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.
h3cche.F in trunk/NEMO/TOP_SRC/SMS – NEMO

source: trunk/NEMO/TOP_SRC/SMS/h3cche.F @ 186

Last change on this file since 186 was 186, checked in by opalod, 19 years ago

CL + CE : NEMO TRC_SRC start

  • Property svn:eol-style set to native
  • Property svn:keywords set to Author Date Id Revision
File size: 11.0 KB
Line 
1C $Id$
2CDIR$ LIST
3      SUBROUTINE h3cche
4#if defined key_passivetrc && defined key_trc_hamocc3
5CCC---------------------------------------------------------------------
6CCC
7CCC                       ROUTINE h3cche
8CCC                     ******************
9CCC
10CCC     PURPOSE.
11CCC     --------
12CCC          *H3CCHE* SETS CHEMICAL CONSTANTS 
13CCC
14CCC
15CC    INTERFACE.
16CC     ----------
17CC          *CALL* *H3CCHE*
18CC
19CC     METHOD.
20CC     -------
21CC          1) SET CONSTANTS FOR CARBONATE CHEMISTRY AS DESCRIBED IN
22CC             IN BROECKER ET AL. (1982, GEOSECS) AND EDMOND A. GIESKES
23CC             (1970)
24CC          2) INITIATE [CO3--] AND PH-VALUE BY ITERATION
25CC             (NEWTON-RAPHSON METHOD FOR SOLVING NONLINEAR SIMULTANEOUS
26CC              EQUATIONS, SEE E.G. SCARBOROUGH, J. (1958))
27CC
28CC
29CC     EXTERNALS.
30CC     ----------
31CC          *RHO*     - HALF PRECISION FUNCTION, EQ. OF STATE OF
32CC                      SEAWATER
33CC
34CC     REFERENCE.
35CC     ----------
36CC
37CC          BERNER, R. A. (1976)
38CC          THE SOLUBILITY OF CALCITE AND ARAGONITE IN SEA WATER
39CC          AT ATMOSPHERIC PRESSURE AND 34.5 O/OO SALINITY.
40CC          AMERICAN JOURNAL OF SCIENCE, VOL. 276, 713-730.
41CC          (K'SP(ARAGONITE)=1.45 K'SP(CALCITE))
42CC
43CC          BROECKER, W.S., D.W. SPENCER, AND H. CRAIG (1982)
44CC          GEOSECS PACIFIC EXPEDITION. VOL. 3.. HYDROGRAPHIC DATA
45CC          1973-1974, SUPERINTENDANT OF DOCUMENTS, U.S. GOVERNMENT
46CC          PRINTING OFFICE, WASHINGTON, D.C., 137 PP..
47CC
48CC          CULBERSON, C.H., AND R.M. PYTKOWICZ (1968)
49CC          EFFECT ON PRESSURE ON CARBONIC ACID, BORIC ACID AND THE PH
50CC          IN SEA WATER.
51CC          LIMNOLOGY AND OCEANOGRAPHY, VOL. 13, 403-417.
52CC
53CC          DICKSON, A.G., AND J.P. RILEY (1979)
54CC          THE ESTIMATION OF ACID DISSOCIATION CONSTANTS IN SEAWATER
55CC          MEDIA FROM POTENTIOMETRIC TITRATIONS WITH STRONG BASE.
56CC          I. THE IONIC PRODUCT OF WATER - KW.
57CC          MARINE CHEMISTRY, VOL. 7, 89-99.
58CC
59CC          EDMOND, J.M., AND J.M.T.M. GIESKES (1970)
60CC          ON THE CALCULATION OF THE DEGREE OF SATURATION OF SEA WATER
61CC          WITH RESPECT TO CALCIUM CARBONATE UNDER IN SITU CONDITIONS.
62CC          GEOCHIM. ET COSMOCHIM. ACTA, 34, 1261-1291.
63CC
64CC          INGLE, S.E. (1800)
65CC          SOLUBILITY OF CALCITE IN THE OCEAN.
66CC          MARINE CHEMISTRY, VOL. 3, 301-319.
67CC
68CC          INGLE, S.E., C.H. CULBERSON, J.E. HAWLEY, AND R.M. PYTKOWICZ
69CC          (1973) THE SOLUBILITY OF CALCITE IN SEAWATER AT ATMOSPHERIC
70CC          PRESSURE AND 35 O/OO SALINITY.
71CC          MARINE CHEMISTRY, VOL. 1, 295-307.
72CC
73CC          RILEY, J. P., AND G. SKIRROW, EDS. (1965)
74CC          CHEMICAL OCEANOGRAPHY. VOL. 1, 712 PP., ACADEMIC PRESS,
75CC          LONDON A. NEW YORK.
76CC
77CC          SCARBOROUGH, J. (1958) NUMERICAL MATHEMATICAL ANALYSIS.
78CC          OXFORD UNIVERSITY PRESS, LONDON, 4TH ED., 576 PP..
79CC
80CC          WEISS, R. F. (1970) THE SOLUBILITY OF NITROGEN
81CC          OXYGEN AND ARGON IN WATER AND SEAWATER.
82CC          DEEP-SEA RESEARCH, VOL. 17, 721-735.
83CC
84CC          WEISS, R. F. (1974)
85CC          CARBON DIOXIDE IN WATER AND SEAWATER: THE SOLUBILITY OF A
86CC          NON IDEAL GAS. MARINE CHEMISTRY, VOL. 2, 203-215.
87CC
88CC          WOOSTER, W.S., A.J. LEE, AND G. DIETRICH (1969)
89CC          REDEFINITION OF SALINITY. Z. GEOPHYS., VOL.35, 611-613.
90CC
91CC          BROECKER, W.S., D.W. SPENCER, AND H. CRAIG (1982)
92CC          GEOSECS PACIFIC EXPEDITION. VOL. 3.. HYDROGRAPHIC DATA
93CC          1973-1974, SUPERINTENDANT OF DOCUMENTS, U.S. GOVERNMENT
94CC          PRINTING OFFICE, WASHINGTON, D.C., 137 PP..
95CC
96CC
97CC*     VARIABLE           TYPE    PURPOSE.
98CC      --------           ----    --------
99CC
100CC      *PRES              REAL    APPROXIMATE PRESSURE AT DEPTH OF U-POINTS
101CC                                 IN BAR, DUMMY VARIABLE
102CC      *TC*               REAL    TEMPERATURE AT OCEAN GRID POINTS (DEG C),
103CC                                 DUMMY VARIABLE
104CC      *CL*               REAL    CHLORINITY (CL(O/OO)=S(O/OO)/1.80655)
105CC                                 AFTER WOOSTER ET AL., 1969
106CC                                 (C.F. KALLE/DIETRICH , P. 60)
107CC      *AKW*              REAL    KW, H2O DISSOC. CONSTANT, LIT ?
108CC      *H*                REAL    [H+], DUMMY VARIABLE
109CC      *rrr               REAL    [CO3--] [MOLE/L], DUMMY VARIABLE
110CC      *C*                REAL    GIVEN [SUM(12C)O2] [MOLE/L], DUMMY VARIABLE
111CC      *A*                REAL    ALKALINITY [EQV/L] AS FUNCTION OF [CO3--]
112CC                                 AND [H+], DUMMY VARIABLE
113CC   MODIFICATIONS:
114CC   --------------
115CC      original :      1988 E. Maier-Reimer
116CC      additions :     1998 O. Aumont
117CC      modifications : 1999 C. Le Quere
118CC----------------------------------------------------------------------
119CC parameters and commons
120CC ======================
121CDIR$ NOLIST
122      USE oce_trc
123      USE trp_trc
124      USE sms
125      IMPLICIT NONE
126CDIR$ list
127CC----------------------------------------------------------------------
128CC local declarations
129CC ==================
130C
131      INTEGER ji, jj, jk
132      REAL tkel, sal
133      REAL pres, tc, r, cl
134      REAL akw, a, c, h, akb
135      REAL zsqrt, ztr, zlogt
136      REAL zqtt,qtt2,sal2,sal15
137C
138C* 21. CHEMICAL CONSTANTS - SURFACE LAYER
139C ---------------------------------------
140C
141C vertical slab
142C =============
143C
144      DO jj = 1,jpj
145C
146        DO ji = 1,jpi
147C
148C* 21.1 SET ABSOLUTE TEMPERATURE
149C ------------------------------
150C
151          tkel = tn(ji,jj,1)+temzer
152          qtt = tkel*perc
153          qtt2=qtt**2
154          sal = sn(ji,jj,1) + (1.-tmask(ji,jj,1))*35.
155          zqtt=log(qtt)
156
157C
158C* 21.2 CHLORINITY (WOOSTER ET AL., 1969)
159C ---------------------------------------
160C
161          cl = sal*salchl
162C
163C* 21.3 LN(K0) OF SOLUBILITY OF CO2 (EQ. 12, WEISS, 1974)
164C -------------------------------------------------------
165C
166          cek0 = c00+c01/qtt+c02*zqtt+sal*(c03+c04*qtt+c05*qtt2)
167C
168C* 21.6 LN(K0) OF SOLUBILITY OF O2 and N2 (EQ. 4, WEISS, 1970)
169C ------------------------------------------------------------
170C
171          oxy = ox0+ox1/qtt+ox2*zqtt+sal*(ox3+ox4*qtt+ox5*qtt2)
172C
173C* 21.9 CO2 SOLUBILITY IN SEAWATER (WEISS, 1974, CF. EQ. 12)
174C ----------------------------------------------------------
175C
176          ak0 = exp(cek0)*smicr
177C
178C* 21.10 DENSITY OF SEAWATER AND TOTAL BORATE IN MOLE/
179C ----------------------------------------------------
180C
181          rrr = rhop(ji,jj,1) *thousi
182          bor = bor1*rrr*cl*bor2
183C
184C* 21.11 SET CHEMICAL CHEMICAL CONSTANTS
185C --------------------------------------
186C
187          chemc(ji,jj,1) = ak0
188          chemc(ji,jj,2) = bor
189C
190C* 21.12 O2 SOLUBILITY IN SEAWATER (WEISS, 1970, CF. EQ. 4)
191C ---------------------------------------------------------
192C
193          chemc(ji,jj,3) = exp(oxy)*oxyco
194C
195        ENDDO
196      END DO
197C
198C*  22. CHEMICAL CONSTANTS - DEEP OCEAN
199C -------------------------------------
200C
201      DO jk = 1,jpk
202C
203C* 22.1 APPROX. SEAWATER PRESSURE AT U-POINT DEPTH (BAR)
204C ------------------------------------------------------
205C
206        pres = 1.025e-1*gdept(jk)
207C
208        DO jj=1,jpj
209          DO ji = 1,jpi
210C
211C* 22.2 SET LIMITS FOR SEAWATER TEMP. AND SALINITY
212C              (THIS IS DONE TO AVOID COMPUTATIONAL CRASH AT DRY
213C               POINTS DURING CALCULATION OF CHEMICAL CONSTANTS)
214C
215C* 22.3 SET [H+] (FIRST GUESS)
216C ----------------------------
217C
218            hi(ji,jj,jk) = tenm7
219C
220C* 22.4 SET ABSOLUTE TEMPERATURE
221C ------------------------------
222C
223            tkel   = tn(ji,jj,jk)+temzer
224            qtt    = tkel*perc
225            sal    = sn(ji,jj,jk) + (1.-tmask(ji,jj,jk))*35.
226            zsqrt  = sqrt(sal)
227            sal15 = sal**1.5
228            zlogt  = log(tkel)
229            ztr    = 1./tkel
230C
231C* 22.5 CHLORINITY (WOOSTER ET AL., 1969)
232C ---------------------------------------
233C
234            cl = sal*salchl
235C
236C* 22.6 LN(K0) OF SOLUBILITY OF CO2 (EQ. 12, WEISS, 1974)
237C -------------------------------------------------------
238C
239            cek0 = c00+c01/qtt+c02*alog(qtt)+
240     &          sal*(c03+c04*qtt+c05*qtt**2)
241C
242C  COEFFICIENT OCMIP 
243C ------------------
244C
245            ckb = (cb0+cb1*zsqrt+cb2*sal+cb3*sal15+cb4*sal**2)*ztr
246     $          +(cb5+cb6*zsqrt+cb7*sal)+
247     $          (cb8+cb9*zsqrt+cb10*sal)*zlogt+cb11*zsqrt*tkel
248            ck1 = c10*ztr+c11+c12*zlogt+(c13*ztr+c14)*zsqrt+
249     $          c15*sal+c16*sal15+log(1.+c17*sal)
250            ck2 = c20*ztr+c21+c22*zlogt+(c23*ztr+c24)*zsqrt+c25*sal
251     $          +c26*sal15+log(1.+c27*sal)
252C
253C* 21.5 PKW (H2O) (DICKSON AND RILEY, 1979)
254C -----------------------------------------
255C
256            ckw = cw0*ztr+cw1+cw2*zlogt+(cw3*ztr+cw4+cw5*zlogt)*
257     $          zsqrt+cw6*sal
258C
259C* 22.8 LN(K0) OF SOLUBILITY OF O2 (EQ. 4, WEISS, 1970)
260C -----------------------------------------------------
261C
262            oxy = ox0+ox1/qtt+ox2*alog(qtt)+sal*(ox3+ox4*qtt+ox5*qtt**2)
263C
264C* 22.9 K1, K2 OF CARBONIC ACID, KB OF BORIC ACID, KW (H2O) (LIT.?)
265C -----------------------------------------------------------------
266C
267            ak1 = exp(ck1)
268            ak2 = exp(ck2)
269            akb = exp(ckb)
270            akw3(ji,jj,jk) = exp(ckw)
271C
272C*22.10 APPARENT SOLUBILITY PRODUCT K'SP OF CALCITE IN SEAWATER
273C       (S=27-43, T=2-25 DEG C) AT pres =0 (ATMOSPH. PRESSURE)
274C       (INGLE, 1800, EQ. 6)
275C -------------------------------------------------------------
276C
277            aksp0 = 1.E-7*(akcc1+akcc2*sal**(third)+akcc3*alog10(sal)
278     &          +akcc4*tkel**2)
279C
280C* 22.11 FORMULA FOR CPEXP AFTER EDMOND AND GIESKES (1970)
281C
282C        (REFERENCE TO CULBERSON AND PYTKOQICZ (1968) AS MADE
283C        IN BROECKER ET AL. (1982) IS INCORRECT; HERE RGAS IS
284C        TAKEN TENFOLD TO CORRECT FOR THE NOTATION OF pres  IN
285C        DBAR INSTEAD OF BAR AND THE EXPRESSION FOR CPEXP IS
286C        MULTIPLIED BY LN(10.) TO ALLOW USE OF EXP-FUNCTION
287C        WITH BASIS E IN THE FORMULA FOR AKSPP (CF. EDMOND
288C        AND GIESKES (1970), P. 1285 AND P. 1286 (THE SMALL
289C        FORMULA ON P. 1286 IS RIGHT AND CONSISTENT WITH THE
290C        SIGN IN PARTIAL MOLAR VOLUME CHANGE AS SHOWN ON
291C        P. 1285))
292C -----------------------------------------------------------
293C
294            cpexp = pres /(rgas*tkel)
295C
296C* 22.12 KB OF BORIC ACID, K1,K2 OF CARBONIC ACID PRESSURE
297C        CORRECTION AFTER CULBERSON AND PYTKOWICZ (1968)
298C        (CF. BROECKER ET AL., 1982)
299C --------------------------------------------------------
300C
301            tc = tn(ji,jj,jk) + (1.-tmask(ji,jj,jk))*20.
302            akb3(ji,jj,jk) = akb*exp(cpexp*(devkb-devkbt*tc))
303            ak13(ji,jj,jk) = ak1*exp(cpexp*(devk1-devk1t*tc))
304            ak23(ji,jj,jk) = ak2*exp(cpexp*(devk2-devk2t*tc))
305C
306C  22.13 APPARENT SOLUBILITY PRODUCT K'SP OF CALCITE (OR ARAGONITE)
307C        AS FUNCTION OF PRESSURE FOLLWING EDMOND AND GIESKES (1970)
308C        (P. 1285) AND BERNER (1976)
309C -----------------------------------------------------------------
310C
311            aksp(ji,jj,jk) = aracal*aksp0*exp(cpexp*(devks-devkst*tc))
312C
313C* 22.14 DENSITY OF SEAWATER AND TOTAL BORATE CONCENTR. [MOLES/L]
314C ---------------------------------------------------------------
315C
316            rrr = rhop(ji,jj,jk)*thousi
317            bor = bor1*rrr*cl*bor2
318            borat(ji,jj,jk) = bor
319C
320          ENDDO
321        ENDDO
322      END DO
323C     
324#endif
325C
326      RETURN
327      END
328
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.