source: NEMO/trunk/src/TOP/CFC/trcsms_cfc.F90 @ 12489

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Preparation for new timestepping scheme #2390.
Main changes:

  1. Initial euler timestep now handled in stp and not in TRA/DYN routines.
  2. Renaming of all timestep parameters. In summary, the namelist parameter is now rn_Dt and the current timestep is rDt (and rDt_ice, rDt_trc etc).
  3. Renaming of a few miscellaneous parameters, eg. atfp → rn_atfp (namelist parameter used everywhere) and rau0 → rho0.

This version gives bit-comparable results to the previous version of the trunk.

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 13.2 KB
Line 
1MODULE trcsms_cfc
2   !!======================================================================
3   !!                      ***  MODULE trcsms_cfc  ***
4   !! TOP : CFC main model
5   !!======================================================================
6   !! History :  OPA  !  1999-10  (JC. Dutay)  original code
7   !!  NEMO      1.0  !  2004-03  (C. Ethe) free form + modularity
8   !!            2.0  !  2007-12  (C. Ethe, G. Madec)  reorganisation
9   !!            4.0  !  2016-11  (T. Lovato) Add SF6, Update Schmidt number
10   !!----------------------------------------------------------------------
11   !!   trc_sms_cfc  :  compute and add CFC suface forcing to CFC trends
12   !!   cfc_init     :  sets constants for CFC surface forcing computation
13   !!----------------------------------------------------------------------
14   USE oce_trc       ! Ocean variables
15   USE par_trc       ! TOP parameters
16   USE trc           ! TOP variables
17   USE trd_oce
18   USE trdtrc
19   USE iom           ! I/O library
20
21   IMPLICIT NONE
22   PRIVATE
23
24   PUBLIC   trc_sms_cfc         ! called in ???   
25   PUBLIC   trc_sms_cfc_alloc   ! called in trcini_cfc.F90
26
27   INTEGER , PUBLIC, PARAMETER ::   jphem  =   2   ! parameter for the 2 hemispheres
28   INTEGER , PUBLIC            ::   jpyear         ! Number of years read in input data file (in trcini_cfc)
29   INTEGER , PUBLIC            ::   ndate_beg      ! initial calendar date (aammjj) for CFC
30   INTEGER , PUBLIC            ::   nyear_res      ! restoring time constant (year)
31   INTEGER , PUBLIC            ::   nyear_beg      ! initial year (aa)
32   
33   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   p_cfc    ! partial hemispheric pressure for all CFC
34   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)   ::   xphem    ! spatial interpolation factor for patm
35   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   qtr_cfc  ! flux at surface
36   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   qint_cfc ! cumulative flux
37   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   atm_cfc  ! partial hemispheric pressure for used CFC
38   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)   ::   patm     ! atmospheric function
39
40   REAL(wp),         ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)   ::   soa      ! coefficient for solubility of CFC [mol/l/atm]
41   REAL(wp),         ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)   ::   sob      !    "               "
42   REAL(wp),         ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)   ::   sca      ! coefficients for schmidt number in degrees Celsius
43   !                          ! coefficients for conversion
44   REAL(wp) ::   xconv1 = 1.0          ! conversion from to
45   REAL(wp) ::   xconv2 = 0.01/3600.   ! conversion from cm/h to m/s:
46   REAL(wp) ::   xconv3 = 1.0e+3       ! conversion from mol/l/atm to mol/m3/atm
47   REAL(wp) ::   xconv4 = 1.0e-12      ! conversion from mol/m3/atm to mol/m3/pptv
48
49   !! * Substitutions
50#  include "do_loop_substitute.h90"
51   !!----------------------------------------------------------------------
52   !! NEMO/TOP 4.0 , NEMO Consortium (2018)
53   !! $Id$
54   !! Software governed by the CeCILL license (see ./LICENSE)
55   !!----------------------------------------------------------------------
56CONTAINS
57
58   SUBROUTINE trc_sms_cfc( kt, Kbb, Kmm, Krhs )
59      !!----------------------------------------------------------------------
60      !!                     ***  ROUTINE trc_sms_cfc  ***
61      !!
62      !! ** Purpose :   Compute the surface boundary contition on CFC 11
63      !!             passive tracer associated with air-mer fluxes and add it
64      !!             to the general trend of tracers equations.
65      !!
66      !! ** Method  : - get the atmospheric partial pressure - given in pico -
67      !!              - computation of solubility ( in 1.e-12 mol/l then in 1.e-9 mol/m3)
68      !!              - computation of transfert speed ( given in cm/hour ----> cm/s )
69      !!              - the input function is given by :
70      !!                speed * ( concentration at equilibrium - concentration at surface )
71      !!              - the input function is in pico-mol/m3/s and the
72      !!                CFC concentration in pico-mol/m3
73      !!----------------------------------------------------------------------
74      INTEGER, INTENT(in) ::   kt               ! ocean time-step index
75      INTEGER, INTENT(in) ::   Kbb, Kmm, Krhs   ! ocean time level
76      !
77      INTEGER  ::   ji, jj, jn, jl, jm
78      INTEGER  ::   iyear_beg, iyear_end
79      INTEGER  ::   im1, im2, ierr
80      REAL(wp) ::   ztap, zdtap       
81      REAL(wp) ::   zt1, zt2, zt3, zt4, zv2
82      REAL(wp) ::   zsol      ! solubility
83      REAL(wp) ::   zsch      ! schmidt number
84      REAL(wp) ::   zpp_cfc   ! atmospheric partial pressure of CFC
85      REAL(wp) ::   zca_cfc   ! concentration at equilibrium
86      REAL(wp) ::   zak_cfc   ! transfert coefficients
87      REAL(wp), ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:)  ::   zpatm     ! atmospheric function
88      !!----------------------------------------------------------------------
89      !
90      IF( ln_timing )   CALL timing_start('trc_sms_cfc')
91      !
92      ALLOCATE( zpatm(jphem,jp_cfc), STAT=ierr )
93      IF( ierr > 0 ) THEN
94         CALL ctl_stop( 'trc_sms_cfc: unable to allocate zpatm array' )   ;   RETURN
95      ENDIF
96
97      IF( kt == nittrc000 )   CALL cfc_init
98
99      ! Temporal interpolation
100      ! ----------------------
101      iyear_beg = nyear - 1900
102      IF ( nmonth <= 6 ) THEN
103         iyear_beg = iyear_beg - 1
104         im1       =  6 - nmonth + 1
105         im2       =  6 + nmonth - 1
106      ELSE
107         im1       = 12 - nmonth + 7
108         im2       =      nmonth - 7
109      ENDIF
110      ! Avoid bad interpolation if starting date is =< 1900
111      IF( iyear_beg .LE. 0      )  iyear_beg = 1
112      IF( iyear_beg .GE. jpyear )  iyear_beg = jpyear - 1
113      !
114      iyear_end = iyear_beg + 1
115
116      !                                                  !------------!
117      DO jl = 1, jp_cfc                                  !  CFC loop  !
118         !                                               !------------!
119         jn = jp_cfc0 + jl - 1
120         ! time interpolation at time kt
121         DO jm = 1, jphem
122            zpatm(jm,jl) = (  atm_cfc(iyear_beg, jm, jl) * REAL(im1, wp)  &
123               &           +  atm_cfc(iyear_end, jm, jl) * REAL(im2, wp) ) / 12.
124         END DO
125         
126         !                                                         !------------!
127         DO_2D_11_11
128 
129            ! space interpolation
130            zpp_cfc  =       xphem(ji,jj)   * zpatm(1,jl)   &
131               &     + ( 1.- xphem(ji,jj) ) * zpatm(2,jl)
132
133            ! Computation of concentration at equilibrium : in picomol/l
134            ! coefficient for solubility for CFC-11/12 in  mol/l/atm
135            IF( tmask(ji,jj,1) .GE. 0.5 ) THEN
136               ztap  = ( ts(ji,jj,1,jp_tem,Kmm) + 273.16 ) * 0.01
137               zdtap = sob(1,jl) + ztap * ( sob(2,jl) + ztap * sob(3,jl) ) 
138               zsol  =  EXP( soa(1,jl) + soa(2,jl) / ztap + soa(3,jl) * LOG( ztap )   &
139                  &                    + soa(4,jl) * ztap * ztap + ts(ji,jj,1,jp_sal,Kmm) * zdtap ) 
140            ELSE
141               zsol  = 0.e0
142            ENDIF
143            ! conversion from mol/l/atm to mol/m3/atm and from mol/m3/atm to mol/m3/pptv   
144            zsol = xconv4 * xconv3 * zsol * tmask(ji,jj,1) 
145            ! concentration at equilibrium
146            zca_cfc = xconv1 * zpp_cfc * zsol * tmask(ji,jj,1)             
147            ! Computation of speed transfert
148            !    Schmidt number revised in Wanninkhof (2014)
149            zt1  = ts(ji,jj,1,jp_tem,Kmm)
150            zt2  = zt1 * zt1 
151            zt3  = zt1 * zt2
152            zt4  = zt2 * zt2
153            zsch = sca(1,jl) + sca(2,jl) * zt1 + sca(3,jl) * zt2 + sca(4,jl) * zt3 + sca(5,jl) * zt4
154
155            !    speed transfert : formulae revised in Wanninkhof (2014)
156            zv2     = wndm(ji,jj) * wndm(ji,jj)
157            zsch    = zsch / 660.
158            zak_cfc = ( 0.251 * xconv2 * zv2 / SQRT(zsch) ) * tmask(ji,jj,1)
159
160            ! Input function  : speed *( conc. at equil - concen at surface )
161            ! tr(:,:,:,:,Kmm) in pico-mol/l idem qtr; ak in en m/a
162            qtr_cfc(ji,jj,jl) = -zak_cfc * ( tr(ji,jj,1,jn,Kbb) - zca_cfc )   &
163               &                         * tmask(ji,jj,1) * ( 1. - fr_i(ji,jj) )
164            ! Add the surface flux to the trend
165            tr(ji,jj,1,jn,Krhs) = tr(ji,jj,1,jn,Krhs) + qtr_cfc(ji,jj,jl) / e3t(ji,jj,1,Kmm) 
166
167            ! cumulation of surface flux at each time step
168            qint_cfc(ji,jj,jl) = qint_cfc(ji,jj,jl) + qtr_cfc(ji,jj,jl) * rn_Dt
169            !                                               !----------------!
170         END_2D
171         !                                                  !----------------!
172      END DO                                                !  end CFC loop  !
173      !
174      IF( lrst_trc ) THEN
175         IF(lwp) WRITE(numout,*)
176         IF(lwp) WRITE(numout,*) 'trc_sms_cfc : cumulated input function fields written in ocean restart file ',   &
177            &                    'at it= ', kt,' date= ', ndastp
178         IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~'
179         jl = 0
180         DO jn = jp_cfc0, jp_cfc1
181             jl = jl + 1
182            CALL iom_rstput( kt, nitrst, numrtw, 'qint_'//ctrcnm(jn), qint_cfc(:,:,jl) )
183         END DO
184      ENDIF                                           
185      !
186      IF( lk_iomput ) THEN
187         jl = 0
188         DO jn = jp_cfc0, jp_cfc1
189            jl = jl + 1
190            CALL iom_put( 'qtr_'//TRIM(ctrcnm(jn)) , qtr_cfc (:,:,jl) )
191            CALL iom_put( 'qint_'//TRIM(ctrcnm(jn)), qint_cfc(:,:,jl) )
192         ENDDO
193      END IF
194      !
195      IF( l_trdtrc ) THEN
196          DO jn = jp_cfc0, jp_cfc1
197            CALL trd_trc( tr(:,:,:,jn,Krhs), jn, jptra_sms, kt, Kmm )   ! save trends
198          END DO
199      END IF
200      !
201      IF( ln_timing )   CALL timing_stop('trc_sms_cfc')
202      !
203   END SUBROUTINE trc_sms_cfc
204
205
206   SUBROUTINE cfc_init
207      !!---------------------------------------------------------------------
208      !!                     ***  cfc_init  *** 
209      !!
210      !! ** Purpose : sets constants for CFC model
211      !!---------------------------------------------------------------------
212      INTEGER ::   jn, jl   !
213      !!----------------------------------------------------------------------
214      !
215      jn = 0 
216      ! coefficient for CFC11
217      !----------------------
218      if ( ln_cfc11 ) then
219         jn = jn + 1
220         ! Solubility
221         soa(1,jn) = -229.9261 
222         soa(2,jn) =  319.6552
223         soa(3,jn) =  119.4471
224         soa(4,jn) =  -1.39165
225
226         sob(1,jn) =  -0.142382
227         sob(2,jn) =   0.091459
228         sob(3,jn) =  -0.0157274
229
230         ! Schmidt number
231         sca(1,jn) = 3579.2
232         sca(2,jn) = -222.63
233         sca(3,jn) = 7.5749
234         sca(4,jn) = -0.14595
235         sca(5,jn) = 0.0011874
236
237         ! atm. concentration
238         atm_cfc(:,:,jn) = p_cfc(:,:,1)
239      endif
240
241      ! coefficient for CFC12
242      !----------------------
243      if ( ln_cfc12 ) then
244         jn = jn + 1
245         ! Solubility
246         soa(1,jn) = -218.0971
247         soa(2,jn) =  298.9702
248         soa(3,jn) =  113.8049
249         soa(4,jn) =  -1.39165
250
251         sob(1,jn) =  -0.143566
252         sob(2,jn) =   0.091015
253         sob(3,jn) =  -0.0153924
254
255         ! schmidt number
256         sca(1,jn) = 3828.1
257         sca(2,jn) = -249.86
258         sca(3,jn) = 8.7603
259         sca(4,jn) = -0.1716
260         sca(5,jn) = 0.001408
261
262         ! atm. concentration
263         atm_cfc(:,:,jn) = p_cfc(:,:,2)
264      endif
265
266      ! coefficient for SF6
267      !----------------------
268      if ( ln_sf6 ) then
269         jn = jn + 1
270         ! Solubility
271         soa(1,jn) = -80.0343
272         soa(2,jn) = 117.232
273         soa(3,jn) =  29.5817
274         soa(4,jn) =   0.0
275
276         sob(1,jn) =  0.0335183 
277         sob(2,jn) = -0.0373942 
278         sob(3,jn) =  0.00774862
279
280         ! schmidt number
281         sca(1,jn) = 3177.5
282         sca(2,jn) = -200.57
283         sca(3,jn) = 6.8865
284         sca(4,jn) = -0.13335
285         sca(5,jn) = 0.0010877
286 
287         ! atm. concentration
288         atm_cfc(:,:,jn) = p_cfc(:,:,3)
289       endif
290
291      IF( ln_rsttr ) THEN
292         IF(lwp) WRITE(numout,*)
293         IF(lwp) WRITE(numout,*) ' Read specific variables from CFC model '
294         IF(lwp) WRITE(numout,*) ' ~~~~~~~~~~~~~~'
295         !
296         jl = 0
297         DO jn = jp_cfc0, jp_cfc1
298            jl = jl + 1
299            CALL iom_get( numrtr, jpdom_autoglo, 'qint_'//ctrcnm(jn), qint_cfc(:,:,jl) ) 
300         END DO
301      ENDIF
302      IF(lwp) WRITE(numout,*)
303      !
304   END SUBROUTINE cfc_init
305
306
307   INTEGER FUNCTION trc_sms_cfc_alloc()
308      !!----------------------------------------------------------------------
309      !!                     ***  ROUTINE trc_sms_cfc_alloc  ***
310      !!----------------------------------------------------------------------
311      ALLOCATE( xphem   (jpi,jpj)        , atm_cfc(jpyear,jphem,jp_cfc)  ,    &
312         &      qtr_cfc (jpi,jpj,jp_cfc) , qint_cfc(jpi,jpj,jp_cfc)      ,    &
313         &      soa(4,jp_cfc)    ,  sob(3,jp_cfc)   ,  sca(5,jp_cfc)     ,    &
314         &      STAT=trc_sms_cfc_alloc )
315         !
316      IF( trc_sms_cfc_alloc /= 0 ) CALL ctl_stop( 'STOP', 'trc_sms_cfc_alloc : failed to allocate arrays.' )
317      !
318   END FUNCTION trc_sms_cfc_alloc
319
320   !!======================================================================
321END MODULE trcsms_cfc
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.