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 @ 247

Last change on this file since 247 was 247, checked in by opalod, 19 years ago

CL : Add CVS Header and CeCILL licence information

  • Property svn:eol-style set to native
  • Property svn:keywords set to Author Date Id Revision
File size: 11.2 KB
Line 
1
2CCC $Header$ 
3CCC  TOP 1.0 , LOCEAN-IPSL (2005) 
4C This software is governed by CeCILL licence see modipsl/doc/NEMO_CeCILL.txt 
5C ---------------------------------------------------------------------------
6CDIR$ LIST
7      SUBROUTINE h3cche
8#if defined key_passivetrc && defined key_trc_hamocc3
9CCC---------------------------------------------------------------------
10CCC
11CCC                       ROUTINE h3cche
12CCC                     ******************
13CCC
14CCC     PURPOSE.
15CCC     --------
16CCC          *H3CCHE* SETS CHEMICAL CONSTANTS 
17CCC
18CCC
19CC    INTERFACE.
20CC     ----------
21CC          *CALL* *H3CCHE*
22CC
23CC     METHOD.
24CC     -------
25CC          1) SET CONSTANTS FOR CARBONATE CHEMISTRY AS DESCRIBED IN
26CC             IN BROECKER ET AL. (1982, GEOSECS) AND EDMOND A. GIESKES
27CC             (1970)
28CC          2) INITIATE [CO3--] AND PH-VALUE BY ITERATION
29CC             (NEWTON-RAPHSON METHOD FOR SOLVING NONLINEAR SIMULTANEOUS
30CC              EQUATIONS, SEE E.G. SCARBOROUGH, J. (1958))
31CC
32CC
33CC     EXTERNALS.
34CC     ----------
35CC          *RHO*     - HALF PRECISION FUNCTION, EQ. OF STATE OF
36CC                      SEAWATER
37CC
38CC     REFERENCE.
39CC     ----------
40CC
41CC          BERNER, R. A. (1976)
42CC          THE SOLUBILITY OF CALCITE AND ARAGONITE IN SEA WATER
43CC          AT ATMOSPHERIC PRESSURE AND 34.5 O/OO SALINITY.
44CC          AMERICAN JOURNAL OF SCIENCE, VOL. 276, 713-730.
45CC          (K'SP(ARAGONITE)=1.45 K'SP(CALCITE))
46CC
47CC          BROECKER, W.S., D.W. SPENCER, AND H. CRAIG (1982)
48CC          GEOSECS PACIFIC EXPEDITION. VOL. 3.. HYDROGRAPHIC DATA
49CC          1973-1974, SUPERINTENDANT OF DOCUMENTS, U.S. GOVERNMENT
50CC          PRINTING OFFICE, WASHINGTON, D.C., 137 PP..
51CC
52CC          CULBERSON, C.H., AND R.M. PYTKOWICZ (1968)
53CC          EFFECT ON PRESSURE ON CARBONIC ACID, BORIC ACID AND THE PH
54CC          IN SEA WATER.
55CC          LIMNOLOGY AND OCEANOGRAPHY, VOL. 13, 403-417.
56CC
57CC          DICKSON, A.G., AND J.P. RILEY (1979)
58CC          THE ESTIMATION OF ACID DISSOCIATION CONSTANTS IN SEAWATER
59CC          MEDIA FROM POTENTIOMETRIC TITRATIONS WITH STRONG BASE.
60CC          I. THE IONIC PRODUCT OF WATER - KW.
61CC          MARINE CHEMISTRY, VOL. 7, 89-99.
62CC
63CC          EDMOND, J.M., AND J.M.T.M. GIESKES (1970)
64CC          ON THE CALCULATION OF THE DEGREE OF SATURATION OF SEA WATER
65CC          WITH RESPECT TO CALCIUM CARBONATE UNDER IN SITU CONDITIONS.
66CC          GEOCHIM. ET COSMOCHIM. ACTA, 34, 1261-1291.
67CC
68CC          INGLE, S.E. (1800)
69CC          SOLUBILITY OF CALCITE IN THE OCEAN.
70CC          MARINE CHEMISTRY, VOL. 3, 301-319.
71CC
72CC          INGLE, S.E., C.H. CULBERSON, J.E. HAWLEY, AND R.M. PYTKOWICZ
73CC          (1973) THE SOLUBILITY OF CALCITE IN SEAWATER AT ATMOSPHERIC
74CC          PRESSURE AND 35 O/OO SALINITY.
75CC          MARINE CHEMISTRY, VOL. 1, 295-307.
76CC
77CC          RILEY, J. P., AND G. SKIRROW, EDS. (1965)
78CC          CHEMICAL OCEANOGRAPHY. VOL. 1, 712 PP., ACADEMIC PRESS,
79CC          LONDON A. NEW YORK.
80CC
81CC          SCARBOROUGH, J. (1958) NUMERICAL MATHEMATICAL ANALYSIS.
82CC          OXFORD UNIVERSITY PRESS, LONDON, 4TH ED., 576 PP..
83CC
84CC          WEISS, R. F. (1970) THE SOLUBILITY OF NITROGEN
85CC          OXYGEN AND ARGON IN WATER AND SEAWATER.
86CC          DEEP-SEA RESEARCH, VOL. 17, 721-735.
87CC
88CC          WEISS, R. F. (1974)
89CC          CARBON DIOXIDE IN WATER AND SEAWATER: THE SOLUBILITY OF A
90CC          NON IDEAL GAS. MARINE CHEMISTRY, VOL. 2, 203-215.
91CC
92CC          WOOSTER, W.S., A.J. LEE, AND G. DIETRICH (1969)
93CC          REDEFINITION OF SALINITY. Z. GEOPHYS., VOL.35, 611-613.
94CC
95CC          BROECKER, W.S., D.W. SPENCER, AND H. CRAIG (1982)
96CC          GEOSECS PACIFIC EXPEDITION. VOL. 3.. HYDROGRAPHIC DATA
97CC          1973-1974, SUPERINTENDANT OF DOCUMENTS, U.S. GOVERNMENT
98CC          PRINTING OFFICE, WASHINGTON, D.C., 137 PP..
99CC
100CC
101CC*     VARIABLE           TYPE    PURPOSE.
102CC      --------           ----    --------
103CC
104CC      *PRES              REAL    APPROXIMATE PRESSURE AT DEPTH OF U-POINTS
105CC                                 IN BAR, DUMMY VARIABLE
106CC      *TC*               REAL    TEMPERATURE AT OCEAN GRID POINTS (DEG C),
107CC                                 DUMMY VARIABLE
108CC      *CL*               REAL    CHLORINITY (CL(O/OO)=S(O/OO)/1.80655)
109CC                                 AFTER WOOSTER ET AL., 1969
110CC                                 (C.F. KALLE/DIETRICH , P. 60)
111CC      *AKW*              REAL    KW, H2O DISSOC. CONSTANT, LIT ?
112CC      *H*                REAL    [H+], DUMMY VARIABLE
113CC      *rrr               REAL    [CO3--] [MOLE/L], DUMMY VARIABLE
114CC      *C*                REAL    GIVEN [SUM(12C)O2] [MOLE/L], DUMMY VARIABLE
115CC      *A*                REAL    ALKALINITY [EQV/L] AS FUNCTION OF [CO3--]
116CC                                 AND [H+], DUMMY VARIABLE
117CC   MODIFICATIONS:
118CC   --------------
119CC      original :      1988 E. Maier-Reimer
120CC      additions :     1998 O. Aumont
121CC      modifications : 1999 C. Le Quere
122CC----------------------------------------------------------------------
123CC parameters and commons
124CC ======================
125CDIR$ NOLIST
126      USE oce_trc
127      USE trp_trc
128      USE sms
129      IMPLICIT NONE
130CDIR$ list
131CC----------------------------------------------------------------------
132CC local declarations
133CC ==================
134C
135      INTEGER ji, jj, jk
136      REAL tkel, sal
137      REAL pres, tc, r, cl
138      REAL akw, a, c, h, akb
139      REAL zsqrt, ztr, zlogt
140      REAL zqtt,qtt2,sal2,sal15
141C
142C* 21. CHEMICAL CONSTANTS - SURFACE LAYER
143C ---------------------------------------
144C
145C vertical slab
146C =============
147C
148      DO jj = 1,jpj
149C
150        DO ji = 1,jpi
151C
152C* 21.1 SET ABSOLUTE TEMPERATURE
153C ------------------------------
154C
155          tkel = tn(ji,jj,1)+temzer
156          qtt = tkel*perc
157          qtt2=qtt**2
158          sal = sn(ji,jj,1) + (1.-tmask(ji,jj,1))*35.
159          zqtt=log(qtt)
160
161C
162C* 21.2 CHLORINITY (WOOSTER ET AL., 1969)
163C ---------------------------------------
164C
165          cl = sal*salchl
166C
167C* 21.3 LN(K0) OF SOLUBILITY OF CO2 (EQ. 12, WEISS, 1974)
168C -------------------------------------------------------
169C
170          cek0 = c00+c01/qtt+c02*zqtt+sal*(c03+c04*qtt+c05*qtt2)
171C
172C* 21.6 LN(K0) OF SOLUBILITY OF O2 and N2 (EQ. 4, WEISS, 1970)
173C ------------------------------------------------------------
174C
175          oxy = ox0+ox1/qtt+ox2*zqtt+sal*(ox3+ox4*qtt+ox5*qtt2)
176C
177C* 21.9 CO2 SOLUBILITY IN SEAWATER (WEISS, 1974, CF. EQ. 12)
178C ----------------------------------------------------------
179C
180          ak0 = exp(cek0)*smicr
181C
182C* 21.10 DENSITY OF SEAWATER AND TOTAL BORATE IN MOLE/
183C ----------------------------------------------------
184C
185          rrr = rhop(ji,jj,1) *thousi
186          bor = bor1*rrr*cl*bor2
187C
188C* 21.11 SET CHEMICAL CHEMICAL CONSTANTS
189C --------------------------------------
190C
191          chemc(ji,jj,1) = ak0
192          chemc(ji,jj,2) = bor
193C
194C* 21.12 O2 SOLUBILITY IN SEAWATER (WEISS, 1970, CF. EQ. 4)
195C ---------------------------------------------------------
196C
197          chemc(ji,jj,3) = exp(oxy)*oxyco
198C
199        ENDDO
200      END DO
201C
202C*  22. CHEMICAL CONSTANTS - DEEP OCEAN
203C -------------------------------------
204C
205      DO jk = 1,jpk
206C
207C* 22.1 APPROX. SEAWATER PRESSURE AT U-POINT DEPTH (BAR)
208C ------------------------------------------------------
209C
210        pres = 1.025e-1*gdept(jk)
211C
212        DO jj=1,jpj
213          DO ji = 1,jpi
214C
215C* 22.2 SET LIMITS FOR SEAWATER TEMP. AND SALINITY
216C              (THIS IS DONE TO AVOID COMPUTATIONAL CRASH AT DRY
217C               POINTS DURING CALCULATION OF CHEMICAL CONSTANTS)
218C
219C* 22.3 SET [H+] (FIRST GUESS)
220C ----------------------------
221C
222            hi(ji,jj,jk) = tenm7
223C
224C* 22.4 SET ABSOLUTE TEMPERATURE
225C ------------------------------
226C
227            tkel   = tn(ji,jj,jk)+temzer
228            qtt    = tkel*perc
229            sal    = sn(ji,jj,jk) + (1.-tmask(ji,jj,jk))*35.
230            zsqrt  = sqrt(sal)
231            sal15 = sal**1.5
232            zlogt  = log(tkel)
233            ztr    = 1./tkel
234C
235C* 22.5 CHLORINITY (WOOSTER ET AL., 1969)
236C ---------------------------------------
237C
238            cl = sal*salchl
239C
240C* 22.6 LN(K0) OF SOLUBILITY OF CO2 (EQ. 12, WEISS, 1974)
241C -------------------------------------------------------
242C
243            cek0 = c00+c01/qtt+c02*alog(qtt)+
244     &          sal*(c03+c04*qtt+c05*qtt**2)
245C
246C  COEFFICIENT OCMIP 
247C ------------------
248C
249            ckb = (cb0+cb1*zsqrt+cb2*sal+cb3*sal15+cb4*sal**2)*ztr
250     $          +(cb5+cb6*zsqrt+cb7*sal)+
251     $          (cb8+cb9*zsqrt+cb10*sal)*zlogt+cb11*zsqrt*tkel
252            ck1 = c10*ztr+c11+c12*zlogt+(c13*ztr+c14)*zsqrt+
253     $          c15*sal+c16*sal15+log(1.+c17*sal)
254            ck2 = c20*ztr+c21+c22*zlogt+(c23*ztr+c24)*zsqrt+c25*sal
255     $          +c26*sal15+log(1.+c27*sal)
256C
257C* 21.5 PKW (H2O) (DICKSON AND RILEY, 1979)
258C -----------------------------------------
259C
260            ckw = cw0*ztr+cw1+cw2*zlogt+(cw3*ztr+cw4+cw5*zlogt)*
261     $          zsqrt+cw6*sal
262C
263C* 22.8 LN(K0) OF SOLUBILITY OF O2 (EQ. 4, WEISS, 1970)
264C -----------------------------------------------------
265C
266            oxy = ox0+ox1/qtt+ox2*alog(qtt)+sal*(ox3+ox4*qtt+ox5*qtt**2)
267C
268C* 22.9 K1, K2 OF CARBONIC ACID, KB OF BORIC ACID, KW (H2O) (LIT.?)
269C -----------------------------------------------------------------
270C
271            ak1 = exp(ck1)
272            ak2 = exp(ck2)
273            akb = exp(ckb)
274            akw3(ji,jj,jk) = exp(ckw)
275C
276C*22.10 APPARENT SOLUBILITY PRODUCT K'SP OF CALCITE IN SEAWATER
277C       (S=27-43, T=2-25 DEG C) AT pres =0 (ATMOSPH. PRESSURE)
278C       (INGLE, 1800, EQ. 6)
279C -------------------------------------------------------------
280C
281            aksp0 = 1.E-7*(akcc1+akcc2*sal**(third)+akcc3*alog10(sal)
282     &          +akcc4*tkel**2)
283C
284C* 22.11 FORMULA FOR CPEXP AFTER EDMOND AND GIESKES (1970)
285C
286C        (REFERENCE TO CULBERSON AND PYTKOQICZ (1968) AS MADE
287C        IN BROECKER ET AL. (1982) IS INCORRECT; HERE RGAS IS
288C        TAKEN TENFOLD TO CORRECT FOR THE NOTATION OF pres  IN
289C        DBAR INSTEAD OF BAR AND THE EXPRESSION FOR CPEXP IS
290C        MULTIPLIED BY LN(10.) TO ALLOW USE OF EXP-FUNCTION
291C        WITH BASIS E IN THE FORMULA FOR AKSPP (CF. EDMOND
292C        AND GIESKES (1970), P. 1285 AND P. 1286 (THE SMALL
293C        FORMULA ON P. 1286 IS RIGHT AND CONSISTENT WITH THE
294C        SIGN IN PARTIAL MOLAR VOLUME CHANGE AS SHOWN ON
295C        P. 1285))
296C -----------------------------------------------------------
297C
298            cpexp = pres /(rgas*tkel)
299C
300C* 22.12 KB OF BORIC ACID, K1,K2 OF CARBONIC ACID PRESSURE
301C        CORRECTION AFTER CULBERSON AND PYTKOWICZ (1968)
302C        (CF. BROECKER ET AL., 1982)
303C --------------------------------------------------------
304C
305            tc = tn(ji,jj,jk) + (1.-tmask(ji,jj,jk))*20.
306            akb3(ji,jj,jk) = akb*exp(cpexp*(devkb-devkbt*tc))
307            ak13(ji,jj,jk) = ak1*exp(cpexp*(devk1-devk1t*tc))
308            ak23(ji,jj,jk) = ak2*exp(cpexp*(devk2-devk2t*tc))
309C
310C  22.13 APPARENT SOLUBILITY PRODUCT K'SP OF CALCITE (OR ARAGONITE)
311C        AS FUNCTION OF PRESSURE FOLLWING EDMOND AND GIESKES (1970)
312C        (P. 1285) AND BERNER (1976)
313C -----------------------------------------------------------------
314C
315            aksp(ji,jj,jk) = aracal*aksp0*exp(cpexp*(devks-devkst*tc))
316C
317C* 22.14 DENSITY OF SEAWATER AND TOTAL BORATE CONCENTR. [MOLES/L]
318C ---------------------------------------------------------------
319C
320            rrr = rhop(ji,jj,jk)*thousi
321            bor = bor1*rrr*cl*bor2
322            borat(ji,jj,jk) = bor
323C
324          ENDDO
325        ENDDO
326      END DO
327C     
328#endif
329C
330      RETURN
331      END
332
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.