
201
202              ENDIF
203            END DO
204         END DO
205      END DO
206
207!    Computation of the limitation term due to
208!    A mixed layer deeper than the euphotic depth
209!    --------------------------------------------
210
211      DO jj = 1, jpj
212         DO ji = 1, jpi
213            zmxltst = MAX( 0.e0, hmld(ji,jj) - heup(ji,jj) )
214            zmxlday = zmxltst**2 / rjjss
215            zmixnano(ji,jj) = 1.- zmxlday / ( 1.+ zmxlday )
216            zmixdiat(ji,jj) = 1.- zmxlday / ( 3.+ zmxlday )
217         END DO
218      END DO
219                                                                               
220      DO jk = 1, jpkm1
221         DO jj = 1, jpj
222            DO ji = 1, jpi
223               IF( fsdepw(ji,jj,jk+1) <= hmld(ji,jj) ) THEN
224
225!     Mixed-layer effect on production
226!     --------------------------------
227                  zprbio(ji,jj,jk) = zprbio(ji,jj,jk) * zmixnano(ji,jj)
228                  zprdia(ji,jj,jk) = zprdia(ji,jj,jk) * zmixdiat(ji,jj)
229               ENDIF
230            END DO
231         END DO
232      END DO
233
234!     Computation of the fractionnal day length
235!     -----------------------------------------
236!      zstrn(:,:) = strn(:,:)
237
238      WHERE( zstrn(:,:) < 1.e0 ) zstrn(:,:) = 24.
239      zstrn(:,:) = 24. / zstrn(:,:)
240!      DO jj = 1, jpj
241!         DO ji = 1, jpi
242!
243!      Computation of the maximum light intensity
244!      ------------------------------------------
245!            IF( zstrn(ji,jj) < 1.e0 )   zstrn(ji,jj) = 24.
246!            zstrn(ji,jj) = 24. / zstrn(ji,jj)
247!         END DO
248!      END DO
249
250!CDIR NOVERRCHK
251      DO jk = 1, jpkm1
252!CDIR NOVERRCHK
253         DO jj = 1, jpj
254!CDIR NOVERRCHK
255            DO ji = 1, jpi
256
257               IF( etot(ji,jj,jk) > 1.E-3 ) THEN
258!     Computation of the various production terms for nanophyto.
259!     ----------------------------------------------------------
260                  zetot2 = enano(ji,jj,jk) * zstrn(ji,jj)
261                  zmax = MAX( 0.1, xlimphy(ji,jj,jk) )
262                  zpislopen = zpislopead(ji,jj,jk)          &
263                  &         * trn(ji,jj,jk,jpnch) / ( rtrn + trn(ji,jj,jk,jpphy) * 12.)         &
264                  &         / ( prmax(ji,jj,jk) * rjjss * zmax + rtrn )
265
266                  zprbiochl = prmax(ji,jj,jk) * (  1.- EXP( -zpislopen * zetot2 )  )
267
268                  zprorca(ji,jj,jk) = zprbio(ji,jj,jk)  * xlimphy(ji,jj,jk) * trn(ji,jj,jk,jpphy) * rfact2
269
270                  zpronew(ji,jj,jk) = zprorca(ji,jj,jk) * xnanono3(ji,jj,jk)    &
271                  &             / ( xnanono3(ji,jj,jk) + xnanonh4(ji,jj,jk) + rtrn )
272                  zprod = rjjss * zprorca(ji,jj,jk) * zprbiochl * trn(ji,jj,jk,jpphy) *zmax
273
274                  zprofen(ji,jj,jk) = (fecnm)**2 * zprod / chlcnm            &
275                  &              / (  zpislopead(ji,jj,jk) * zetot2 * trn(ji,jj,jk,jpnfe) + rtrn  )
276
277                  zprochln(ji,jj,jk) = chlcnm * 144. * zprod                  &
278                  &              / (  zpislopead(ji,jj,jk) * zetot2 * trn(ji,jj,jk,jpnch) + rtrn  )
279               ENDIF
280            END DO
281         END DO
282      END DO
283
284!CDIR NOVERRCHK
285      DO jk = 1, jpkm1
286!CDIR NOVERRCHK
287         DO jj = 1, jpj
288!CDIR NOVERRCHK
289            DO ji = 1, jpi
290               IF( etot(ji,jj,jk) > 1.E-3 ) THEN
291!       Computation of the various production terms for diatoms
292!       -------------------------------------------------------
293                  zetot2 = ediat(ji,jj,jk) * zstrn(ji,jj)
294                  zmax = MAX( 0.1, xlimdia(ji,jj,jk) )
295                  zpislope2n = zpislopead2(ji,jj,jk) * trn(ji,jj,jk,jpdch)        &
296                  &           / ( rtrn + trn(ji,jj,jk,jpdia) * 12.)        &
297                  &           / ( prmax(ji,jj,jk) * rjjss * zmax + rtrn )
298
299                  zprdiachl = prmax(ji,jj,jk) * (  1.- EXP( -zetot2 * zpislope2n )  )
300
301                  zprorcad(ji,jj,jk) = zprdia(ji,jj,jk) * xlimdia(ji,jj,jk) * trn(ji,jj,jk,jpdia) * rfact2
302
303                  zpronewd(ji,jj,jk) = zprorcad(ji,jj,jk) * xdiatno3(ji,jj,jk)     &
304                  &              / ( xdiatno3(ji,jj,jk) + xdiatnh4(ji,jj,jk) + rtrn )
305
306                  zprod = rjjss * zprorcad(ji,jj,jk) * zprdiachl * trn(ji,jj,jk,jpdia) * zmax
307
308                  zprofed(ji,jj,jk) = (fecdm)**2 * zprod / chlcdm                   &
309                  &              / ( zpislopead2(ji,jj,jk) * zetot2 * trn(ji,jj,jk,jpdfe) + rtrn )
310
311                  zprochld(ji,jj,jk) = chlcdm * 144. * zprod       &
312                  &              / ( zpislopead2(ji,jj,jk) * zetot2 * trn(ji,jj,jk,jpdch) + rtrn )
313
314               ENDIF
315            END DO
316         END DO
317      END DO
318      !
319
320!
321!   Update the arrays TRA which contain the biological sources and sinks
322!   --------------------------------------------------------------------
323
324      DO jk = 1, jpkm1
325         DO jj = 1, jpj
326           DO ji =1 ,jpi
327              zproreg  = zprorca(ji,jj,jk) - zpronew(ji,jj,jk)
328              zproreg2 = zprorcad(ji,jj,jk) - zpronewd(ji,jj,jk)
329              tra(ji,jj,jk,jppo4) = tra(ji,jj,jk,jppo4) - zprorca(ji,jj,jk) - zprorcad(ji,jj,jk)
330              tra(ji,jj,jk,jpno3) = tra(ji,jj,jk,jpno3) - zpronew(ji,jj,jk) - zpronewd(ji,jj,jk)
331              tra(ji,jj,jk,jpnh4) = tra(ji,jj,jk,jpnh4) - zproreg - zproreg2
332              tra(ji,jj,jk,jpphy) = tra(ji,jj,jk,jpphy) + zprorca(ji,jj,jk) * texcret
333              tra(ji,jj,jk,jpnch) = tra(ji,jj,jk,jpnch) + zprochln(ji,jj,jk) * texcret
334              tra(ji,jj,jk,jpnfe) = tra(ji,jj,jk,jpnfe) + zprofen(ji,jj,jk) * texcret
335              tra(ji,jj,jk,jpdia) = tra(ji,jj,jk,jpdia) + zprorcad(ji,jj,jk) * texcret2
336              tra(ji,jj,jk,jpdch) = tra(ji,jj,jk,jpdch) + zprochld(ji,jj,jk) * texcret2
337              tra(ji,jj,jk,jpdfe) = tra(ji,jj,jk,jpdfe) + zprofed(ji,jj,jk) * texcret2
338              tra(ji,jj,jk,jpbsi) = tra(ji,jj,jk,jpbsi) + zprorcad(ji,jj,jk) * zysopt(ji,jj,jk) * texcret2
339              tra(ji,jj,jk,jpdoc) = tra(ji,jj,jk,jpdoc) + &
340              &                     excret2 * zprorcad(ji,jj,jk) + excret * zprorca(ji,jj,jk)
341              tra(ji,jj,jk,jpoxy) = tra(ji,jj,jk,jpoxy) + o2ut * ( zproreg + zproreg2) &
342              &                    + ( o2ut + o2nit ) * ( zpronew(ji,jj,jk) + zpronewd(ji,jj,jk) )
343              tra(ji,jj,jk,jpfer) = tra(ji,jj,jk,jpfer) &
344              &                     - texcret * zprofen(ji,jj,jk) - texcret2 * zprofed(ji,jj,jk)
345              tra(ji,jj,jk,jpsil) = tra(ji,jj,jk,jpsil) &
346              &                     - texcret2 * zprorcad(ji,jj,jk) * zysopt(ji,jj,jk)
347              tra(ji,jj,jk,jpdic) = tra(ji,jj,jk,jpdic) - zprorca(ji,jj,jk) - zprorcad(ji,jj,jk)
348              tra(ji,jj,jk,jptal) = tra(ji,jj,jk,jptal) &
349              &                    + rno3 * ( zpronew(ji,jj,jk) + zpronewd(ji,jj,jk) )
350          END DO
351        END DO
352     END DO
353
354     ! Total primary production per year
355     DO jk = 1, jpkm1
356        DO jj = 1, jpj
357          DO ji = 1, jpi
358             tpp  = tpp + ( zprorca(ji,jj,jk) + zprorcad(ji,jj,jk) )  &
359#if defined key_off_degrad
360             &              * facvol(ji,jj,jk)   &
361#endif
362             &              * e1t(ji,jj) * e2t(ji,jj) * fse3t(ji,jj,jk) * tmask_i(ji,jj)
363          END DO
364        END DO
365      END DO
366
367      IF( MOD( kt, nspyr ) == 0 ) THEN
368        WRITE(numout,*) 'Total PP :'
369        WRITE(numout,*) '-------------------- : ',tpp * 12. / 1.E12
370        WRITE(numout,*) '(GtC/an)'
371        tpp = 0.
372      ENDIF
373
374#if defined key_trc_dia3d
375      zrfact2 = 1.e3 * rfact2r
376!   Supplementary diagnostics
377!   -------------------------
378      trc3d(:,:,:,4)  = etot(:,:,:)
379      trc3d(:,:,:,5)  = zprorca(:,:,:)  * zrfact2
380      trc3d(:,:,:,6)  = zprorcad(:,:,:) * zrfact2
381      trc3d(:,:,:,7)  = zpronew(:,:,:)  * zrfact2
382      trc3d(:,:,:,8)  = zpronewd(:,:,:) * zrfact2
383      trc3d(:,:,:,9)  = zprorcad(:,:,:) * zysopt(:,:,:) * zrfact2
384      trc3d(:,:,:,10) = zprofed(:,:,:) * zrfact2
385#if ! defined key_kriest
386      trc3d(:,:,:,11) = zprofen(:,:,:) * zrfact2
387#endif
388#endif
389
390       IF(ln_ctl)   THEN  ! print mean trends (used for debugging)
391         WRITE(charout, FMT="('prod')")
392         CALL prt_ctl_trc_info(charout)
393         CALL prt_ctl_trc(tab4d=tra, mask=tmask, clinfo=ctrcnm)
394       ENDIF
395
396   END SUBROUTINE p4z_prod
397
398   SUBROUTINE p4z_prod_init
399
400      !!----------------------------------------------------------------------
401      !!                  ***  ROUTINE p4z_prod_init  ***
402      !!
403      !! ** Purpose :   Initialization of phytoplankton production parameters
404      !!
405      !! ** Method  :   Read the natprod namelist and check the parameters
406      !!      called at the first timestep (nittrc000)
407      !!
408      !! ** input   :   Namelist natprod
409      !!
410      !!----------------------------------------------------------------------
411
412      NAMELIST/natprod/ pislope, pislope2, excret, excret2, chlcnm, chlcdm,   &
413         &              fecnm, fecdm, grosip
414
415      REWIND( numnat )                     ! read numnat
416      READ  ( numnat, natprod )
417
418      IF(lwp) THEN                         ! control print
419         WRITE(numout,*) ' '
420         WRITE(numout,*) ' Namelist parameters for phytoplankton growth, natprod'
421         WRITE(numout,*) ' ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~'
422         WRITE(numout,*) '    mean Si/C ratio                           grosip    =', grosip
423         WRITE(numout,*) '    P-I slope                                 pislope   =', pislope
424         WRITE(numout,*) '    excretion ratio of nanophytoplankton      excret    =', excret
425         WRITE(numout,*) '    excretion ratio of diatoms                excret2   =', excret2
426         WRITE(numout,*) '    P-I slope  for diatoms                    pislope2  =', pislope2
427         WRITE(numout,*) '    Minimum Chl/C in nanophytoplankton        chlcnm    =', chlcnm
428         WRITE(numout,*) '    Minimum Chl/C in diatoms                  chlcdm    =', chlcdm
429         WRITE(numout,*) '    Maximum Fe/C in nanophytoplankton         fecnm     =', fecnm
430         WRITE(numout,*) '    Minimum Fe/C in diatoms                   fecdm     =', fecdm
431      ENDIF
432
433      rpis180   = rpi / 180.
434      texcret   = 1.0 - excret
435      texcret2  = 1.0 - excret2
436
437   END SUBROUTINE p4z_prod_init
438
439
440
441#else
442   !!======================================================================
443   !!  Dummy module :                                   No PISCES bio-model
444   !!======================================================================
445CONTAINS
446   SUBROUTINE p4z_prod                    ! Empty routine
447   END SUBROUTINE p4z_prod
448#endif 
449
450   !!======================================================================
451END MODULE  p4zprod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.