source: NEMO/trunk/src/TOP/PISCES/P4Z/p5zlim.F90 @ 13295

Last change on this file since 13295 was 13295, checked in by acc, 10 months ago

Replace do-loop macros in the trunk with alternative forms with greater flexibility for extra halo applications. This alters a lot of routines but does not change any behaviour or results. do_loop_substitute.h90 is greatly simplified by this change. SETTE results are identical to those with the previous revision

File size: 31.3 KB
Line 
1MODULE p5zlim
2   !!======================================================================
3   !!                         ***  MODULE p5zlim  ***
4   !! TOP :   PISCES with variable stoichiometry
5   !!======================================================================
6   !! History :   1.0  !  2004     (O. Aumont) Original code
7   !!             2.0  !  2007-12  (C. Ethe, G. Madec)  F90
8   !!             3.4  !  2011-04  (O. Aumont, C. Ethe) Limitation for iron modelled in quota
9   !!             3.6  !  2015-05  (O. Aumont) PISCES quota
10   !!----------------------------------------------------------------------
11   !!   p5z_lim        :   Compute the nutrients limitation terms
12   !!   p5z_lim_init   :   Read the namelist
13   !!----------------------------------------------------------------------
14   USE oce_trc         ! Shared ocean-passive tracers variables
15   USE trc             ! Tracers defined
16   USE p4zlim
17   USE sms_pisces      ! PISCES variables
18   USE iom             !  I/O manager
19
20   IMPLICIT NONE
21   PRIVATE
22
23   PUBLIC p5z_lim   
24   PUBLIC p5z_lim_init   
25   PUBLIC p5z_lim_alloc
26
27   !! * Shared module variables
28   REAL(wp), PUBLIC ::  concpno3    !:  NO3, PO4 half saturation   
29   REAL(wp), PUBLIC ::  concpnh4    !:  NH4 half saturation for phyto 
30   REAL(wp), PUBLIC ::  concnpo4    !:  NH4 half saturation for diatoms
31   REAL(wp), PUBLIC ::  concppo4    !:  NH4 half saturation for diatoms
32   REAL(wp), PUBLIC ::  concdpo4    !:  NH4 half saturation for diatoms
33   REAL(wp), PUBLIC ::  concpfer    !:  Iron half saturation for nanophyto
34   REAL(wp), PUBLIC ::  concbpo4    !:  PO4 half saturation for bacteria
35   REAL(wp), PUBLIC ::  xsizepic    !:  Minimum size criteria for diatoms
36   REAL(wp), PUBLIC ::  xsizerp     !:  Size ratio for nanophytoplankton
37   REAL(wp), PUBLIC ::  qfnopt      !:  optimal Fe quota for nanophyto
38   REAL(wp), PUBLIC ::  qfpopt      !:  optimal Fe quota for nanophyto
39   REAL(wp), PUBLIC ::  qfdopt      !:  optimal Fe quota for diatoms
40   REAL(wp), PUBLIC ::  qnnmin      !:  optimal Fe quota for diatoms
41   REAL(wp), PUBLIC ::  qnnmax      !:  optimal Fe quota for diatoms
42   REAL(wp), PUBLIC ::  qpnmin      !:  optimal Fe quota for diatoms
43   REAL(wp), PUBLIC ::  qpnmax      !:  optimal Fe quota for diatoms
44   REAL(wp), PUBLIC ::  qnpmin      !:  optimal Fe quota for diatoms
45   REAL(wp), PUBLIC ::  qnpmax      !:  optimal Fe quota for diatoms
46   REAL(wp), PUBLIC ::  qppmin      !:  optimal Fe quota for diatoms
47   REAL(wp), PUBLIC ::  qppmax      !:  optimal Fe quota for diatoms
48   REAL(wp), PUBLIC ::  qndmin      !:  optimal Fe quota for diatoms
49   REAL(wp), PUBLIC ::  qndmax      !:  optimal Fe quota for diatoms
50   REAL(wp), PUBLIC ::  qpdmin      !:  optimal Fe quota for diatoms
51   REAL(wp), PUBLIC ::  qpdmax      !:  optimal Fe quota for diatoms
52   REAL(wp), PUBLIC ::  qfnmax      !:  optimal Fe quota for diatoms
53   REAL(wp), PUBLIC ::  qfpmax      !:  optimal Fe quota for diatoms
54   REAL(wp), PUBLIC ::  qfdmax      !:  optimal Fe quota for diatoms
55   REAL(wp), PUBLIC ::  zpsinh4
56   REAL(wp), PUBLIC ::  zpsino3
57   REAL(wp), PUBLIC ::  zpsiuptk
58
59   !!*  Allometric variations of the quotas
60   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE,   DIMENSION(:,:,:)  ::   xqnnmin    !: ???
61   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE,   DIMENSION(:,:,:)  ::   xqnnmax    !: ???
62   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE,   DIMENSION(:,:,:)  ::   xqpnmin    !: ???
63   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE,   DIMENSION(:,:,:)  ::   xqpnmax    !: ???
64   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE,   DIMENSION(:,:,:)  ::   xqnpmin    !: ???
65   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE,   DIMENSION(:,:,:)  ::   xqnpmax    !: ???
66   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE,   DIMENSION(:,:,:)  ::   xqppmin    !: ???
67   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE,   DIMENSION(:,:,:)  ::   xqppmax    !: ???
68   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE,   DIMENSION(:,:,:)  ::   xqndmin    !: ???
69   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE,   DIMENSION(:,:,:)  ::   xqndmax    !: ???
70   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE,   DIMENSION(:,:,:)  ::   xqpdmin    !: ???
71   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE,   DIMENSION(:,:,:)  ::   xqpdmax    !: ???
72
73   !!* Phytoplankton limitation terms
74   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)  ::   xpicono3   !: ???
75   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)  ::   xpiconh4   !: ???
76   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)  ::   xpicopo4   !: ???
77   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)  ::   xnanodop   !: ???
78   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)  ::   xpicodop   !: ???
79   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)  ::   xdiatdop   !: ???
80   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)  ::   xnanofer   !: ???
81   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)  ::   xpicofer   !: ???
82   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)  ::   xdiatfer   !: ???
83   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)  ::   xlimpic    !: ???
84   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)  ::   xlimpfe    !: ???
85   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)  ::   fvnuptk
86   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)  ::   fvpuptk
87   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)  ::   fvduptk
88
89   ! Coefficient for iron limitation
90   REAL(wp) ::  xcoef1   = 0.00167  / 55.85
91   REAL(wp) ::  xcoef2   = 1.21E-5 * 14. / 55.85 / 7.625 * 0.5 * 1.5
92   REAL(wp) ::  xcoef3   = 1.15E-4 * 14. / 55.85 / 7.625 * 0.5 
93   !! * Substitutions
94#  include "do_loop_substitute.h90"
95   !!----------------------------------------------------------------------
96   !! NEMO/TOP 4.0 , NEMO Consortium (2018)
97   !! $Id: p5zlim.F90 10070 2018-08-28 14:30:54Z nicolasmartin $
98   !! Software governed by the CeCILL license (see ./LICENSE)
99   !!----------------------------------------------------------------------
100
101CONTAINS
102
103   SUBROUTINE p5z_lim( kt, knt, Kbb, Kmm )
104      !!---------------------------------------------------------------------
105      !!                     ***  ROUTINE p5z_lim  ***
106      !!
107      !! ** Purpose :   Compute the co-limitations by the various nutrients
108      !!              for the various phytoplankton species
109      !!
110      !! ** Method  : - ???
111      !!---------------------------------------------------------------------
112      !
113      INTEGER, INTENT(in)  :: kt, knt
114      INTEGER, INTENT(in)  :: Kbb, Kmm  ! time level indices
115      !
116      INTEGER  ::   ji, jj, jk
117      REAL(wp) ::   zlim1, zlim2, zlim3, zlim4, zno3, zferlim
118      REAL(wp) ::   z1_trndia, z1_trnpic, z1_trnphy, ztem1, ztem2, zetot1
119      REAL(wp) ::   zratio, zration, zratiof, znutlim, zfalim
120      REAL(wp) ::   zconc1d, zconc1dnh4, zconc0n, zconc0nnh4, zconc0npo4, zconc0dpo4
121      REAL(wp) ::   zconc0p, zconc0pnh4, zconc0ppo4, zconcpfe, zconcnfe, zconcdfe
122      REAL(wp) ::   fanano, fananop, fananof, fadiat, fadiatp, fadiatf
123      REAL(wp) ::   fapico, fapicop, fapicof
124      REAL(wp) ::   zrpho, zrass, zcoef, zfuptk, zratchl
125      REAL(wp) ::   zfvn, zfvp, zfvf, zsizen, zsizep, zsized, znanochl, zpicochl, zdiatchl
126      REAL(wp) ::   zqfemn, zqfemp, zqfemd, zbactno3, zbactnh4
127      !!---------------------------------------------------------------------
128      !
129      IF( ln_timing )   CALL timing_start('p5z_lim')
130      !
131      zratchl = 6.0
132      !
133      DO_3D( 1, 1, 1, 1, 1, jpkm1 )
134         !
135         ! Tuning of the iron concentration to a minimum level that is set to the detection limit
136         !-------------------------------------
137         zno3    = tr(ji,jj,jk,jpno3,Kbb) / 40.e-6
138         zferlim = MAX( 3e-11 * zno3 * zno3, 5e-12 )
139         zferlim = MIN( zferlim, 7e-11 )
140         tr(ji,jj,jk,jpfer,Kbb) = MAX( tr(ji,jj,jk,jpfer,Kbb), zferlim )
141
142         ! Computation of the mean relative size of each community
143         ! -------------------------------------------------------
144         z1_trnphy   = 1. / ( tr(ji,jj,jk,jpphy,Kbb) + rtrn )
145         z1_trnpic   = 1. / ( tr(ji,jj,jk,jppic,Kbb) + rtrn )
146         z1_trndia   = 1. / ( tr(ji,jj,jk,jpdia,Kbb) + rtrn )
147         znanochl = tr(ji,jj,jk,jpnch,Kbb) * z1_trnphy
148         zpicochl = tr(ji,jj,jk,jppch,Kbb) * z1_trnpic
149         zdiatchl = tr(ji,jj,jk,jpdch,Kbb) * z1_trndia
150
151         ! Computation of a variable Ks for iron on diatoms taking into account
152         ! that increasing biomass is made of generally bigger cells
153         !------------------------------------------------
154         zsized            = sized(ji,jj,jk)**0.81
155         zconcdfe          = concdfer * zsized
156         zconc1d           = concdno3 * zsized
157         zconc1dnh4        = concdnh4 * zsized
158         zconc0dpo4        = concdpo4 * zsized
159
160         zsizep            = 1.
161         zconcpfe          = concpfer * zsizep
162         zconc0p           = concpno3 * zsizep
163         zconc0pnh4        = concpnh4 * zsizep
164         zconc0ppo4        = concppo4 * zsizep
165
166         zsizen            = 1.
167         zconcnfe          = concnfer * zsizen
168         zconc0n           = concnno3 * zsizen
169         zconc0nnh4        = concnnh4 * zsizen
170         zconc0npo4        = concnpo4 * zsizen
171
172         ! Allometric variations of the minimum and maximum quotas
173         ! From Talmy et al. (2014) and Maranon et al. (2013)
174         ! -------------------------------------------------------
175         xqnnmin(ji,jj,jk) = qnnmin
176         xqnnmax(ji,jj,jk) = qnnmax
177         xqndmin(ji,jj,jk) = qndmin * sized(ji,jj,jk)**(-0.27) 
178         xqndmax(ji,jj,jk) = qndmax
179         xqnpmin(ji,jj,jk) = qnpmin
180         xqnpmax(ji,jj,jk) = qnpmax
181
182         ! Computation of the optimal allocation parameters
183         ! Based on the different papers by Pahlow et al., and Smith et al.
184         ! -----------------------------------------------------------------
185         znutlim = MAX( tr(ji,jj,jk,jpnh4,Kbb) / zconc0nnh4,    &
186           &         tr(ji,jj,jk,jpno3,Kbb) / zconc0n)
187         fanano = MAX(0.01, MIN(0.99, 1. / ( SQRT(znutlim) + 1.) ) )
188         znutlim = tr(ji,jj,jk,jppo4,Kbb) / zconc0npo4
189         fananop = MAX(0.01, MIN(0.99, 1. / ( SQRT(znutlim) + 1.) ) )
190         znutlim = biron(ji,jj,jk) / zconcnfe
191         fananof = MAX(0.01, MIN(0.99, 1. / ( SQRT(znutlim) + 1.) ) )
192         znutlim = MAX( tr(ji,jj,jk,jpnh4,Kbb) / zconc0pnh4,    &
193           &         tr(ji,jj,jk,jpno3,Kbb) / zconc0p)
194         fapico = MAX(0.01, MIN(0.99, 1. / ( SQRT(znutlim) + 1.) ) )
195         znutlim = tr(ji,jj,jk,jppo4,Kbb) / zconc0ppo4
196         fapicop = MAX(0.01, MIN(0.99, 1. / ( SQRT(znutlim) + 1.) ) )
197         znutlim = biron(ji,jj,jk) / zconcpfe
198         fapicof = MAX(0.01, MIN(0.99, 1. / ( SQRT(znutlim) + 1.) ) )
199         znutlim = MAX( tr(ji,jj,jk,jpnh4,Kbb) / zconc1dnh4,    &
200           &         tr(ji,jj,jk,jpno3,Kbb) / zconc1d )
201         fadiat = MAX(0.01, MIN(0.99, 1. / ( SQRT(znutlim) + 1.) ) )
202         znutlim = tr(ji,jj,jk,jppo4,Kbb) / zconc0dpo4
203         fadiatp = MAX(0.01, MIN(0.99, 1. / ( SQRT(znutlim) + 1.) ) )
204         znutlim = biron(ji,jj,jk) / zconcdfe
205         fadiatf = MAX(0.01, MIN(0.99, 1. / ( SQRT(znutlim) + 1.) ) )
206         !
207         ! Michaelis-Menten Limitation term for nutrients Small bacteria
208         ! -------------------------------------------------------------
209         zbactnh4 = tr(ji,jj,jk,jpnh4,Kbb) / ( concbnh4 + tr(ji,jj,jk,jpnh4,Kbb) )
210         zbactno3 = tr(ji,jj,jk,jpno3,Kbb) / ( concbno3 + tr(ji,jj,jk,jpno3,Kbb) ) * (1. - zbactnh4)
211         !
212         zlim1    = zbactno3 + zbactnh4
213         zlim2    = tr(ji,jj,jk,jppo4,Kbb) / ( tr(ji,jj,jk,jppo4,Kbb) + concbpo4)
214         zlim3    = biron(ji,jj,jk) / ( concbfe + biron(ji,jj,jk) )
215         zlim4    = tr(ji,jj,jk,jpdoc,Kbb) / ( xkdoc   + tr(ji,jj,jk,jpdoc,Kbb) )
216         xlimbacl(ji,jj,jk) = MIN( zlim1, zlim2, zlim3 )
217         xlimbac (ji,jj,jk) = xlimbacl(ji,jj,jk) * zlim4
218         !
219         ! Michaelis-Menten Limitation term for nutrients Small flagellates
220         ! -----------------------------------------------
221         zfalim = (1.-fanano) / fanano
222         xnanonh4(ji,jj,jk) = (1. - fanano) * tr(ji,jj,jk,jpnh4,Kbb) / ( zfalim * zconc0nnh4 + tr(ji,jj,jk,jpnh4,Kbb) )
223         xnanono3(ji,jj,jk) = (1. - fanano) * tr(ji,jj,jk,jpno3,Kbb) / ( zfalim * zconc0n + tr(ji,jj,jk,jpno3,Kbb) )  &
224         &                    * (1. - xnanonh4(ji,jj,jk))
225         !
226         zfalim = (1.-fananop) / fananop
227         xnanopo4(ji,jj,jk) = (1. - fananop) * tr(ji,jj,jk,jppo4,Kbb) / ( tr(ji,jj,jk,jppo4,Kbb) + zfalim * zconc0npo4 )
228         xnanodop(ji,jj,jk) = tr(ji,jj,jk,jpdop,Kbb) / ( tr(ji,jj,jk,jpdop,Kbb) + xkdoc )   &
229         &                    * ( 1.0 - xnanopo4(ji,jj,jk) )
230         xnanodop(ji,jj,jk) = 0.
231         !
232         zfalim = (1.-fananof) / fananof
233         xnanofer(ji,jj,jk) = (1. - fananof) * biron(ji,jj,jk) / ( biron(ji,jj,jk) + zfalim * zconcnfe )
234         !
235         zratiof   = tr(ji,jj,jk,jpnfe,Kbb) * z1_trnphy
236         zqfemn = xcoef1 * znanochl + xcoef2 + xcoef3 * xnanono3(ji,jj,jk)
237         !
238         zration = tr(ji,jj,jk,jpnph,Kbb) * z1_trnphy
239         zration = MIN(xqnnmax(ji,jj,jk), MAX( 2. * xqnnmin(ji,jj,jk), zration ))
240         fvnuptk(ji,jj,jk) = 1. / zpsiuptk * rno3 * 2. * xqnnmin(ji,jj,jk) / (zration + rtrn)  &
241         &                   * MAX(0., (1. - zratchl * znanochl / 12. ) )
242         !
243         zlim1    = max(0., (zration - 2. * xqnnmin(ji,jj,jk) )  &
244         &          / (xqnnmax(ji,jj,jk) - 2. * xqnnmin(ji,jj,jk) ) ) * xqnnmax(ji,jj,jk)  &
245         &          / (zration + rtrn)
246         zlim3    = MAX( 0.,( zratiof - zqfemn ) / qfnopt ) 
247         xlimnfe(ji,jj,jk) = MIN( 1., zlim3 )
248         xlimphy(ji,jj,jk) = MIN( 1., zlim1, zlim3 )
249         !
250         ! Michaelis-Menten Limitation term for nutrients picophytoplankton
251         ! ----------------------------------------------------------------
252         zfalim = (1.-fapico) / fapico 
253         xpiconh4(ji,jj,jk) = (1. - fapico) * tr(ji,jj,jk,jpnh4,Kbb) / ( zfalim * zconc0pnh4 + tr(ji,jj,jk,jpnh4,Kbb) )
254         xpicono3(ji,jj,jk) = (1. - fapico) * tr(ji,jj,jk,jpno3,Kbb) / ( zfalim * zconc0p + tr(ji,jj,jk,jpno3,Kbb) )  &
255         &                    * (1. - xpiconh4(ji,jj,jk))
256         !
257         zfalim = (1.-fapicop) / fapicop 
258         xpicopo4(ji,jj,jk) = (1. - fapicop) * tr(ji,jj,jk,jppo4,Kbb) / ( tr(ji,jj,jk,jppo4,Kbb) + zfalim * zconc0ppo4 )
259         xpicodop(ji,jj,jk) = tr(ji,jj,jk,jpdop,Kbb) / ( tr(ji,jj,jk,jpdop,Kbb) + xkdoc )   &
260         &                    * ( 1.0 - xpicopo4(ji,jj,jk) )
261         xpicodop(ji,jj,jk) = 0.
262         !
263         zfalim = (1.-fapicof) / fapicof
264         xpicofer(ji,jj,jk) = (1. - fapicof) * biron(ji,jj,jk) / ( biron(ji,jj,jk) + zfalim * zconcpfe )
265         !
266         zratiof   = tr(ji,jj,jk,jppfe,Kbb) * z1_trnpic
267         zqfemp = xcoef1 * zpicochl + xcoef2 + xcoef3 * xpicono3(ji,jj,jk)
268         !
269         zration   = tr(ji,jj,jk,jpnpi,Kbb) * z1_trnpic
270         zration = MIN(xqnpmax(ji,jj,jk), MAX( 2. * xqnpmin(ji,jj,jk), zration ))
271         fvpuptk(ji,jj,jk) = 1. / zpsiuptk * rno3 * 2. * xqnpmin(ji,jj,jk) / (zration + rtrn)  &
272         &                   * MAX(0., (1. - zratchl * zpicochl / 12. ) ) 
273         !
274         zlim1    = max(0., (zration - 2. * xqnpmin(ji,jj,jk) )  &
275         &          / (xqnpmax(ji,jj,jk) - 2. * xqnpmin(ji,jj,jk) ) ) * xqnpmax(ji,jj,jk)  &
276         &          / (zration + rtrn)
277         zlim3    = MAX( 0.,( zratiof - zqfemp ) / qfpopt )
278         xlimpfe(ji,jj,jk) = MIN( 1., zlim3 )
279         xlimpic(ji,jj,jk) = MIN( 1., zlim1, zlim3 )
280         !
281         !   Michaelis-Menten Limitation term for nutrients Diatoms
282         !   ------------------------------------------------------
283         zfalim = (1.-fadiat) / fadiat 
284         xdiatnh4(ji,jj,jk) = (1. - fadiat) * tr(ji,jj,jk,jpnh4,Kbb) / ( zfalim * zconc1dnh4 + tr(ji,jj,jk,jpnh4,Kbb) )
285         xdiatno3(ji,jj,jk) = (1. - fadiat) * tr(ji,jj,jk,jpno3,Kbb) / ( zfalim * zconc1d + tr(ji,jj,jk,jpno3,Kbb) )  &
286         &                    * (1. - xdiatnh4(ji,jj,jk))
287         !
288         zfalim = (1.-fadiatp) / fadiatp
289         xdiatpo4(ji,jj,jk) = (1. - fadiatp) * tr(ji,jj,jk,jppo4,Kbb) / ( tr(ji,jj,jk,jppo4,Kbb) + zfalim * zconc0dpo4 )
290         xdiatdop(ji,jj,jk) = tr(ji,jj,jk,jpdop,Kbb) / ( tr(ji,jj,jk,jpdop,Kbb) + xkdoc )  &
291         &                    * ( 1.0 - xdiatpo4(ji,jj,jk) )
292         xdiatdop(ji,jj,jk) = 0.
293         !
294         zfalim = (1.-fadiatf) / fadiatf
295         xdiatfer(ji,jj,jk) = (1. - fadiatf) * biron(ji,jj,jk) / ( biron(ji,jj,jk) + zfalim * zconcdfe )
296         !
297         zratiof   = tr(ji,jj,jk,jpdfe,Kbb) * z1_trndia
298         zqfemd = xcoef1 * zdiatchl + xcoef2 + xcoef3 * xdiatno3(ji,jj,jk)
299         !
300         zration   = tr(ji,jj,jk,jpndi,Kbb) * z1_trndia
301         zration = MIN(xqndmax(ji,jj,jk), MAX( 2. * xqndmin(ji,jj,jk), zration ))
302         fvduptk(ji,jj,jk) = 1. / zpsiuptk * rno3 * 2. * xqndmin(ji,jj,jk) / (zration + rtrn)   &
303         &                   * MAX(0., (1. - zratchl * zdiatchl / 12. ) ) 
304         !
305         zlim1    = max(0., (zration - 2. * xqndmin(ji,jj,jk) )    &
306         &          / (xqndmax(ji,jj,jk) - 2. * xqndmin(ji,jj,jk) ) )   &
307         &          * xqndmax(ji,jj,jk) / (zration + rtrn)
308         zlim3    = tr(ji,jj,jk,jpsil,Kbb) / ( tr(ji,jj,jk,jpsil,Kbb) + xksi(ji,jj) )
309         zlim4    = MAX( 0., ( zratiof - zqfemd ) / qfdopt )
310         xlimdfe(ji,jj,jk) = MIN( 1., zlim4 )
311         xlimdia(ji,jj,jk) = MIN( 1., zlim1, zlim3, zlim4 )
312         xlimsi(ji,jj,jk)  = MIN( zlim1, zlim4 )
313      END_3D
314      !
315      ! Compute the phosphorus quota values. It is based on Litchmann et al., 2004 and Daines et al, 2013.
316      ! The relative contribution of three fonctional pools are computed: light harvesting apparatus,
317      ! nutrient uptake pool and assembly machinery. DNA is assumed to represent 1% of the dry mass of
318      ! phytoplankton (see Daines et al., 2013).
319      ! --------------------------------------------------------------------------------------------------
320      DO_3D( 1, 1, 1, 1, 1, jpkm1 )
321         ! Size estimation of nanophytoplankton
322         ! ------------------------------------
323         zfvn = 2. * fvnuptk(ji,jj,jk)
324         sizen(ji,jj,jk) = MAX(1., MIN(xsizern, 1.0 / ( MAX(rtrn, zfvn) ) ) )
325
326         ! N/P ratio of nanophytoplankton
327         ! ------------------------------
328         zfuptk = 0.23 * zfvn
329         zrpho = 2.24 * tr(ji,jj,jk,jpnch,Kbb) / ( tr(ji,jj,jk,jpnph,Kbb) * rno3 * 15. + rtrn )
330         zrass = 1. - 0.2 - zrpho - zfuptk
331         xqpnmax(ji,jj,jk) = ( zfuptk + zrpho ) * 0.0128 * 16. + zrass * 1./ 7.2 * 16.
332         xqpnmax(ji,jj,jk) = xqpnmax(ji,jj,jk) * tr(ji,jj,jk,jpnph,Kbb) / ( tr(ji,jj,jk,jpphy,Kbb) + rtrn ) + 0.13
333         xqpnmin(ji,jj,jk) = 0.13 + 0.23 * 0.0128 * 16.
334
335         ! Size estimation of picophytoplankton
336         ! ------------------------------------
337         zfvn = 2. * fvpuptk(ji,jj,jk)
338         sizep(ji,jj,jk) = MAX(1., MIN(xsizerp, 1.0 / ( MAX(rtrn, zfvn) ) ) )
339
340         ! N/P ratio of picophytoplankton
341         ! ------------------------------
342         zfuptk = 0.35 * zfvn
343         zrpho = 2.24 * tr(ji,jj,jk,jppch,Kbb) / ( tr(ji,jj,jk,jpnpi,Kbb) * rno3 * 15. + rtrn )
344         zrass = 1. - 0.4 - zrpho - zfuptk
345         xqppmax(ji,jj,jk) =  (zrpho + zfuptk) * 0.0128 * 16. + zrass * 1./ 9. * 16.
346         xqppmax(ji,jj,jk) = xqppmax(ji,jj,jk) * tr(ji,jj,jk,jpnpi,Kbb) / ( tr(ji,jj,jk,jppic,Kbb) + rtrn ) + 0.13
347         xqppmin(ji,jj,jk) = 0.13
348
349         ! Size estimation of diatoms
350         ! --------------------------
351         zfvn = 2. * fvduptk(ji,jj,jk)
352         sized(ji,jj,jk) = MAX(1., MIN(xsizerd, 1.0 / ( MAX(rtrn, zfvn) ) ) )
353         zcoef = tr(ji,jj,jk,jpdia,Kbb) - MIN(xsizedia, tr(ji,jj,jk,jpdia,Kbb) )
354         sized(ji,jj,jk) = 1. + xsizerd * zcoef *1E6 / ( 1. + zcoef * 1E6 )
355
356         ! N/P ratio of diatoms
357         ! --------------------
358         zfuptk = 0.2 * zfvn
359         zrpho = 2.24 * tr(ji,jj,jk,jpdch,Kbb) / ( tr(ji,jj,jk,jpndi,Kbb) * rno3 * 15. + rtrn )
360         zrass = 1. - 0.2 - zrpho - zfuptk
361         xqpdmax(ji,jj,jk) = ( zfuptk + zrpho ) * 0.0128 * 16. + zrass * 1./ 7.2 * 16.
362         xqpdmax(ji,jj,jk) = xqpdmax(ji,jj,jk) * tr(ji,jj,jk,jpndi,Kbb) / ( tr(ji,jj,jk,jpdia,Kbb) + rtrn ) + 0.13
363         xqpdmin(ji,jj,jk) = 0.13 + 0.2 * 0.0128 * 16.
364
365      END_3D
366
367      ! Compute the fraction of nanophytoplankton that is made of calcifiers
368      ! --------------------------------------------------------------------
369      DO_3D( 1, 1, 1, 1, 1, jpkm1 )
370         zlim1 =  tr(ji,jj,jk,jpnh4,Kbb) / ( tr(ji,jj,jk,jpnh4,Kbb) + concnnh4 ) + tr(ji,jj,jk,jpno3,Kbb)    &
371         &        / ( tr(ji,jj,jk,jpno3,Kbb) + concnno3 ) * ( 1.0 - tr(ji,jj,jk,jpnh4,Kbb)   &
372         &        / ( tr(ji,jj,jk,jpnh4,Kbb) + concnnh4 ) )
373         zlim2  = tr(ji,jj,jk,jppo4,Kbb) / ( tr(ji,jj,jk,jppo4,Kbb) + concnpo4 )
374         zlim3  = tr(ji,jj,jk,jpfer,Kbb) / ( tr(ji,jj,jk,jpfer,Kbb) +  5.E-11 ) 
375         ztem1  = MAX( 0., ts(ji,jj,jk,jp_tem,Kmm) )
376         ztem2  = ts(ji,jj,jk,jp_tem,Kmm) - 10.
377         zetot1 = MAX( 0., etot(ji,jj,jk) - 1.) / ( 4. + etot(ji,jj,jk) ) * 20. / ( 20. + etot(ji,jj,jk) ) 
378
379!               xfracal(ji,jj,jk) = caco3r * MIN( zlim1, zlim2, zlim3 )                  &
380         xfracal(ji,jj,jk) = caco3r                 &
381         &                   * ztem1 / ( 1. + ztem1 ) * MAX( 1., tr(ji,jj,jk,jpphy,Kbb)*1E6 )   &
382            &                * ( 1. + EXP(-ztem2 * ztem2 / 25. ) )         &
383            &                * zetot1 * MIN( 1., 50. / ( hmld(ji,jj) + rtrn ) )
384         xfracal(ji,jj,jk) = MAX( 0.02, MIN( 0.8 , xfracal(ji,jj,jk) ) )
385      END_3D
386      !
387      DO_3D( 1, 1, 1, 1, 1, jpkm1 )
388         ! denitrification factor computed from O2 levels
389         nitrfac(ji,jj,jk) = MAX(  0.e0, 0.4 * ( 6.e-6  - tr(ji,jj,jk,jpoxy,Kbb) )    &
390            &                                / ( oxymin + tr(ji,jj,jk,jpoxy,Kbb) )  )
391         nitrfac(ji,jj,jk) = MIN( 1., nitrfac(ji,jj,jk) )
392      END_3D
393      !
394      IF( lk_iomput .AND. knt == nrdttrc ) THEN        ! save output diagnostics
395        CALL iom_put( "xfracal", xfracal(:,:,:) * tmask(:,:,:) )  ! euphotic layer deptht
396        CALL iom_put( "LNnut"  , xlimphy(:,:,:) * tmask(:,:,:) )  ! Nutrient limitation term
397        CALL iom_put( "LPnut"  , xlimpic(:,:,:) * tmask(:,:,:) )  ! Nutrient limitation term
398        CALL iom_put( "LDnut"  , xlimdia(:,:,:) * tmask(:,:,:) )  ! Nutrient limitation term
399        CALL iom_put( "LNFe"   , xlimnfe(:,:,:) * tmask(:,:,:) )  ! Iron limitation term
400        CALL iom_put( "LPFe"   , xlimpfe(:,:,:) * tmask(:,:,:) )  ! Iron limitation term
401        CALL iom_put( "LDFe"   , xlimdfe(:,:,:) * tmask(:,:,:) )  ! Iron limitation term
402        CALL iom_put( "SIZEN"  , sizen  (:,:,:) * tmask(:,:,:) )  ! Iron limitation term
403        CALL iom_put( "SIZEP"  , sizep  (:,:,:) * tmask(:,:,:) )  ! Iron limitation term
404        CALL iom_put( "SIZED"  , sized  (:,:,:) * tmask(:,:,:) )  ! Iron limitation term
405      ENDIF
406      !
407      IF( ln_timing )  CALL timing_stop('p5z_lim')
408      !
409   END SUBROUTINE p5z_lim
410
411
412   SUBROUTINE p5z_lim_init
413      !!----------------------------------------------------------------------
414      !!                  ***  ROUTINE p5z_lim_init  ***
415      !!
416      !! ** Purpose :   Initialization of nutrient limitation parameters
417      !!
418      !! ** Method  :   Read the nampislim and nampisquota namelists and check
419      !!      the parameters called at the first timestep (nittrc000)
420      !!
421      !! ** input   :   Namelist nampislim
422      !!
423      !!----------------------------------------------------------------------
424      INTEGER :: ios                 ! Local integer output status for namelist read
425      !!
426      NAMELIST/namp5zlim/ concnno3, concpno3, concdno3, concnnh4, concpnh4, concdnh4,  &
427         &                concnfer, concpfer, concdfer, concbfe, concnpo4, concppo4,   &
428         &                concdpo4, concbno3, concbnh4, concbpo4, xsizedia, xsizepic,  &
429         &                xsizephy, xsizern, xsizerp, xsizerd, xksi1, xksi2, xkdoc,    &
430         &                caco3r, oxymin
431         !
432      NAMELIST/namp5zquota/ qnnmin, qnnmax, qpnmin, qpnmax, qnpmin, qnpmax, qppmin,      &
433         &                  qppmax, qndmin, qndmax, qpdmin, qpdmax, qfnmax, qfpmax, qfdmax,  &
434         &                  qfnopt, qfpopt, qfdopt
435      !!----------------------------------------------------------------------
436      !
437      READ  ( numnatp_ref, namp5zlim, IOSTAT = ios, ERR = 901)
438901   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'nampislim in reference namelist' )
439      !
440      READ  ( numnatp_cfg, namp5zlim, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
441902   IF( ios >  0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'nampislim in configuration namelist' )
442      IF(lwm) WRITE ( numonp, namp5zlim )
443      !
444      IF(lwp) THEN                         ! control print
445         WRITE(numout,*) ' '
446         WRITE(numout,*) ' Namelist parameters for nutrient limitations, namp5zlim'
447         WRITE(numout,*) ' ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~'
448         WRITE(numout,*) '    mean rainratio                           caco3r    = ', caco3r
449         WRITE(numout,*) '    NO3 half saturation of nanophyto         concnno3  = ', concnno3
450         WRITE(numout,*) '    NO3 half saturation of picophyto         concpno3  = ', concpno3
451         WRITE(numout,*) '    NO3 half saturation of diatoms           concdno3  = ', concdno3
452         WRITE(numout,*) '    NH4 half saturation for phyto            concnnh4  = ', concnnh4
453         WRITE(numout,*) '    NH4 half saturation for pico             concpnh4  = ', concpnh4
454         WRITE(numout,*) '    NH4 half saturation for diatoms          concdnh4  = ', concdnh4
455         WRITE(numout,*) '    PO4 half saturation for phyto            concnpo4  = ', concnpo4
456         WRITE(numout,*) '    PO4 half saturation for pico             concppo4  = ', concppo4
457         WRITE(numout,*) '    PO4 half saturation for diatoms          concdpo4  = ', concdpo4
458         WRITE(numout,*) '    half saturation constant for Si uptake   xksi1     = ', xksi1
459         WRITE(numout,*) '    half saturation constant for Si/C        xksi2     = ', xksi2
460         WRITE(numout,*) '    half-sat. of DOC remineralization        xkdoc     = ', xkdoc
461         WRITE(numout,*) '    Iron half saturation for nanophyto       concnfer  = ', concnfer
462         WRITE(numout,*) '    Iron half saturation for picophyto       concpfer  = ', concpfer
463         WRITE(numout,*) '    Iron half saturation for diatoms         concdfer  = ', concdfer
464         WRITE(numout,*) '    size ratio for nanophytoplankton         xsizern   = ', xsizern
465         WRITE(numout,*) '    size ratio for picophytoplankton         xsizerp   = ', xsizerp
466         WRITE(numout,*) '    size ratio for diatoms                   xsizerd   = ', xsizerd
467         WRITE(numout,*) '    NO3 half saturation of bacteria          concbno3  = ', concbno3
468         WRITE(numout,*) '    NH4 half saturation for bacteria         concbnh4  = ', concbnh4
469         WRITE(numout,*) '    Minimum size criteria for diatoms        xsizedia  = ', xsizedia
470         WRITE(numout,*) '    Minimum size criteria for picophyto      xsizepic  = ', xsizepic
471         WRITE(numout,*) '    Minimum size criteria for nanophyto      xsizephy  = ', xsizephy
472         WRITE(numout,*) '    Fe half saturation for bacteria          concbfe   = ', concbfe
473         WRITE(numout,*) '    halk saturation constant for anoxia       oxymin   =' , oxymin
474      ENDIF
475
476      READ  ( numnatp_ref, namp5zquota, IOSTAT = ios, ERR = 903)
477903   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'nampisquota in reference namelist' )
478      !
479      READ  ( numnatp_cfg, namp5zquota, IOSTAT = ios, ERR = 904 )
480904   IF( ios >  0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'nampisquota in configuration namelist' )
481      IF(lwm) WRITE ( numonp, namp5zquota )
482      !
483      IF(lwp) THEN                         ! control print
484         WRITE(numout,*) ' '
485         WRITE(numout,*) ' Namelist parameters for nutrient limitations, namp5zquota'
486         WRITE(numout,*) ' ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~'
487         WRITE(numout,*) '    optimal Fe quota for nano.               qfnopt    = ', qfnopt
488         WRITE(numout,*) '    optimal Fe quota for pico.               qfpopt    = ', qfpopt
489         WRITE(numout,*) '    Optimal Fe quota for diatoms             qfdopt    = ', qfdopt
490         WRITE(numout,*) '    Minimal N quota for nano                 qnnmin    = ', qnnmin
491         WRITE(numout,*) '    Maximal N quota for nano                 qnnmax    = ', qnnmax
492         WRITE(numout,*) '    Minimal P quota for nano                 qpnmin    = ', qpnmin
493         WRITE(numout,*) '    Maximal P quota for nano                 qpnmax    = ', qpnmax
494         WRITE(numout,*) '    Minimal N quota for pico                 qnpmin    = ', qnpmin
495         WRITE(numout,*) '    Maximal N quota for pico                 qnpmax    = ', qnpmax
496         WRITE(numout,*) '    Minimal P quota for pico                 qppmin    = ', qppmin
497         WRITE(numout,*) '    Maximal P quota for pico                 qppmax    = ', qppmax
498         WRITE(numout,*) '    Minimal N quota for diatoms              qndmin    = ', qndmin
499         WRITE(numout,*) '    Maximal N quota for diatoms              qndmax    = ', qndmax
500         WRITE(numout,*) '    Minimal P quota for diatoms              qpdmin    = ', qpdmin
501         WRITE(numout,*) '    Maximal P quota for diatoms              qpdmax    = ', qpdmax
502         WRITE(numout,*) '    Maximal Fe quota for nanophyto.          qfnmax    = ', qfnmax
503         WRITE(numout,*) '    Maximal Fe quota for picophyto.          qfpmax    = ', qfpmax
504         WRITE(numout,*) '    Maximal Fe quota for diatoms             qfdmax    = ', qfdmax
505      ENDIF
506      !
507      zpsino3 = 2.3 * rno3
508      zpsinh4 = 1.8 * rno3
509      zpsiuptk = 2.3 * rno3
510      !
511      nitrfac(:,:,jpk) = 0._wp
512      xfracal(:,:,jpk) = 0._wp
513      xlimphy(:,:,jpk) = 0._wp
514      xlimpic(:,:,jpk) = 0._wp
515      xlimdia(:,:,jpk) = 0._wp
516      xlimnfe(:,:,jpk) = 0._wp
517      xlimpfe(:,:,jpk) = 0._wp
518      xlimdfe(:,:,jpk) = 0._wp
519      sizen  (:,:,jpk) = 0._wp
520      sizep  (:,:,jpk) = 0._wp
521      sized  (:,:,jpk) = 0._wp
522      !
523   END SUBROUTINE p5z_lim_init
524
525
526   INTEGER FUNCTION p5z_lim_alloc()
527      !!----------------------------------------------------------------------
528      !!                     ***  ROUTINE p5z_lim_alloc  ***
529      !!----------------------------------------------------------------------
530      USE lib_mpp , ONLY: ctl_stop
531      INTEGER ::   ierr(2)        ! Local variables
532      !!----------------------------------------------------------------------
533      ierr(:) = 0
534      !
535      !*  Biological arrays for phytoplankton growth
536      ALLOCATE( xpicono3(jpi,jpj,jpk), xpiconh4(jpi,jpj,jpk),       &
537         &      xpicopo4(jpi,jpj,jpk), xpicodop(jpi,jpj,jpk),       &
538         &      xnanodop(jpi,jpj,jpk), xdiatdop(jpi,jpj,jpk),       &
539         &      xnanofer(jpi,jpj,jpk), xdiatfer(jpi,jpj,jpk),       &
540         &      xpicofer(jpi,jpj,jpk), xlimpfe (jpi,jpj,jpk),       &
541         &      fvnuptk (jpi,jpj,jpk), fvduptk (jpi,jpj,jpk),       &
542         &      fvpuptk (jpi,jpj,jpk), xlimpic (jpi,jpj,jpk),    STAT=ierr(1) )
543         !
544      !*  Minimum/maximum quotas of phytoplankton
545      ALLOCATE( xqnnmin (jpi,jpj,jpk), xqnnmax(jpi,jpj,jpk),       &
546         &      xqpnmin (jpi,jpj,jpk), xqpnmax(jpi,jpj,jpk),       &
547         &      xqnpmin (jpi,jpj,jpk), xqnpmax(jpi,jpj,jpk),       &
548         &      xqppmin (jpi,jpj,jpk), xqppmax(jpi,jpj,jpk),       &
549         &      xqndmin (jpi,jpj,jpk), xqndmax(jpi,jpj,jpk),       &
550         &      xqpdmin (jpi,jpj,jpk), xqpdmax(jpi,jpj,jpk),     STAT=ierr(2) )
551         !
552      p5z_lim_alloc = MAXVAL( ierr )
553      !
554      IF( p5z_lim_alloc /= 0 ) CALL ctl_stop( 'STOP', 'p5z_lim_alloc : failed to allocate arrays.' )
555      !
556   END FUNCTION p5z_lim_alloc
557   !!======================================================================
558END MODULE p5zlim
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.