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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 @ 1180

Last change on this file since 1180 was 1180, checked in by cetlod, 16 years ago

update PISCES modules to couple with the sediment model, see ticket:249
  • Property svn:executable set to *
  • Property svn:keywords set to Id
File size: 18.2 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 sms_pisces      !
18   USE prtctl_trc
19   USE p4zopt
20   USE p4zint
21   USE p4zlim
22
23   IMPLICIT NONE
24   PRIVATE
25
26   PUBLIC   p4z_prod    ! called in p4zbio.F90
27
28   !! * Shared module variables
29   REAL(wp), PUBLIC ::   &
30     pislope   = 3.0_wp          ,  &  !:
31     pislope2  = 3.0_wp          ,  &  !:
32     excret    = 10.e-5_wp       , &   !:
33     excret2   = 0.05_wp         , &   !:
34     chlcnm    = 0.033_wp        , &   !:
35     chlcdm    = 0.05_wp         , &   !:
36     fecnm     = 10.E-6_wp       , &   !:
37     fecdm     = 15.E-6_wp       , &   !:
38     grosip    = 0.151_wp
39
40   REAL(wp), PUBLIC, DIMENSION(jpi,jpj,jpk)  ::        &
41     &                   prmax
42   
43   REAL(wp) ::   &
44      texcret                    ,  &  !: 1 - excret
45      texcret2                   ,  &  !: 1 - excret2       
46      rpis180                    ,  &  !: rpi / 180
47      tpp = 0.                         !: Total primary production
48
49   !!* Substitution
50#  include "domzgr_substitute.h90"
51   !!----------------------------------------------------------------------
52   !! NEMO/TOP 2.0 , LOCEAN-IPSL (2007)
53   !! $Id$
54   !! Software governed by the CeCILL licence (modipsl/doc/NEMO_CeCILL.txt)
55   !!----------------------------------------------------------------------
56
57CONTAINS
58
59   SUBROUTINE p4z_prod( kt , jnt )
60      !!---------------------------------------------------------------------
61      !!                     ***  ROUTINE p4z_prod  ***
62      !!
63      !! ** Purpose :   Compute the phytoplankton production depending on
64      !!              light, temperature and nutrient availability
65      !!
66      !! ** Method  : - ???
67      !!---------------------------------------------------------------------
68      INTEGER, INTENT(in) :: kt, jnt
69      INTEGER  ::   ji, jj, jk, nspyr
70      REAL(wp) ::   zsilfac, zfact, zrfact2
71      REAL(wp) ::   zprdiachl, zprbiochl, zsilim, ztn, zadap, zadap2
72      REAL(wp) ::   zlim, zsilfac2, zsiborn, zprod, zetot2, zmax, zproreg, zproreg2
73      REAL(wp) ::   zmxltst, zmxlday, zlim1
74      REAL(wp) ::   zpislopen  , zpislope2n
75      REAL(wp) ::   zrum, zcodel, zargu
76      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj)     ::   zmixnano   , zmixdiat, zstrn
77      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   zpislopead , zpislopead2
78      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   zprdia     , zprbio, zysopt
79      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   zprorca    , zprorcad, zprofed
80      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   zprofen   , zprochln, zprochld
81      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   zpronew    , zpronewd
82      CHARACTER (len=25) :: charout
83      !!---------------------------------------------------------------------
84
85
86      IF( ( kt * jnt ) == nittrc000  )   CALL p4z_prod_init      ! Initialization (first time-step only)
87
88
89      zprorca (:,:,:) = 0.0
90      zprorcad(:,:,:) = 0.0
91      zprofed(:,:,:) = 0.0
92      zprofen(:,:,:) = 0.0
93      zprochln(:,:,:) = 0.0
94      zprochld(:,:,:) = 0.0
95      zpronew (:,:,:) = 0.0
96      zpronewd(:,:,:) = 0.0
97      zprdia  (:,:,:) = 0.0
98      zprbio  (:,:,:) = 0.0
99      zysopt  (:,:,:) = 0.0
100
101      nspyr  = INT( raass / rdt )
102
103
104!     Computation of the optimal production
105!     -------------------------------------
106
107# if defined key_off_degrad
108      prmax(:,:,:) = 0.6 / rjjss * tgfunc(:,:,:) * facvol(:,:,:)
109# else
110      prmax(:,:,:) = 0.6 / rjjss * tgfunc(:,:,:)
111# endif
112
113      ! compute the day length depending on latitude and the day
114      !--------------------------------------------------------
115      IF(lwp) write(numout,*)
116      IF(lwp) write(numout,*) 'p4zday : - Julian day ', nday_year
117      IF(lwp) write(numout,*) '~~~~~~'
118
119      IF( nleapy == 1 .AND. MOD( nyear, 4 ) == 0 ) THEN
120         zrum = FLOAT( nday_year - 80 ) / 366.
121      ELSE
122         zrum = FLOAT( nday_year - 80 ) / 365.
123      ENDIF
124      zcodel = ASIN(  SIN( zrum * rpi * 2. ) * SIN( rpis180 * 23.5 )  )
125
126      ! day length in hours
127      zstrn(:,:) = 0.
128      DO jj = 1, jpj
129         DO ji = 1, jpi
130            zargu = TAN( zcodel ) * TAN( gphit(ji,jj) * rpis180 )
131            zargu = MAX( -1., MIN(  1., zargu ) )
132            zstrn(ji,jj) = MAX( 0.0, 24. - 2. * ACOS( zargu ) / rpis180 / 15. )
133         END DO
134      END DO
135
136
137!CDIR NOVERRCHK
138      DO jk = 1, jpkm1
139!CDIR NOVERRCHK
140         DO jj = 1, jpj
141!CDIR NOVERRCHK
142            DO ji = 1, jpi
143
144!      Computation of the P-I slope for nanos and diatoms
145!      --------------------------------------------------
146                IF( etot(ji,jj,jk) > 1.E-3 ) THEN
147                   ztn    = MAX( 0., tn(ji,jj,jk) - 15. )
148                   zadap  = 0.+ 1.* ztn / ( 2.+ ztn )
149                   zadap2 = 0.e0
150
151                   zfact  = EXP( -0.21 * emoy(ji,jj,jk) )
152
153                   zpislopead (ji,jj,jk) = pislope  * ( 1.+ zadap  * zfact )
154                   zpislopead2(ji,jj,jk) = pislope2 * ( 1.+ zadap2 * zfact )
155
156                   zpislopen = zpislopead(ji,jj,jk) * trn(ji,jj,jk,jpnch)                 &
157                     &         / ( trn(ji,jj,jk,jpphy) * 12.                   + rtrn )   &
158                     &         / ( prmax(ji,jj,jk) * rjjss * xlimphy(ji,jj,jk) + rtrn )
159
160                   zpislope2n = zpislopead2(ji,jj,jk) * trn(ji,jj,jk,jpdch)                &
161                     &          / ( trn(ji,jj,jk,jpdia) * 12.                   + rtrn )   &
162                     &          / ( prmax(ji,jj,jk) * rjjss * xlimdia(ji,jj,jk) + rtrn )
163
164!     Computation of production function
165!     ----------------------------------
166
167                   zprbio(ji,jj,jk) = prmax(ji,jj,jk) * &
168                     &                (  1.- EXP( -zpislopen * enano(ji,jj,jk) )  )
169                   zprdia(ji,jj,jk) = prmax(ji,jj,jk) * &
170                     &                (  1.- EXP( -zpislope2n * ediat(ji,jj,jk) )  )
171               ENDIF
172            END DO
173         END DO
174      END DO
175
176
177      DO jk = 1, jpkm1
178         DO jj = 1, jpj
179            DO ji = 1, jpi
180
181                IF( etot(ji,jj,jk) > 1.E-3 ) THEN
182!    Si/C of diatoms
183!    ------------------------
184!    Si/C increases with iron stress and silicate availability
185!    Si/C is arbitrariliy increased for very high Si concentrations
186!    to mimic the very high ratios observed in the Southern Ocean (silpot2)
187
188                  zlim1  = trn(ji,jj,jk,jpsil) / ( trn(ji,jj,jk,jpsil) + xksi1 )
189                  zlim   = xdiatno3(ji,jj,jk) + xdiatnh4(ji,jj,jk)
190
191                  zsilim = MIN( zprdia(ji,jj,jk)    / ( rtrn + prmax(ji,jj,jk) ),                 &
192                  &          trn(ji,jj,jk,jpfer) / ( concdfe(ji,jj,jk) + trn(ji,jj,jk,jpfer) ),   &
193                  &          trn(ji,jj,jk,jppo4) / ( concdnh4 + trn(ji,jj,jk,jppo4) ),            &
194                  &          zlim )
195                  zsilfac = 5.4 * EXP( -4.23 * zsilim ) * MAX( 0.e0, MIN( 1., 2.2 * ( zlim1 - 0.5 ) )  ) + 1.e0
196                  zsiborn = MAX( 0.e0, ( trn(ji,jj,jk,jpsil) - 15.e-6 ) )
197                  zsilfac2 = 1.+ 3.* zsiborn / ( zsiborn + xksi2 )
198                  zsilfac = MIN( 6.4,zsilfac * zsilfac2)
199                  zysopt(ji,jj,jk) = grosip * zlim1 * zsilfac
200
201              ENDIF
202            END DO
203         END DO
204      END DO
205
206!    Computation of the limitation term due to
207!    A mixed layer deeper than the euphotic depth
208!    --------------------------------------------
209
210      DO jj = 1, jpj
211         DO ji = 1, jpi
212            zmxltst = MAX( 0.e0, hmld(ji,jj) - heup(ji,jj) )
213            zmxlday = zmxltst**2 / rjjss
214            zmixnano(ji,jj) = 1.- zmxlday / ( 1.+ zmxlday )
215            zmixdiat(ji,jj) = 1.- zmxlday / ( 3.+ zmxlday )
216         END DO
217      END DO
218                                                                               
219      DO jk = 1, jpkm1
220         DO jj = 1, jpj
221            DO ji = 1, jpi
222               IF( fsdepw(ji,jj,jk+1) <= hmld(ji,jj) ) THEN
223
224!     Mixed-layer effect on production
225!     --------------------------------
226                  zprbio(ji,jj,jk) = zprbio(ji,jj,jk) * zmixnano(ji,jj)
227                  zprdia(ji,jj,jk) = zprdia(ji,jj,jk) * zmixdiat(ji,jj)
228               ENDIF
229            END DO
230         END DO
231      END DO
232
233!     Computation of the fractionnal day length
234!     -----------------------------------------
235!      zstrn(:,:) = strn(:,:)
236
237      WHERE( zstrn(:,:) < 1.e0 ) zstrn(:,:) = 24.
238      zstrn(:,:) = 24. / zstrn(:,:)
239!      DO jj = 1, jpj
240!         DO ji = 1, jpi
241!
242!      Computation of the maximum light intensity
243!      ------------------------------------------
244!            IF( zstrn(ji,jj) < 1.e0 )   zstrn(ji,jj) = 24.
245!            zstrn(ji,jj) = 24. / zstrn(ji,jj)
246!         END DO
247!      END DO
248
249!CDIR NOVERRCHK
250      DO jk = 1, jpkm1
251!CDIR NOVERRCHK
252         DO jj = 1, jpj
253!CDIR NOVERRCHK
254            DO ji = 1, jpi
255
256               IF( etot(ji,jj,jk) > 1.E-3 ) THEN
257!     Computation of the various production terms for nanophyto.
258!     ----------------------------------------------------------
259                  zetot2 = enano(ji,jj,jk) * zstrn(ji,jj)
260                  zmax = MAX( 0.1, xlimphy(ji,jj,jk) )
261                  zpislopen = zpislopead(ji,jj,jk)          &
262                  &         * trn(ji,jj,jk,jpnch) / ( rtrn + trn(ji,jj,jk,jpphy) * 12.)         &
263                  &         / ( prmax(ji,jj,jk) * rjjss * zmax + rtrn )
264
265                  zprbiochl = prmax(ji,jj,jk) * (  1.- EXP( -zpislopen * zetot2 )  )
266
267                  zprorca(ji,jj,jk) = zprbio(ji,jj,jk)  * xlimphy(ji,jj,jk) * trn(ji,jj,jk,jpphy) * rfact2
268
269                  zpronew(ji,jj,jk) = zprorca(ji,jj,jk) * xnanono3(ji,jj,jk)    &
270                  &             / ( xnanono3(ji,jj,jk) + xnanonh4(ji,jj,jk) + rtrn )
271                  zprod = rjjss * zprorca(ji,jj,jk) * zprbiochl * trn(ji,jj,jk,jpphy) *zmax
272
273                  zprofen(ji,jj,jk) = (fecnm)**2 * zprod / chlcnm            &
274                  &              / (  zpislopead(ji,jj,jk) * zetot2 * trn(ji,jj,jk,jpnfe) + rtrn  )
275
276                  zprochln(ji,jj,jk) = chlcnm * 144. * zprod                  &
277                  &              / (  zpislopead(ji,jj,jk) * zetot2 * trn(ji,jj,jk,jpnch) + rtrn  )
278               ENDIF
279            END DO
280         END DO
281      END DO
282
283!CDIR NOVERRCHK
284      DO jk = 1, jpkm1
285!CDIR NOVERRCHK
286         DO jj = 1, jpj
287!CDIR NOVERRCHK
288            DO ji = 1, jpi
289               IF( etot(ji,jj,jk) > 1.E-3 ) THEN
290!       Computation of the various production terms for diatoms
291!       -------------------------------------------------------
292                  zetot2 = ediat(ji,jj,jk) * zstrn(ji,jj)
293                  zmax = MAX( 0.1, xlimdia(ji,jj,jk) )
294                  zpislope2n = zpislopead2(ji,jj,jk) * trn(ji,jj,jk,jpdch)        &
295                  &           / ( rtrn + trn(ji,jj,jk,jpdia) * 12.)        &
296                  &           / ( prmax(ji,jj,jk) * rjjss * zmax + rtrn )
297
298                  zprdiachl = prmax(ji,jj,jk) * (  1.- EXP( -zetot2 * zpislope2n )  )
299
300                  zprorcad(ji,jj,jk) = zprdia(ji,jj,jk) * xlimdia(ji,jj,jk) * trn(ji,jj,jk,jpdia) * rfact2
301
302                  zpronewd(ji,jj,jk) = zprorcad(ji,jj,jk) * xdiatno3(ji,jj,jk)     &
303                  &              / ( xdiatno3(ji,jj,jk) + xdiatnh4(ji,jj,jk) + rtrn )
304
305                  zprod = rjjss * zprorcad(ji,jj,jk) * zprdiachl * trn(ji,jj,jk,jpdia) * zmax
306
307                  zprofed(ji,jj,jk) = (fecdm)**2 * zprod / chlcdm                   &
308                  &              / ( zpislopead2(ji,jj,jk) * zetot2 * trn(ji,jj,jk,jpdfe) + rtrn )
309
310                  zprochld(ji,jj,jk) = chlcdm * 144. * zprod       &
311                  &              / ( zpislopead2(ji,jj,jk) * zetot2 * trn(ji,jj,jk,jpdch) + rtrn )
312
313               ENDIF
314            END DO
315         END DO
316      END DO
317      !
318
319!
320!   Update the arrays TRA which contain the biological sources and sinks
321!   --------------------------------------------------------------------
322
323      DO jk = 1, jpkm1
324         DO jj = 1, jpj
325           DO ji =1 ,jpi
326              zproreg  = zprorca(ji,jj,jk) - zpronew(ji,jj,jk)
327              zproreg2 = zprorcad(ji,jj,jk) - zpronewd(ji,jj,jk)
328              tra(ji,jj,jk,jppo4) = tra(ji,jj,jk,jppo4) - zprorca(ji,jj,jk) - zprorcad(ji,jj,jk)
329              tra(ji,jj,jk,jpno3) = tra(ji,jj,jk,jpno3) - zpronew(ji,jj,jk) - zpronewd(ji,jj,jk)
330              tra(ji,jj,jk,jpnh4) = tra(ji,jj,jk,jpnh4) - zproreg - zproreg2
331              tra(ji,jj,jk,jpphy) = tra(ji,jj,jk,jpphy) + zprorca(ji,jj,jk) * texcret
332              tra(ji,jj,jk,jpnch) = tra(ji,jj,jk,jpnch) + zprochln(ji,jj,jk) * texcret
333              tra(ji,jj,jk,jpnfe) = tra(ji,jj,jk,jpnfe) + zprofen(ji,jj,jk) * texcret
334              tra(ji,jj,jk,jpdia) = tra(ji,jj,jk,jpdia) + zprorcad(ji,jj,jk) * texcret2
335              tra(ji,jj,jk,jpdch) = tra(ji,jj,jk,jpdch) + zprochld(ji,jj,jk) * texcret2
336              tra(ji,jj,jk,jpdfe) = tra(ji,jj,jk,jpdfe) + zprofed(ji,jj,jk) * texcret2
337              tra(ji,jj,jk,jpbsi) = tra(ji,jj,jk,jpbsi) + zprorcad(ji,jj,jk) * zysopt(ji,jj,jk) * texcret2
338              tra(ji,jj,jk,jpdoc) = tra(ji,jj,jk,jpdoc) + &
339              &                     excret2 * zprorcad(ji,jj,jk) + excret * zprorca(ji,jj,jk)
340              tra(ji,jj,jk,jpoxy) = tra(ji,jj,jk,jpoxy) + o2ut * ( zproreg + zproreg2) &
341              &                    + ( o2ut + o2nit ) * ( zpronew(ji,jj,jk) + zpronewd(ji,jj,jk) )
342              tra(ji,jj,jk,jpfer) = tra(ji,jj,jk,jpfer) &
343              &                     - texcret * zprofen(ji,jj,jk) - texcret2 * zprofed(ji,jj,jk)
344              tra(ji,jj,jk,jpsil) = tra(ji,jj,jk,jpsil) &
345              &                     - texcret2 * zprorcad(ji,jj,jk) * zysopt(ji,jj,jk)
346              tra(ji,jj,jk,jpdic) = tra(ji,jj,jk,jpdic) - zprorca(ji,jj,jk) - zprorcad(ji,jj,jk)
347              tra(ji,jj,jk,jptal) = tra(ji,jj,jk,jptal) &
348              &                    + rno3 * ( zpronew(ji,jj,jk) + zpronewd(ji,jj,jk) )
349          END DO
350        END DO
351     END DO
352
353     ! Total primary production per year
354     DO jk = 1, jpkm1
355        DO jj = 1, jpj
356          DO ji = 1, jpi
357             tpp  = tpp + ( zprorca(ji,jj,jk) + zprorcad(ji,jj,jk) )  &
358#if defined key_off_degrad
359             &              * facvol(ji,jj,jk)   &
360#endif
361             &              * e1t(ji,jj) * e2t(ji,jj) * fse3t(ji,jj,jk) * tmask_i(ji,jj)
362          END DO
363        END DO
364      END DO
365
366      IF( MOD( kt, nspyr ) == 0 ) THEN
367        WRITE(numout,*) 'Total PP :'
368        WRITE(numout,*) '-------------------- : ',tpp * 12. / 1.E12
369        WRITE(numout,*) '(GtC/an)'
370        tpp = 0.
371      ENDIF
372
373#if defined key_trc_dia3d
374      zrfact2 = 1.e3 * rfact2r
375!   Supplementary diagnostics
376!   -------------------------
377      trc3d(:,:,:,jp_pcs0_3d + 3)  = etot(:,:,:)
378      trc3d(:,:,:,jp_pcs0_3d + 4)  = zprorca(:,:,:)  * zrfact2
379      trc3d(:,:,:,jp_pcs0_3d + 5)  = zprorcad(:,:,:) * zrfact2
380      trc3d(:,:,:,jp_pcs0_3d + 6)  = zpronew(:,:,:)  * zrfact2
381      trc3d(:,:,:,jp_pcs0_3d + 7)  = zpronewd(:,:,:) * zrfact2
382      trc3d(:,:,:,jp_pcs0_3d + 8)  = zprorcad(:,:,:) * zysopt(:,:,:) * zrfact2
383      trc3d(:,:,:,jp_pcs0_3d + 9) = zprofed(:,:,:) * zrfact2
384#if ! defined key_kriest
385      trc3d(:,:,:,jp_pcs0_3d + 10) = zprofen(:,:,:) * zrfact2
386#endif
387#endif
388
389       IF(ln_ctl)   THEN  ! print mean trends (used for debugging)
390         WRITE(charout, FMT="('prod')")
391         CALL prt_ctl_trc_info(charout)
392         CALL prt_ctl_trc(tab4d=tra, mask=tmask, clinfo=ctrcnm)
393       ENDIF
394
395   END SUBROUTINE p4z_prod
396
397   SUBROUTINE p4z_prod_init
398
399      !!----------------------------------------------------------------------
400      !!                  ***  ROUTINE p4z_prod_init  ***
401      !!
402      !! ** Purpose :   Initialization of phytoplankton production parameters
403      !!
404      !! ** Method  :   Read the nampisprod namelist and check the parameters
405      !!      called at the first timestep (nittrc000)
406      !!
407      !! ** input   :   Namelist nampisprod
408      !!
409      !!----------------------------------------------------------------------
410
411      NAMELIST/nampisprod/ pislope, pislope2, excret, excret2, chlcnm, chlcdm,   &
412         &              fecnm, fecdm, grosip
413
414      REWIND( numnat )                     ! read numnat
415      READ  ( numnat, nampisprod )
416
417      IF(lwp) THEN                         ! control print
418         WRITE(numout,*) ' '
419         WRITE(numout,*) ' Namelist parameters for phytoplankton growth, nampisprod'
420         WRITE(numout,*) ' ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~'
421         WRITE(numout,*) '    mean Si/C ratio                           grosip    =', grosip
422         WRITE(numout,*) '    P-I slope                                 pislope   =', pislope
423         WRITE(numout,*) '    excretion ratio of nanophytoplankton      excret    =', excret
424         WRITE(numout,*) '    excretion ratio of diatoms                excret2   =', excret2
425         WRITE(numout,*) '    P-I slope  for diatoms                    pislope2  =', pislope2
426         WRITE(numout,*) '    Minimum Chl/C in nanophytoplankton        chlcnm    =', chlcnm
427         WRITE(numout,*) '    Minimum Chl/C in diatoms                  chlcdm    =', chlcdm
428         WRITE(numout,*) '    Maximum Fe/C in nanophytoplankton         fecnm     =', fecnm
429         WRITE(numout,*) '    Minimum Fe/C in diatoms                   fecdm     =', fecdm
430      ENDIF
431
432      rpis180   = rpi / 180.
433      texcret   = 1.0 - excret
434      texcret2  = 1.0 - excret2
435
436   END SUBROUTINE p4z_prod_init
437
438
439
440#else
441   !!======================================================================
442   !!  Dummy module :                                   No PISCES bio-model
443   !!======================================================================
444CONTAINS
445   SUBROUTINE p4z_prod                    ! Empty routine
446   END SUBROUTINE p4z_prod
447#endif 
448
449   !!======================================================================
450END MODULE  p4zprod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.