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.
p4zsink.F90 in trunk/NEMO/TOP_SRC/PISCES – NEMO

source: trunk/NEMO/TOP_SRC/PISCES/p4zsink.F90 @ 1075

Last change on this file since 1075 was 1073, checked in by cetlod, 16 years ago

update PISCES model, see ticket:190

  • Property svn:executable set to *
File size: 28.0 KB
Line 
1MODULE p4zsink
2   !!======================================================================
3   !!                         ***  MODULE p4zsink  ***
4   !! TOP :   PISCES Compute vertical flux of particulate matter due to gravitational sinking
5   !!======================================================================
6   !! History :   1.0  !  2004     (O. Aumont) Original code
7   !!             2.0  !  2007-12  (C. Ethe, G. Madec)  F90
8#if defined key_pisces
9   !!----------------------------------------------------------------------
10   !!   p4z_sink       :  Compute vertical flux of particulate matter due to gravitational sinking
11   !!----------------------------------------------------------------------
12   USE trc
13   USE oce_trc         !
14   USE trp_trc
15   USE sms_pisces
16   USE prtctl_trc
17
18
19   IMPLICIT NONE
20   PRIVATE
21
22   PUBLIC   p4z_sink    ! called in p4zbio.F90
23
24   !! * Shared module variables
25   REAL(wp), PUBLIC, DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   &   !:
26     wsbio3, wsbio4,      &    !: POC and GOC sinking speeds
27     wscal                     !: Calcite and BSi sinking speeds
28
29   !! * Module variables
30   REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   &   !:
31     sinking, sinking2,   &    !: POC sinking fluxes (different meanings depending on the parameterization
32     sinkcal, sinksil,    &    !: CaCO3 and BSi sinking fluxes
33     sinkfer                   !: Small BFe sinking flux
34
35#if  defined key_kriest
36   REAL(wp)          ::       &   
37      xkr_sfact    = 250.  ,  &   !: Sinking factor
38      xkr_stick    = 0.2   ,  &   !: Stickiness
39      xkr_nnano    = 2.337 ,  &   !: Nbr of cell in nano size class
40      xkr_ndiat    = 3.718 ,  &   !: Nbr of cell in diatoms size class
41      xkr_nmeso    = 7.147 ,  &   !: Nbr of cell in mesozoo  size class
42      xkr_naggr    = 9.877        !: Nbr of cell in aggregates  size class
43
44   REAL(wp)          ::       &   
45      xkr_frac
46
47   REAL(wp), PUBLIC ::        &
48      xkr_dnano            ,  &   !: Size of particles in nano pool
49      xkr_ddiat            ,  &   !: Size of particles in diatoms pool
50      xkr_dmeso            ,  &   !: Size of particles in mesozoo pool
51      xkr_daggr            ,  &   !: Size of particles in aggregates pool
52      xkr_wsbio_min        ,  &   !: min vertical particle speed
53      xkr_wsbio_max               !: max vertical particle speed
54
55   REAL(wp), PUBLIC, DIMENSION(jpk) ::   &   !:
56      xnumm                       !:     maximum number of particles in aggregates
57
58#endif
59
60#if ! defined key_kriest
61   REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   &   !:
62     sinkfer2                  !: Big Fe sinking flux
63#endif 
64
65   !!* Substitution
66#  include "domzgr_substitute.h90"
67   !!----------------------------------------------------------------------
68   !! NEMO/TOP 2.0 , LOCEAN-IPSL (2007)
69   !! $Header:$
70   !! Software governed by the CeCILL licence (modipsl/doc/NEMO_CeCILL.txt)
71   !!----------------------------------------------------------------------
72
73CONTAINS
74
75#if defined key_kriest
76
77   SUBROUTINE p4z_sink ( kt, jnt )
78      !!---------------------------------------------------------------------
79      !!                ***  ROUTINE p4z_sink  ***
80      !!
81      !! ** Purpose :   Compute vertical flux of particulate matter due to
82      !!              gravitational sinking - Kriest parameterization
83      !!
84      !! ** Method  : - ???
85      !!---------------------------------------------------------------------
86
87      INTEGER, INTENT(in) :: kt, jnt
88      INTEGER  :: ji, jj, jk
89      INTEGER  :: iksed
90      REAL(wp) :: zagg1, zagg2, zagg3, zagg4, zagg5, zaggsi, zaggsh
91      REAL(wp) :: zagg , zaggdoc, znumdoc
92      REAL(wp) :: znum , zeps, zfm, zgm, zsm
93      REAL(wp) :: zdiv , zdiv1, zdiv2, zdiv3, zdiv4, zdiv5
94      REAL(wp) :: zval1, zval2, zval3, zval4
95      REAL(wp) :: zstep
96#if defined key_trc_dia3d
97      REAL(wp) ::   zrfact2
98#endif
99      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   znum3d
100      CHARACTER (len=25) :: charout
101
102      !!---------------------------------------------------------------------
103
104      IF( ( kt * jnt ) == nittrc000  )   CALL p4z_sink_init   ! Initialization (first time-step only)
105
106       zstep = rfact2 / rjjss      ! Time step duration for biology
107
108
109!     Initialisation of variables used to compute Sinking Speed
110!     ---------------------------------------------------------
111
112       znum3d(:,:,:) = 0.e0
113       iksed = 10
114       zval1 = 1. + xkr_zeta
115       zval2 = 1. + xkr_zeta + xkr_eta
116       zval3 = 1. + xkr_eta
117
118!     Computation of the vertical sinking speed : Kriest et Evans, 2000
119!     -----------------------------------------------------------------
120
121      DO jk = 1, jpkm1
122         DO jj = 1, jpj
123            DO ji = 1, jpi
124               IF( tmask(ji,jj,jk) /= 0.e0 ) THEN
125                  znum = trn(ji,jj,jk,jppoc) / ( trn(ji,jj,jk,jpnum) + rtrn ) / xkr_massp
126! -------------- To avoid sinking speed over 50 m/day -------
127                  znum  = MIN( xnumm(jk), znum )
128                  znum  = MAX( 1.1      , znum )
129                  znum3d(ji,jj,jk) = znum
130!------------------------------------------------------------
131                  zeps  = ( zval1 * znum - 1. )/ ( znum - 1. )
132                  zfm   = xkr_frac**( 1. - zeps )
133                  zgm   = xkr_frac**( zval1 - zeps )
134                  zdiv  = MAX( 1.e-4, ABS( zeps - zval2 ) ) * SIGN( 1., ( zeps - zval2 ) )
135                  zdiv1 = zeps - zval3
136                  wsbio3(ji,jj,jk) = xkr_wsbio_min * ( zeps - zval1 ) / zdiv    &
137     &                             - xkr_wsbio_max *   zgm * xkr_eta  / zdiv
138                  wsbio4(ji,jj,jk) = xkr_wsbio_min *   ( zeps-1. )    / zdiv1   &
139     &                             - xkr_wsbio_max *   zfm * xkr_eta  / zdiv1
140                  IF( znum == 1.1)   wsbio3(ji,jj,jk) = wsbio4(ji,jj,jk)
141               ENDIF
142            END DO
143         END DO
144      END DO
145
146      wscal(:,:,:) = MAX( wsbio3(:,:,:), 50. )
147
148
149!   INITIALIZE TO ZERO ALL THE SINKING ARRAYS
150!   -----------------------------------------
151
152      sinking (:,:,:) = 0.e0
153      sinking2(:,:,:) = 0.e0
154      sinkcal (:,:,:) = 0.e0
155      sinkfer (:,:,:) = 0.e0
156      sinksil (:,:,:) = 0.e0
157
158!   Compute the sedimentation term using p4zsink2 for all
159!   the sinking particles
160!   -----------------------------------------------------
161
162      CALL p4z_sink2( wsbio3, sinking , jppoc )
163      CALL p4z_sink2( wsbio4, sinking2, jpnum )
164      CALL p4z_sink2( wsbio3, sinkfer , jpsfe )
165      CALL p4z_sink2( wscal , sinksil , jpdsi )
166      CALL p4z_sink2( wscal , sinkcal , jpcal )
167
168!  Exchange between organic matter compartments due to
169!  coagulation/disaggregation
170!  ---------------------------------------------------
171
172      zval1 = 1. + xkr_zeta
173      zval2 = 1. + xkr_eta
174      zval3 = 3. + xkr_eta
175      zval4 = 4. + xkr_eta
176
177      DO jk = 1,jpkm1
178         DO jj = 1,jpj
179            DO ji = 1,jpi
180               IF( tmask(ji,jj,jk) /= 0.e0 ) THEN
181
182                  znum = trn(ji,jj,jk,jppoc)/(trn(ji,jj,jk,jpnum)+rtrn) / xkr_massp
183! -------------- To avoid sinking speed over 50 m/day -------
184                  znum  = min(xnumm(jk),znum)
185                  znum  = MAX( 1.1,znum)
186!------------------------------------------------------------
187                  zeps  = ( zval1 * znum - 1.) / ( znum - 1.)
188                  zdiv  = MAX( 1.e-4, ABS( zeps - zval3) ) * SIGN( 1., zeps - zval3 )
189                  zdiv1 = MAX( 1.e-4, ABS( zeps - 4.   ) ) * SIGN( 1., zeps - 4.    )
190                  zdiv2 = zeps - 2.
191                  zdiv3 = zeps - 3.
192                  zdiv4 = zeps - zval2
193                  zdiv5 = 2.* zeps - zval4
194                  zfm   = xkr_frac**( 1.- zeps )
195                  zsm   = xkr_frac**xkr_eta
196
197!    Part I : Coagulation dependant on turbulence
198!    ----------------------------------------------
199
200                  zagg1 = ( 0.163 * trn(ji,jj,jk,jpnum)**2               &
201                     &            * 2.*( (zfm-1.)*(zfm*xkr_mass_max**3-xkr_mass_min**3)    &
202                     &            * (zeps-1)/zdiv1 + 3.*(zfm*xkr_mass_max-xkr_mass_min)    &
203                     &            * (zfm*xkr_mass_max**2-xkr_mass_min**2)                  &
204                     &            * (zeps-1.)**2/(zdiv2*zdiv3))            &
205# if defined key_off_degrad
206                     &                 *facvol(ji,jj,jk)       &
207# endif
208                     &    )
209
210                  zagg2 = (  2*0.163*trn(ji,jj,jk,jpnum)**2*zfm*                       &
211                     &                   ((xkr_mass_max**3+3.*(xkr_mass_max**2          &
212                     &                    *xkr_mass_min*(zeps-1.)/zdiv2                 &
213                     &                    +xkr_mass_max*xkr_mass_min**2*(zeps-1.)/zdiv3)    &
214                     &                    +xkr_mass_min**3*(zeps-1)/zdiv1)                  &
215                     &                    -zfm*xkr_mass_max**3*(1.+3.*((zeps-1.)/           &
216                     &                    (zeps-2.)+(zeps-1.)/zdiv3)+(zeps-1.)/zdiv1))      &
217#    if defined key_off_degrad
218                     &                 *facvol(ji,jj,jk)             &
219#    endif
220                     &    )
221
222                  zagg3 = (  0.163*trn(ji,jj,jk,jpnum)**2*zfm**2*8. * xkr_mass_max**3   &
223#    if defined key_off_degrad
224                     &                 *facvol(ji,jj,jk)             &
225#    endif
226                     &    )
227
228                  zaggsh = ( zagg1 + zagg2 + zagg3 ) * rfact2 * xdiss(ji,jj,jk) / 1000.
229
230!    Aggregation of small into large particles
231!    Part II : Differential settling
232!    ----------------------------------------------
233
234                  zagg4 = (  2.*3.141*0.125*trn(ji,jj,jk,jpnum)**2*                       &
235                     &                 xkr_wsbio_min*(zeps-1.)**2                         &
236                     &                 *(xkr_mass_min**2*((1.-zsm*zfm)/(zdiv3*zdiv4)      &
237                     &                 -(1.-zfm)/(zdiv*(zeps-1.)))-                       &
238                     &                 ((zfm*zfm*xkr_mass_max**2*zsm-xkr_mass_min**2)     &
239                     &                 *xkr_eta)/(zdiv*zdiv3*zdiv5) )                     &
240# if defined key_off_degrad
241                     &                 *facvol(ji,jj,jk)        &
242# endif
243                     &    )
244
245                  zagg5 = (  2.*3.141*0.125*trn(ji,jj,jk,jpnum)**2                         &
246                     &                 *(zeps-1.)*zfm*xkr_wsbio_min                        &
247                     &                 *(zsm*(xkr_mass_min**2-zfm*xkr_mass_max**2)         &
248                     &                 /zdiv3-(xkr_mass_min**2-zfm*zsm*xkr_mass_max**2)    &
249                     &                 /zdiv)                   &
250# if defined key_off_degrad
251                     &                 *facvol(ji,jj,jk)        &
252# endif
253                     &    )
254
255                  zaggsi = ( zagg4 + zagg5 ) * zstep / 10.
256
257                  zagg = 0.5 * xkr_stick * ( zaggsh + zaggsi )
258
259!     Aggregation of DOC to small particles
260!     --------------------------------------
261
262                  zaggdoc = ( 0.4 * trn(ji,jj,jk,jpdoc)               &
263                     &        + 1018.  * trn(ji,jj,jk,jppoc)  ) * zstep    &
264# if defined key_off_degrad
265                     &        * facvol(ji,jj,jk)                              &
266# endif
267                     &        * xdiss(ji,jj,jk) * trn(ji,jj,jk,jpdoc)
268
269                  znumdoc = trn(ji,jj,jk,jpnum) / ( trn(ji,jj,jk,jppoc) + rtrn )
270                  tra(ji,jj,jk,jppoc) = tra(ji,jj,jk,jppoc) + zaggdoc
271                  tra(ji,jj,jk,jpnum) = tra(ji,jj,jk,jpnum) + zaggdoc * znumdoc - zagg
272                  tra(ji,jj,jk,jpdoc) = tra(ji,jj,jk,jpdoc) - zaggdoc
273
274               ENDIF
275            END DO
276         END DO
277      END DO
278
279#    if defined key_trc_dia3d
280      zrfact2 = 1.e3 * rfact2r
281      trc2d(:,:, 5)   = sinking (:,:,iksed+1) * zrfact2
282      trc2d(:,:, 6)   = sinking2(:,:,iksed+1) * zrfact2
283      trc2d(:,:, 7)   = sinkfer (:,:,iksed+1) * zrfact2
284      trc2d(:,:, 9)   = sinksil (:,:,iksed+1) * zrfact2
285      trc2d(:,:,10)   = sinkcal (:,:,iksed+1) * zrfact2
286      trc3d(:,:,:,12) = sinking (:,:,:)       * zrfact2
287      trc3d(:,:,:,13) = sinking2(:,:,:)       * zrfact2
288      trc3d(:,:,:,14) = sinksil (:,:,:)       * zrfact2
289      trc3d(:,:,:,15) = sinkcal (:,:,:)       * zrfact2
290      trc3d(:,:,:,16) = znum3d  (:,:,:)
291      trc3d(:,:,:,17) = wsbio3  (:,:,:)
292      trc3d(:,:,:,18) = wsbio4  (:,:,:)
293#    endif
294      !
295       IF(ln_ctl)   THEN  ! print mean trends (used for debugging)
296         WRITE(charout, FMT="('sink')")
297         CALL prt_ctl_trc_info(charout)
298         CALL prt_ctl_trc(tab4d=tra, mask=tmask, clinfo=ctrcnm)
299       ENDIF
300
301   END SUBROUTINE p4z_sink
302
303   SUBROUTINE p4z_sink_init
304      !!----------------------------------------------------------------------
305      !!                  ***  ROUTINE p4z_sink_init  ***
306      !!
307      !! ** Purpose :   Initialization of sinking parameters
308      !!                Kriest parameterization only
309      !!
310      !! ** Method  :   Read the natkriest namelist and check the parameters
311      !!      called at the first timestep (nittrc000)
312      !!
313      !! ** input   :   Namelist natkriest
314      !!
315      !!----------------------------------------------------------------------
316      INTEGER  ::   jk, jn, kiter
317      REAL(wp) ::   znum, zdiv
318      REAL(wp) ::   zws, zwr, zwl,wmax, znummax
319      REAL(wp) ::   zmin, zmax, zl, zr, xacc
320
321      NAMELIST/natkrsize/ xkr_sfact, xkr_stick ,  &
322         &                xkr_nnano, xkr_ndiat, xkr_nmeso, xkr_naggr
323
324      !!----------------------------------------------------------------------
325      !                               ! natkriest : kriest parameters
326      !                               ! -----------------------------
327      REWIND( numnat )                     ! read natkriest
328      READ  ( numnat, natkrsize )
329
330      IF(lwp) THEN
331         WRITE(numout,*)
332         WRITE(numout,*) ' Namelist : natkrsize'
333         WRITE(numout,*) '    Sinking factor                           xkr_sfact    = ', xkr_sfact
334         WRITE(numout,*) '    Stickiness                               xkr_stick    = ', xkr_stick
335         WRITE(numout,*) '    Nbr of cell in nano size class           xkr_nnano    = ', xkr_nnano
336         WRITE(numout,*) '    Nbr of cell in diatoms size class        xkr_ndiat    = ', xkr_ndiat
337         WRITE(numout,*) '    Nbr of cell in mesozoo size class        xkr_nmeso    = ', xkr_nmeso
338         WRITE(numout,*) '    Nbr of cell in aggregates size class     xkr_naggr    = ', xkr_naggr
339     ENDIF
340
341
342     ! max and min vertical particle speed
343     xkr_wsbio_min = xkr_sfact * xkr_mass_min**xkr_eta
344     xkr_wsbio_max = xkr_sfact * xkr_mass_max**xkr_eta
345     WRITE(numout,*) ' max and min vertical particle speed ', xkr_wsbio_min, xkr_wsbio_max
346
347     !
348     !    effect of the sizes of the different living pools on particle numbers
349     !    nano = 2um-20um -> mean size=6.32 um -> ws=2.596 -> xnum=xnnano=2.337
350     !    diat and microzoo = 10um-200um -> 44.7 -> 8.732 -> xnum=xndiat=3.718
351     !    mesozoo = 200um-2mm -> 632.45 -> 45.14 -> xnum=xnmeso=7.147
352     !    aggregates = 200um-10mm -> 1414 -> 74.34 -> xnum=xnaggr=9.877
353     !    doc aggregates = 1um
354     ! ----------------------------------------------------------
355
356     xkr_dnano = 1. / ( xkr_massp * xkr_nnano )
357     xkr_ddiat = 1. / ( xkr_massp * xkr_ndiat )
358     xkr_dmeso = 1. / ( xkr_massp * xkr_nmeso )
359     xkr_daggr = 1. / ( xkr_massp * xkr_naggr )
360
361      !!---------------------------------------------------------------------
362      !!    'key_kriest'                                                  ???
363      !!---------------------------------------------------------------------
364      !  COMPUTATION OF THE VERTICAL PROFILE OF MAXIMUM SINKING SPEED
365      !  Search of the maximum number of particles in aggregates for each k-level.
366      !  Bissection Method
367      !--------------------------------------------------------------------
368      WRITE(numout,*)
369      WRITE(numout,*)'    kriest : Compute maximum number of particles in aggregates'
370
371      xacc     =  0.001
372      kiter    = 50
373      zmin     =  1.10
374      zmax     = xkr_mass_max / xkr_mass_min
375      xkr_frac = zmax
376
377      DO jk = 1,jpk
378         zl = zmin
379         zr = zmax
380         wmax = 0.5 * fse3t(1,1,jk) * rjjss / rfact2
381         zdiv = xkr_zeta + xkr_eta - xkr_eta * zl
382         znum = zl - 1.
383         zwl =  xkr_wsbio_min * xkr_zeta / zdiv &
384            & - ( xkr_wsbio_max * xkr_eta * znum * &
385            &     xkr_frac**( -xkr_zeta / znum ) / zdiv ) &
386            & - wmax
387
388         zdiv = xkr_zeta + xkr_eta - xkr_eta * zr
389         znum = zr - 1.
390         zwr =  xkr_wsbio_min * xkr_zeta / zdiv &
391            & - ( xkr_wsbio_max * xkr_eta * znum * &
392            &     xkr_frac**( -xkr_zeta / znum ) / zdiv ) &
393            & - wmax
394iflag:  DO jn = 1, kiter
395           IF( zwl == 0.e0 ) THEN
396              znummax = zl
397           ELSE IF ( zwr == 0.e0 ) THEN
398              znummax = zr
399           ELSE
400              znummax = ( zr + zl ) / 2.
401              zdiv = xkr_zeta + xkr_eta - xkr_eta * znummax
402              znum = znummax - 1.
403              zws =  xkr_wsbio_min * xkr_zeta / zdiv &
404                 & - ( xkr_wsbio_max * xkr_eta * znum * &
405                 &     xkr_frac**( -xkr_zeta / znum ) / zdiv ) &
406                 & - wmax
407              IF( zws * zwl < 0. ) THEN
408                 zr = znummax
409              ELSE
410                 zl = znummax
411              ENDIF
412              zdiv = xkr_zeta + xkr_eta - xkr_eta * zl
413              znum = zl - 1.
414              zwl =  xkr_wsbio_min * xkr_zeta / zdiv &
415                 & - ( xkr_wsbio_max * xkr_eta * znum * &
416                 &     xkr_frac**( -xkr_zeta / znum ) / zdiv ) &
417                 & - wmax
418
419              zdiv = xkr_zeta + xkr_eta - xkr_eta * zr
420              znum = zr - 1.
421              zwr =  xkr_wsbio_min * xkr_zeta / zdiv &
422                 & - ( xkr_wsbio_max * xkr_eta * znum * &
423                 &     xkr_frac**( -xkr_zeta / znum ) / zdiv ) &
424                 & - wmax
425
426              IF ( ABS ( zws )  <= xacc ) EXIT iflag
427
428           ENDIF
429
430        END DO iflag
431
432        xnumm(jk) = znummax
433        WRITE(numout,*) '       jk = ', jk, ' wmax = ', wmax,' xnum max = ', xnumm(jk)
434
435     END DO
436
437  END SUBROUTINE p4z_sink_init
438
439#else
440
441   SUBROUTINE p4z_sink ( kt, jnt )
442      !!---------------------------------------------------------------------
443      !!                     ***  ROUTINE p4z_sink  ***
444      !!
445      !! ** Purpose :   Compute vertical flux of particulate matter due to
446      !!                gravitational sinking
447      !!
448      !! ** Method  : - ???
449      !!---------------------------------------------------------------------
450      INTEGER, INTENT(in) :: kt, jnt
451      INTEGER  ::   ji, jj, jk
452      INTEGER  ::   iksed
453      REAL(wp) ::   zagg1, zagg2, zagg3, zagg4
454      REAL(wp) ::   zagg , zaggfe, zaggdoc, zaggdoc2
455      REAL(wp) ::   zfact, zstep, zwsmax
456#if defined key_trc_dia3d
457      REAL(wp) ::   zrfact2
458#endif
459      CHARACTER (len=25) :: charout
460      !!---------------------------------------------------------------------
461
462       zstep = rfact2 / rjjss      ! Timestep duration for biology
463
464
465!    Sinking speeds of detritus is increased with depth as shown
466!    by data and from the coagulation theory
467!    -----------------------------------------------------------
468
469      iksed = 10
470
471      DO jk = 1, jpkm1
472         DO jj = 1, jpj
473            DO ji=1,jpi
474               zfact = MAX( 0., fsdepw(ji,jj,jk+1)-hmld(ji,jj) ) / 4000.
475               wsbio4(ji,jj,jk) = wsbio2 + ( 200.- wsbio2 ) * zfact
476            END DO
477         END DO
478      END DO
479
480!      LIMIT THE VALUES OF THE SINKING SPEEDS
481!      TO AVOID NUMERICAL INSTABILITIES
482
483      wsbio3(:,:,:) = wsbio
484!
485! OA Below, this is garbage. the ideal would be to find a time-splitting
486! OA algorithm that does not increase the computing cost by too much
487! OA In ROMS, I have included a time-splitting procedure. But it is
488! OA too expensive as the loop is computed globally. Thus, a small e3t
489! OA at one place determines the number of subtimesteps globally
490! OA AWFULLY EXPENSIVE !! Not able to find a better approach. Damned !!
491
492      DO jk = 1,jpkm1
493         DO jj = 1, jpj
494            DO ji = 1, jpi
495               zwsmax = 0.8 * fse3t(ji,jj,jk) / zstep
496               wsbio4(ji,jj,jk) = MIN( wsbio4(ji,jj,jk), zwsmax )
497               wsbio3(ji,jj,jk) = MIN( wsbio3(ji,jj,jk), zwsmax )
498            END DO
499         END DO
500      END DO
501
502      wscal(:,:,:) = wsbio4(:,:,:)
503
504!   INITIALIZE TO ZERO ALL THE SINKING ARRAYS
505!   -----------------------------------------
506
507      sinking (:,:,:) = 0.e0
508      sinking2(:,:,:) = 0.e0
509      sinkcal (:,:,:) = 0.e0
510      sinkfer (:,:,:) = 0.e0
511      sinksil (:,:,:) = 0.e0
512      sinkfer2(:,:,:) = 0.e0
513
514!   Compute the sedimentation term using p4zsink2 for all
515!   the sinking particles
516!   -----------------------------------------------------
517
518      CALL p4z_sink2( wsbio3, sinking , jppoc )
519      CALL p4z_sink2( wsbio3, sinkfer , jpsfe )
520      CALL p4z_sink2( wsbio4, sinking2, jpgoc )
521      CALL p4z_sink2( wsbio4, sinkfer2, jpbfe )
522      CALL p4z_sink2( wsbio4, sinksil , jpdsi )
523      CALL p4z_sink2( wscal , sinkcal , jpcal )
524
525!  Exchange between organic matter compartments due to
526!  coagulation/disaggregation
527!  ---------------------------------------------------
528
529      DO jk = 1, jpkm1
530         DO jj = 1, jpj
531            DO ji = 1, jpi
532               zfact = zstep * xdiss(ji,jj,jk)
533
534!    Part I : Coagulation dependent on turbulence
535!    ----------------------------------------------
536
537# if defined key_off_degrad
538               zagg1 = 940.* zfact * trn(ji,jj,jk,jppoc) * trn(ji,jj,jk,jppoc) * facvol(ji,jj,jk)
539# else
540               zagg1 = 940.* zfact * trn(ji,jj,jk,jppoc) * trn(ji,jj,jk,jppoc)
541# endif
542
543# if defined key_off_degrad
544               zagg2 = 1.054e4 * zfact * trn(ji,jj,jk,jppoc) * trn(ji,jj,jk,jpgoc) * facvol(ji,jj,jk)
545# else
546               zagg2 = 1.054e4 * zfact * trn(ji,jj,jk,jppoc) * trn(ji,jj,jk,jpgoc)
547# endif
548
549!    Aggregation of small into large particles
550!    Part II : Differential settling
551!    ----------------------------------------------
552
553# if defined key_off_degrad
554               zagg3 = 0.66 * zstep * trn(ji,jj,jk,jppoc) * trn(ji,jj,jk,jpgoc) * facvol(ji,jj,jk)
555# else
556               zagg3 = 0.66 * zstep * trn(ji,jj,jk,jppoc) * trn(ji,jj,jk,jpgoc)
557# endif
558
559# if defined key_off_degrad
560               zagg4 = 0.e0 * zstep * trn(ji,jj,jk,jppoc) * trn(ji,jj,jk,jppoc) * facvol(ji,jj,jk)
561# else
562               zagg4 = 0.e0 * zstep * trn(ji,jj,jk,jppoc) * trn(ji,jj,jk,jppoc)
563# endif
564
565               zagg   = zagg1 + zagg2 + zagg3 + zagg4
566               zaggfe = zagg * trn(ji,jj,jk,jpsfe) / ( trn(ji,jj,jk,jppoc) + rtrn )
567
568!     Aggregation of DOC to small particles
569!     --------------------------------------
570
571               zaggdoc = ( 80.* trn(ji,jj,jk,jpdoc) + 698. * trn(ji,jj,jk,jppoc) )       &
572# if defined key_off_degrad
573                  &      * facvol(ji,jj,jk)                           &
574# endif
575                  &      * zfact * trn(ji,jj,jk,jpdoc)
576
577               zaggdoc2 = 1.05e4 * zfact * trn(ji,jj,jk,jpgoc)   &
578# if defined key_off_degrad
579                  &        * facvol(ji,jj,jk)                            &
580# endif     
581                  &        * trn(ji,jj,jk,jpdoc)
582!
583!  Update the trends
584!  -----------------
585!
586               tra(ji,jj,jk,jppoc) = tra(ji,jj,jk,jppoc) - zagg + zaggdoc
587               tra(ji,jj,jk,jpgoc) = tra(ji,jj,jk,jpgoc) + zagg + zaggdoc2
588               tra(ji,jj,jk,jpsfe) = tra(ji,jj,jk,jpsfe) - zaggfe
589               tra(ji,jj,jk,jpbfe) = tra(ji,jj,jk,jpbfe) + zaggfe
590               tra(ji,jj,jk,jpdoc) = tra(ji,jj,jk,jpdoc) - zaggdoc - zaggdoc2
591
592            END DO
593         END DO
594      END DO
595
596# if defined key_trc_dia3d
597      zrfact2 = 1.e3 * rfact2r
598      trc2d(:,:, 5) = sinking (:,:,iksed+1) * zrfact2
599      trc2d(:,:, 6) = sinking2(:,:,iksed+1) * zrfact2
600      trc2d(:,:, 7) = sinkfer (:,:,iksed+1) * zrfact2
601      trc2d(:,:, 8) = sinkfer2(:,:,iksed+1) * zrfact2
602      trc2d(:,:, 9) = sinksil (:,:,iksed+1) * zrfact2
603      trc2d(:,:,10) = sinkcal (:,:,iksed+1) * zrfact2
604# endif
605      !
606       IF(ln_ctl)   THEN  ! print mean trends (used for debugging)
607         WRITE(charout, FMT="('sink')")
608         CALL prt_ctl_trc_info(charout)
609         CALL prt_ctl_trc(tab4d=tra, mask=tmask, clinfo=ctrcnm)
610       ENDIF
611
612   END SUBROUTINE p4z_sink
613
614#endif
615
616   SUBROUTINE p4z_sink2( pwsink, psinkflx, jp_tra )
617      !!---------------------------------------------------------------------
618      !!                     ***  ROUTINE p4z_sink2  ***
619      !!
620      !! ** Purpose :   Compute the sedimentation terms for the various sinking
621      !!     particles. The scheme used to compute the trends is based
622      !!     on MUSCL.
623      !!
624      !! ** Method  : - this ROUTINE compute not exactly the advection but the
625      !!      transport term, i.e.  div(u*tra).
626      !!---------------------------------------------------------------------
627      INTEGER , INTENT(in   )                         ::   jp_tra    ! tracer index index     
628      REAL(wp), INTENT(in   ), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   pwsink    ! sinking speed
629      REAL(wp), INTENT(inout), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::   psinkflx  ! sinking fluxe
630      !!
631      INTEGER  ::   ji, jj, jk, jn
632      REAL(wp) ::   zigma,zew,zstep,zign, zflx
633      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::  ztraz, zakz
634      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk) ::  zwsink2
635      !!---------------------------------------------------------------------
636
637      zstep  = rfact2 / 2.
638
639      ztraz(:,:,:) = 0.e0
640      zakz (:,:,:) = 0.e0
641
642      DO jk = 1, jpkm1
643# if defined key_off_degrad
644         zwsink2(:,:,jk+1) = -pwsink(:,:,jk) / rjjss * tmask(:,:,jk+1) * facvol(:,:,jk)
645# else
646         zwsink2(:,:,jk+1) = -pwsink(:,:,jk) / rjjss * tmask(:,:,jk+1)
647# endif
648      END DO
649      zwsink2(:,:,1) = 0.e0
650
651
652      ! Vertical advective flux
653      DO jn = 1, 2
654         !  first guess of the slopes interior values
655         DO jk = 2, jpkm1
656            ztraz(:,:,jk) = ( trn(:,:,jk-1,jp_tra) - trn(:,:,jk,jp_tra) ) * tmask(:,:,jk)
657         END DO
658         ztraz(:,:,1  ) = 0.0
659         ztraz(:,:,jpk) = 0.0
660
661         ! slopes
662         DO jk = 2, jpkm1
663            DO jj = 1,jpj
664               DO ji = 1, jpi
665                  zign = 0.25 + SIGN( 0.25, ztraz(ji,jj,jk) * ztraz(ji,jj,jk+1) )
666                  zakz(ji,jj,jk) = ( ztraz(ji,jj,jk) + ztraz(ji,jj,jk+1) ) * zign
667               END DO
668            END DO
669         END DO
670         
671         ! Slopes limitation
672         DO jk = 2, jpkm1
673            DO jj = 1, jpj
674               DO ji = 1, jpi
675                  zakz(ji,jj,jk) = SIGN( 1., zakz(ji,jj,jk) ) *        &
676                     &             MIN( ABS( zakz(ji,jj,jk) ), 2. * ABS(ztraz(ji,jj,jk+1)), 2. * ABS(ztraz(ji,jj,jk) ) )
677               END DO
678            END DO
679         END DO
680         
681         ! vertical advective flux
682         DO jk = 1, jpkm1
683            DO jj = 1, jpj     
684               DO ji = 1, jpi   
685                  zigma = zwsink2(ji,jj,jk+1) * zstep / fse3w(ji,jj,jk+1)
686                  zew   = zwsink2(ji,jj,jk+1)
687                  psinkflx(ji,jj,jk+1) = -zew * ( trn(ji,jj,jk,jp_tra) - 0.5 * ( 1 + zigma ) * zakz(ji,jj,jk) ) * zstep
688               END DO
689            END DO
690         END DO
691         !
692         ! Boundary conditions
693         psinkflx(:,:,1  ) = 0.e0
694         psinkflx(:,:,jpk) = 0.e0
695         
696         DO jk=1,jpkm1
697            DO jj = 1,jpj
698               DO ji = 1, jpi
699                  zflx = ( psinkflx(ji,jj,jk) - psinkflx(ji,jj,jk+1) ) / fse3t(ji,jj,jk)
700                  trn(ji,jj,jk,jp_tra) = trn(ji,jj,jk,jp_tra) + zflx
701               END DO
702            END DO
703         END DO
704
705      ENDDO
706
707      DO jk=1,jpkm1
708         DO jj = 1,jpj
709            DO ji = 1, jpi
710               zflx = ( psinkflx(ji,jj,jk) - psinkflx(ji,jj,jk+1) ) / fse3t(ji,jj,jk)
711               trb(ji,jj,jk,jp_tra) = trb(ji,jj,jk,jp_tra) + 2. * zflx
712            END DO
713         END DO
714      END DO
715
716      trn(:,:,:,jp_tra) = trb(:,:,:,jp_tra)
717      psinkflx(:,:,:)   = 2. * psinkflx(:,:,:)
718
719      !
720   END SUBROUTINE p4z_sink2
721
722#else
723   !!======================================================================
724   !!  Dummy module :                                   No PISCES bio-model
725   !!======================================================================
726CONTAINS
727   SUBROUTINE p4z_sink                    ! Empty routine
728   END SUBROUTINE p4z_sink
729#endif 
730
731   !!======================================================================
732END MODULE  p4zsink
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.