source: NEMO/trunk/src/TOP/PISCES/P4Z/p4zbc.F90 @ 13226

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1MODULE p4zbc
2   !!======================================================================
3   !!                         ***  MODULE p4sbc  ***
4   !! TOP :   PISCES surface boundary conditions of external inputs of nutrients
5   !!======================================================================
6   !! History :   3.5  !  2012-07 (O. Aumont, C. Ethe) Original code
7   !!----------------------------------------------------------------------
8   !!   p4z_bc        :  Read and interpolate time-varying nutrients fluxes
9   !!   p4z_bc_init   :  Initialization of p4z_bc
10   !!----------------------------------------------------------------------
11   USE oce_trc         !  shared variables between ocean and passive tracers
12   USE trc             !  passive tracers common variables
13   USE sms_pisces      !  PISCES Source Minus Sink variables
14   USE iom             !  I/O manager
15   USE fldread         !  time interpolation
16   USE trcbc
17
18   IMPLICIT NONE
19   PRIVATE
20
21   PUBLIC   p4z_bc
22   PUBLIC   p4z_bc_init   
23
24   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_ironsed   !: boolean for Fe input from sediments
25   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_hydrofe   !: boolean for Fe input from hydrothermal vents
26   REAL(wp), PUBLIC ::   sedfeinput   !: Coastal release of Iron
27   REAL(wp), PUBLIC ::   icefeinput   !: Iron concentration in sea ice
28   REAL(wp), PUBLIC ::   wdust        !: Sinking speed of the dust
29   REAL(wp), PUBLIC ::   mfrac        !: Mineral Content of the dust
30   REAL(wp)         ::   hratio       !: Fe:3He ratio assumed for vent iron supply
31   REAL(wp)         ::   distcoast    !: Distance off the coast for Iron from sediments
32   REAL(wp), PUBLIC ::   lgw_rath     !: Weak ligand ratio from hydro sources
33
34   LOGICAL , PUBLIC ::   ll_bc
35   LOGICAL , PUBLIC ::   ll_dust      !: boolean for dust input from the atmosphere
36   LOGICAL , PUBLIC ::   ll_river     !: boolean for river input of nutrients
37   LOGICAL , PUBLIC ::   ll_ndepo     !: boolean for atmospheric deposition of N
38   TYPE(FLD), ALLOCATABLE, DIMENSION(:) ::   sf_dust      ! structure of input dust
39   TYPE(FLD), ALLOCATABLE, DIMENSION(:) ::   sf_ironsed   ! structure of input iron from sediment
40   TYPE(FLD), ALLOCATABLE, DIMENSION(:) ::   sf_hydrofe   ! structure of input iron from sediment
41
42   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)   ::   dust    !: dust fields
43   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   ironsed          !: Coastal supply of iron
44   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   hydrofe          !: Hydrothermal vent supply of iron
45
46   REAL(wp), PUBLIC :: sedsilfrac, sedcalfrac
47
48   !! * Substitutions
49#  include "do_loop_substitute.h90"
50   !!----------------------------------------------------------------------
51   !! NEMO/TOP 4.0 , NEMO Consortium (2018)
52   !! $Id: p4zbc.F90 10869 2019-04-15 10:34:03Z cetlod $
53   !! Software governed by the CeCILL license (see ./LICENSE)
54   !!----------------------------------------------------------------------
55CONTAINS
56
57   SUBROUTINE p4z_bc( kt, Kbb, Kmm, Krhs )
58      !!----------------------------------------------------------------------
59      !!                  ***  routine p4z_bc  ***
60      !!
61      !! ** purpose :   read and interpolate the external sources of nutrients
62      !!
63      !! ** method  :   read the files and interpolate the appropriate variables
64      !!
65      !! ** input   :   external netcdf files
66      !!
67      !!----------------------------------------------------------------------
68      INTEGER, INTENT(in) ::   kt              ! ocean time step
69      INTEGER, INTENT(in) ::   Kbb, Kmm, Krhs  ! time level index
70      !
71      INTEGER  ::  ji, jj, jk, jl 
72      REAL(wp) ::  zcoef, zyyss
73      REAL(wp) ::  zdep, ztrfer, zwdust, zwflux, zrivdin
74      !
75      CHARACTER (len=25) :: charout
76      REAL(wp), ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:,:) :: zirondep
77      REAL(wp), ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:  ) :: zironice, zndep
78      !!---------------------------------------------------------------------
79      !
80      IF( ln_timing )   CALL timing_start('p4z_bc')
81      !
82      IF( ll_dust )  THEN
83         ALLOCATE(  zirondep(jpi,jpj,jpk) )
84         !
85         CALL fld_read( kt, 1, sf_dust )
86         dust(:,:) = MAX( rtrn, sf_dust(1)%fnow(:,:,1) )
87         !
88         jl = n_trc_indsbc(jpfer)
89         zirondep(:,:,1) = rf_trsfac(jl) * sf_trcsbc(jl)%fnow(:,:,1) / e3t(:,:,1,Kmm) / rn_sbc_time
90         !                                              ! Iron solubilization of particles in the water column
91         !                                              ! dust in kg/m2/s ---> 1/55.85 to put in mol/Fe ;  wdust in m/j
92         zwdust = 0.03 / ( wdust / rday ) / ( 270. * rday )
93         DO jk = 2, jpkm1
94            zirondep(:,:,jk) = ( mfrac * dust(:,:) * zwdust / mMass_Fe ) * rfact * EXP( -gdept(:,:,jk,Kmm) / 540. )
95            tr(:,:,jk,jpfer,Krhs) = tr(:,:,jk,jpfer,Krhs) + zirondep(:,:,jk)
96            tr(:,:,jk,jppo4,Krhs) = tr(:,:,jk,jppo4,Krhs) + zirondep(:,:,jk) * 0.023
97         ENDDO
98         !
99         IF( lk_iomput ) THEN
100             CALL iom_put( "Irondep", zirondep(:,:,1) * 1.e+3 * rfactr * e3t(:,:,1,Kmm) * tmask(:,:,1) ) ! surface downward dust depo of iron
101             CALL iom_put( "pdust"  , dust(:,:) / ( wdust * rday ) * tmask(:,:,1) ) ! dust concentration at surface
102         ENDIF
103         DEALLOCATE( zirondep )
104      ENDIF
105
106      ! N/P and Si releases due to coastal rivers
107      ! Compute river at nit000 or only if there is more than 1 time record in river file
108      ! -----------------------------------------
109            ! Add the external input of nutrients from river
110      ! ----------------------------------------------------------
111      IF( ll_river ) THEN
112          jl = n_trc_indcbc(jpno3)
113          DO_2D_11_11
114             DO jk = 1, nk_rnf(ji,jj)
115                zcoef = rn_rfact / ( e1e2t(ji,jj) * h_rnf(ji,jj) * rn_cbc_time ) * tmask(ji,jj,1)
116                zrivdin = rf_trcfac(jl) * sf_trccbc(jl)%fnow(ji,jj,1) * zcoef
117                tr(ji,jj,jk,jptal,Krhs) = tr(ji,jj,jk,jptal,Krhs) - rno3 * zrivdin * rfact
118            ENDDO
119          END_2D
120      ENDIF
121     
122      ! Add the external input of nutrients from nitrogen deposition
123      ! ----------------------------------------------------------
124      IF( ll_ndepo ) THEN
125         ALLOCATE( zndep(jpi,jpj) )
126         IF( ln_trc_sbc(jpno3) ) THEN
127            jl = n_trc_indsbc(jpno3)
128            zndep(:,:) = rf_trsfac(jl) * sf_trcsbc(jl)%fnow(:,:,1) / e3t(:,:,1,Kmm) / rn_sbc_time
129            tr(:,:,1,jptal,Krhs) = tr(:,:,1,jptal,Krhs) - rno3 * zndep(:,:) * rfact
130         ENDIF
131         IF( ln_trc_sbc(jpnh4) ) THEN
132            jl = n_trc_indsbc(jpnh4)
133            zndep(:,:) = rf_trsfac(jl) * sf_trcsbc(jl)%fnow(:,:,1) / e3t(:,:,1,Kmm) / rn_sbc_time
134            tr(:,:,1,jptal,Krhs) = tr(:,:,1,jptal,Krhs) - rno3 * zndep(:,:) * rfact
135         ENDIF
136         DEALLOCATE( zndep )
137      ENDIF
138      !
139      ! Iron input/uptake due to sea ice : Crude parameterization based on
140      ! Lancelot et al.
141      ! ----------------------------------------------------
142      IF( ln_ironice ) THEN
143         !
144         ALLOCATE( zironice(jpi,jpj) )
145         !
146         DO_2D_11_11
147            zdep    = rfact / e3t(ji,jj,1,Kmm)
148            zwflux  = fmmflx(ji,jj) / 1000._wp
149            zironice(ji,jj) =  MAX( -0.99 * tr(ji,jj,1,jpfer,Kbb), -zwflux * icefeinput * zdep )
150         END_2D
151         !
152         tr(:,:,1,jpfer,Krhs) = tr(:,:,1,jpfer,Krhs) + zironice(:,:)
153         !
154         IF( lk_iomput )  CALL iom_put( "Ironice", zironice(:,:) * 1.e+3 * rfactr * e3t(:,:,1,Kmm) * tmask(:,:,1) ) ! iron flux from ice
155         !
156         DEALLOCATE( zironice )
157         !
158      ENDIF
159
160      ! Add the external input of iron from sediment mobilization
161      ! ------------------------------------------------------
162      IF( ln_ironsed .AND. .NOT.lk_sed ) THEN
163          tr(:,:,:,jpfer,Krhs) = tr(:,:,:,jpfer,Krhs) + ironsed(:,:,:) * rfact
164          !
165          IF( lk_iomput )  CALL iom_put( "Ironsed", ironsed(:,:,:) * 1.e+3 * tmask(:,:,:) ) 
166      ENDIF
167
168      ! Add the external input of iron from hydrothermal vents
169      ! ------------------------------------------------------
170      IF( ln_hydrofe ) THEN
171         CALL fld_read( kt, 1, sf_hydrofe )
172         DO jk = 1, jpk
173            hydrofe(:,:,jk) = ( MAX( rtrn, sf_hydrofe(1)%fnow(:,:,jk) ) * hratio ) &
174              &              / ( e1e2t(:,:) * e3t(:,:,jk,Kmm) * ryyss + rtrn ) / 1000._wp &
175              &              * tmask(:,:,jk)
176         ENDDO
177                         tr(:,:,:,jpfer,Krhs) = tr(:,:,:,jpfer,Krhs) + hydrofe(:,:,:) * rfact
178         IF( ln_ligand ) tr(:,:,:,jplgw,Krhs) = tr(:,:,:,jplgw,Krhs) + ( hydrofe(:,:,:) * lgw_rath ) * rfact
179         !
180         IF( lk_iomput ) CALL iom_put( "HYDR", hydrofe(:,:,:) * 1.e+3 * tmask(:,:,:) ) ! hydrothermal iron input
181      ENDIF
182      IF( ln_timing )  CALL timing_stop('p4z_bc')
183      !
184   END SUBROUTINE p4z_bc
185
186
187   SUBROUTINE p4z_bc_init( Kmm ) 
188      !!----------------------------------------------------------------------
189      !!                  ***  routine p4z_bc_init  ***
190      !!
191      !! ** purpose :   initialization of the external sources of nutrients
192      !!
193      !! ** method  :   read the files and compute the budget
194      !!                called at the first timestep (nittrc000)
195      !!
196      !! ** input   :   external netcdf files
197      !!
198      !!----------------------------------------------------------------------
199      INTEGER, INTENT( in ) ::   Kmm  ! time level index
200      INTEGER  :: ji, jj, jk, jm
201      INTEGER  :: ii0, ii1, ij0, ij1
202      INTEGER  :: numiron
203      INTEGER  :: ierr, ierr1, ierr2, ierr3
204      INTEGER  :: ios                 ! Local integer output status for namelist read
205      INTEGER  :: ik50                !  last level where depth less than 50 m
206      REAL(wp) :: zexpide, zdenitide, zmaskt, zsurfc, zsurfp,ze3t, ze3t2, zcslp
207      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE :: zriver, zcmask
208      !
209      CHARACTER(len=100) ::  cn_dir          ! Root directory for location of ssr files
210      TYPE(FLD_N) ::   sn_dust, sn_ironsed, sn_hydrofe   ! informations about the fields to be read
211      !!
212      NAMELIST/nampisbc/cn_dir, sn_dust, sn_ironsed, sn_hydrofe, &
213        &                ln_ironsed, ln_ironice, ln_hydrofe,    &
214        &                sedfeinput, distcoast, icefeinput, wdust, mfrac,  &
215        &                hratio, lgw_rath
216      !!----------------------------------------------------------------------
217      !
218      IF(lwp) THEN
219         WRITE(numout,*)
220         WRITE(numout,*) 'p4z_bc_init : initialization of the external sources of nutrients '
221         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~ '
222      ENDIF
223      !                            !* set file information
224      READ  ( numnatp_ref, nampisbc, IOSTAT = ios, ERR = 901)
225901   IF( ios /= 0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'nampisbc in reference namelist' )
226      READ  ( numnatp_cfg, nampisbc, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
227902   IF( ios >  0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'nampisbc in configuration namelist' )
228      IF(lwm) WRITE ( numonp, nampisbc )
229
230
231      IF(lwp) THEN
232         WRITE(numout,*) '   Namelist : nampissbc '
233         WRITE(numout,*) '      Fe input from sediments                  ln_ironsed  = ', ln_ironsed
234         WRITE(numout,*) '      Fe input from seaice                     ln_ironice  = ', ln_ironice
235         WRITE(numout,*) '      fe input from hydrothermal vents         ln_hydrofe  = ', ln_hydrofe
236         IF( ln_ironsed ) THEN
237            WRITE(numout,*) '      coastal release of iron                  sedfeinput  = ', sedfeinput
238            WRITE(numout,*) '      distance off the coast                   distcoast   = ', distcoast
239         ENDIF
240         IF( ln_ligand ) THEN
241            WRITE(numout,*) '      Weak ligand ratio from sed hydro sources  lgw_rath   = ', lgw_rath
242         ENDIF
243         IF( ln_ironice ) THEN
244            WRITE(numout,*) '      Iron concentration in sea ice            icefeinput  = ', icefeinput
245         ENDIF
246         IF( ln_trc_sbc(jpfer) ) THEN
247            WRITE(numout,*) '      Mineral Fe content of the dust           mfrac       = ', mfrac
248            WRITE(numout,*) '      sinking speed of the dust                wdust       = ', wdust
249         ENDIF
250         IF( ln_hydrofe ) THEN
251            WRITE(numout,*) '      Fe to 3He ratio assumed for vent iron supply hratio  = ', hratio
252         ENDIF
253      END IF
254
255      ll_bc    = ( ln_trcbc .AND. lltrcbc )  .OR. ln_hydrofe .OR. ln_ironsed .OR. ln_ironice
256      ll_dust  =  ln_trc_sbc(jpfer)   
257      ll_ndepo =  ln_trc_sbc(jpno3) .OR. ln_trc_sbc(jpnh4)   
258      ll_river =  ln_trc_cbc(jpno3) 
259
260      ! dust input from the atmosphere
261      ! ------------------------------
262      IF( ll_dust ) THEN
263         !
264         IF(lwp) WRITE(numout,*) '    initialize dust input from atmosphere '
265         IF(lwp) WRITE(numout,*) '    ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ '
266         !
267         ALLOCATE( dust(jpi,jpj) ) 
268         !
269         ALLOCATE( sf_dust(1), STAT=ierr )           !* allocate and fill sf_sst (forcing structure) with sn_sst
270         IF( ierr > 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'p4z_sed_init: unable to allocate sf_dust structure' )
271         !
272         CALL fld_fill( sf_dust, (/ sn_dust /), cn_dir, 'p4z_sed_init', 'Atmospheric dust deposition', 'nampissed' )
273                                   ALLOCATE( sf_dust(1)%fnow(jpi,jpj,1)   )
274         IF( sn_dust%ln_tint )     ALLOCATE( sf_dust(1)%fdta(jpi,jpj,1,2) )
275         !
276      END IF
277
278      ! coastal and island masks
279      ! ------------------------
280      IF( ln_ironsed ) THEN     
281         !
282         IF(lwp) WRITE(numout,*)
283         IF(lwp) WRITE(numout,*) '   ==>>>   ln_ironsed=T , computation of an island mask to enhance coastal supply of iron'
284         !
285         ALLOCATE( ironsed(jpi,jpj,jpk) )    ! allocation
286         !
287         CALL iom_open ( TRIM( sn_ironsed%clname ), numiron )
288         ALLOCATE( zcmask(jpi,jpj,jpk) )
289         CALL iom_get  ( numiron, jpdom_data, TRIM( sn_ironsed%clvar ), zcmask(:,:,:), 1 )
290         CALL iom_close( numiron )
291         !
292         ik50 = 5        !  last level where depth less than 50 m
293         DO jk = jpkm1, 1, -1
294            IF( gdept_1d(jk) > 50. )   ik50 = jk - 1
295         END DO
296         IF(lwp) WRITE(numout,*)
297         IF(lwp) WRITE(numout,*) ' Level corresponding to 50m depth ',  ik50,' ', gdept_1d(ik50+1)
298         DO_3D_00_00( 1, ik50 )
299            ze3t   = e3t_0(ji,jj,jk)
300            zsurfc =  e1u(ji,jj) * ( 1. - umask(ji  ,jj  ,jk) )   &
301                    + e1u(ji,jj) * ( 1. - umask(ji-1,jj  ,jk) )   &
302                    + e2v(ji,jj) * ( 1. - vmask(ji  ,jj  ,jk) )   &
303                    + e2v(ji,jj) * ( 1. - vmask(ji  ,jj-1,jk) )
304            zsurfp = zsurfc * ze3t / e1e2t(ji,jj)
305            ! estimation of the coastal slope : 5 km off the coast
306            ze3t2 = ze3t * ze3t
307            zcslp = SQRT( ( distcoast*distcoast + ze3t2 ) / ze3t2 )
308            !
309            zcmask(ji,jj,jk) = zcmask(ji,jj,jk) + zcslp * zsurfp
310         END_3D
311         !
312         CALL lbc_lnk( 'p4zbc', zcmask , 'T', 1.0_wp )      ! lateral boundary conditions on cmask   (sign unchanged)
313         !
314         DO_3D_11_11( 1, jpk )
315            zexpide   = MIN( 8.,( gdept(ji,jj,jk,Kmm) / 500. )**(-1.5) )
316            zdenitide = -0.9543 + 0.7662 * LOG( zexpide ) - 0.235 * LOG( zexpide )**2
317            zcmask(ji,jj,jk) = zcmask(ji,jj,jk) * MIN( 1., EXP( zdenitide ) / 0.5 )
318         END_3D
319         ! Coastal supply of iron
320         ! -------------------------
321         ironsed(:,:,jpk) = 0._wp
322         DO jk = 1, jpkm1
323            ironsed(:,:,jk) = sedfeinput * zcmask(:,:,jk) / ( e3t_0(:,:,jk) * rday )
324         END DO
325         DEALLOCATE( zcmask)
326      ENDIF
327      !
328      ! Iron from Hydrothermal vents
329      ! ------------------------
330      IF( ln_hydrofe ) THEN
331         !
332         IF(lwp) WRITE(numout,*)
333         IF(lwp) WRITE(numout,*) '   ==>>>   ln_hydrofe=T , Input of iron from hydrothermal vents'
334         !
335         ALLOCATE( hydrofe(jpi,jpj,jpk) )    ! allocation
336         !
337         ALLOCATE( sf_hydrofe(1), STAT=ierr )           !* allocate and fill sf_sst (forcing structure) with sn_sst
338         IF( ierr > 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'p4z_sed_init: unable to allocate sf_hydro structure' )
339         !
340         CALL fld_fill( sf_hydrofe, (/ sn_hydrofe /), cn_dir, 'p4z_sed_init', 'Input of iron from hydrothermal vents', 'nampisbc' )
341                                   ALLOCATE( sf_hydrofe(1)%fnow(jpi,jpj,jpk)   )
342         IF( sn_hydrofe%ln_tint )    ALLOCATE( sf_hydrofe(1)%fdta(jpi,jpj,jpk,2) )
343         !
344      ENDIF
345      !
346   END SUBROUTINE p4z_bc_init
347
348   !!======================================================================
349END MODULE p4zbc
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.