source: palm/trunk/SOURCE/eqn_state_seawater.f90 @ 1818

Last change on this file since 1818 was 1818, checked in by maronga, 6 years ago

last commit documented / copyright update

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 10.5 KB
Line 
1!> @file eqn_state_seawater.f90
2!------------------------------------------------------------------------------!
3! This file is part of PALM.
4!
5! PALM is free software: you can redistribute it and/or modify it under the terms
6! of the GNU General Public License as published by the Free Software Foundation,
7! either version 3 of the License, or (at your option) any later version.
8!
9! PALM is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
10! WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR
11! A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for more details.
12!
13! You should have received a copy of the GNU General Public License along with
14! PALM. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
15!
16! Copyright 1997-2016 Leibniz Universitaet Hannover
17!------------------------------------------------------------------------------!
18!
19! Current revisions:
20! -----------------
21!
22!
23! Former revisions:
24! -----------------
25! $Id: eqn_state_seawater.f90 1818 2016-04-06 15:53:27Z maronga $
26!
27! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
28! Code annotations made doxygen readable
29!
30! 1353 2014-04-08 15:21:23Z heinze
31! REAL constants provided with KIND-attribute
32!
33! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
34! ONLY-attribute added to USE-statements,
35! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
36! kinds are defined in new module kinds,
37! revision history before 2012 removed,
38! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
39! all variable declaration statements
40!
41! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
42! code put under GPL (PALM 3.9)
43!
44! 97 2007-06-21 08:23:15Z raasch
45! Initial revision
46!
47!
48! Description:
49! ------------
50!> Equation of state for seawater as a function of potential temperature,
51!> salinity, and pressure.
52!> For coefficients see Jackett et al., 2006: J. Atm. Ocean Tech.
53!> eqn_state_seawater calculates the potential density referred at hyp(0).
54!> eqn_state_seawater_func calculates density.
55!------------------------------------------------------------------------------!
56 MODULE eqn_state_seawater_mod
57 
58   
59    USE kinds
60
61    IMPLICIT NONE
62
63    PRIVATE
64    PUBLIC eqn_state_seawater, eqn_state_seawater_func
65
66    REAL(wp), DIMENSION(12), PARAMETER ::  nom =                               &
67                          (/ 9.9984085444849347D2,   7.3471625860981584D0,     &
68                            -5.3211231792841769D-2,  3.6492439109814549D-4,    &
69                             2.5880571023991390D0,  -6.7168282786692354D-3,    &
70                             1.9203202055760151D-3,  1.1798263740430364D-2,    &
71                             9.8920219266399117D-8,  4.6996642771754730D-6,    &
72                            -2.5862187075154352D-8, -3.2921414007960662D-12 /)
73                          !<
74
75    REAL(wp), DIMENSION(13), PARAMETER ::  den =                               &
76                          (/ 1.0D0,                  7.2815210113327091D-3,    &
77                            -4.4787265461983921D-5,  3.3851002965802430D-7,    &
78                             1.3651202389758572D-10, 1.7632126669040377D-3,    &
79                            -8.8066583251206474D-6, -1.8832689434804897D-10,   &
80                             5.7463776745432097D-6,  1.4716275472242334D-9,    &
81                             6.7103246285651894D-6, -2.4461698007024582D-17,   &
82                            -9.1534417604289062D-18 /)
83                          !<
84
85    INTERFACE eqn_state_seawater
86       MODULE PROCEDURE eqn_state_seawater
87       MODULE PROCEDURE eqn_state_seawater_ij
88    END INTERFACE eqn_state_seawater
89 
90    INTERFACE eqn_state_seawater_func
91       MODULE PROCEDURE eqn_state_seawater_func
92    END INTERFACE eqn_state_seawater_func
93 
94 CONTAINS
95
96
97!------------------------------------------------------------------------------!
98! Description:
99! ------------
100!> Call for all grid points
101!------------------------------------------------------------------------------!
102    SUBROUTINE eqn_state_seawater
103
104       USE arrays_3d,                                                          &
105           ONLY:  hyp, prho, pt_p, rho, sa_p
106       USE indices,                                                            &
107           ONLY:  nxl, nxr, nyn, nys, nzb_s_inner, nzt
108
109       IMPLICIT NONE
110
111       INTEGER(iwp) ::  i  !<
112       INTEGER(iwp) ::  j  !<
113       INTEGER(iwp) ::  k  !<
114
115       REAL(wp) ::  pden  !<
116       REAL(wp) ::  pnom  !<
117       REAL(wp) ::  p1    !<
118       REAL(wp) ::  p2    !<
119       REAL(wp) ::  p3    !<
120       REAL(wp) ::  pt1   !<
121       REAL(wp) ::  pt2   !<
122       REAL(wp) ::  pt3   !<
123       REAL(wp) ::  pt4   !<
124       REAL(wp) ::  sa1   !<
125       REAL(wp) ::  sa15  !<
126       REAL(wp) ::  sa2   !<
127       
128                       
129
130       DO  i = nxl, nxr
131          DO  j = nys, nyn
132             DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
133!
134!--             Pressure is needed in dbar
135                p1 = hyp(k) * 1E-4_wp
136                p2 = p1 * p1
137                p3 = p2 * p1
138
139!
140!--             Temperature needed in degree Celsius
141                pt1 = pt_p(k,j,i) - 273.15_wp
142                pt2 = pt1 * pt1
143                pt3 = pt1 * pt2
144                pt4 = pt2 * pt2
145
146                sa1  = sa_p(k,j,i)
147                sa15 = sa1 * SQRT( sa1 )
148                sa2  = sa1 * sa1
149
150                pnom = nom(1)           + nom(2)*pt1     + nom(3)*pt2     +    &
151                       nom(4)*pt3       + nom(5)*sa1     + nom(6)*sa1*pt1 +    &
152                       nom(7)*sa2
153
154                pden = den(1)           + den(2)*pt1     + den(3)*pt2     +    &
155                       den(4)*pt3       + den(5)*pt4     + den(6)*sa1     +    &
156                       den(7)*sa1*pt1   + den(8)*sa1*pt3 + den(9)*sa15    +    &
157                       den(10)*sa15*pt2
158
159!
160!--             Potential density (without pressure terms)
161                prho(k,j,i) = pnom / pden
162
163                pnom = pnom +             nom(8)*p1      + nom(9)*p1*pt2  +    &
164                       nom(10)*p1*sa1   + nom(11)*p2     + nom(12)*p2*pt2
165
166                pden = pden +             den(11)*p1     + den(12)*p2*pt3 +    &
167                       den(13)*p3*pt1
168
169!
170!--             In-situ density
171                rho(k,j,i) = pnom / pden
172
173             ENDDO
174!
175!--          Neumann conditions are assumed at bottom and top boundary
176             prho(nzt+1,j,i)            = prho(nzt,j,i)
177             prho(nzb_s_inner(j,i),j,i) = prho(nzb_s_inner(j,i)+1,j,i)
178             rho(nzt+1,j,i)             = rho(nzt,j,i)
179             rho(nzb_s_inner(j,i),j,i)  = rho(nzb_s_inner(j,i)+1,j,i)
180
181          ENDDO
182       ENDDO
183
184    END SUBROUTINE eqn_state_seawater
185
186
187!------------------------------------------------------------------------------!
188! Description:
189! ------------
190!> Call for grid point i,j
191!------------------------------------------------------------------------------!
192    SUBROUTINE eqn_state_seawater_ij( i, j )
193
194       USE arrays_3d,                                                          &
195           ONLY:  hyp, prho, pt_p, rho, sa_p
196           
197       USE indices,                                                            &
198           ONLY:  nzb_s_inner, nzt
199
200       IMPLICIT NONE
201
202       INTEGER(iwp) ::  i, j, k
203
204       REAL(wp)     ::  pden, pnom, p1, p2, p3, pt1, pt2, pt3, pt4, sa1, sa15, &
205                        sa2
206
207       DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
208!
209!--       Pressure is needed in dbar
210          p1 = hyp(k) * 1E-4_wp
211          p2 = p1 * p1
212          p3 = p2 * p1
213
214!
215!--       Temperature needed in degree Celsius
216          pt1 = pt_p(k,j,i) - 273.15_wp
217          pt2 = pt1 * pt1
218          pt3 = pt1 * pt2
219          pt4 = pt2 * pt2
220
221          sa1  = sa_p(k,j,i)
222          sa15 = sa1 * SQRT( sa1 )
223          sa2  = sa1 * sa1
224
225          pnom = nom(1)           + nom(2)*pt1     + nom(3)*pt2     +          &
226                 nom(4)*pt3       + nom(5)*sa1     + nom(6)*sa1*pt1 +          &
227                 nom(7)*sa2
228
229          pden = den(1)           + den(2)*pt1     + den(3)*pt2     +          &
230                 den(4)*pt3       + den(5)*pt4     + den(6)*sa1     +          &
231                 den(7)*sa1*pt1   + den(8)*sa1*pt3 + den(9)*sa15    +          &
232                 den(10)*sa15*pt2
233
234!
235!--       Potential density (without pressure terms)
236          prho(k,j,i) = pnom / pden
237
238          pnom = pnom +             nom(8)*p1      + nom(9)*p1*pt2  +          &
239                 nom(10)*p1*sa1   + nom(11)*p2     + nom(12)*p2*pt2
240          pden = pden +             den(11)*p1     + den(12)*p2*pt3 +          &
241                 den(13)*p3*pt1
242
243!
244!--       In-situ density
245          rho(k,j,i) = pnom / pden
246
247
248       ENDDO
249
250!
251!--    Neumann conditions are assumed at bottom and top boundary
252       prho(nzt+1,j,i)            = prho(nzt,j,i)
253       prho(nzb_s_inner(j,i),j,i) = prho(nzb_s_inner(j,i)+1,j,i)
254       rho(nzt+1,j,i)             = rho(nzt,j,i)
255       rho(nzb_s_inner(j,i),j,i)  = rho(nzb_s_inner(j,i)+1,j,i)
256
257    END SUBROUTINE eqn_state_seawater_ij
258
259
260!------------------------------------------------------------------------------!
261! Description:
262! ------------
263!> Equation of state as a function
264!------------------------------------------------------------------------------!
265    REAL(wp) FUNCTION eqn_state_seawater_func( p, pt, sa )
266
267       IMPLICIT NONE
268
269       REAL(wp) ::  p      !<
270       REAL(wp) ::  p1     !<
271       REAL(wp) ::  p2     !<
272       REAL(wp) ::  p3     !<
273       REAL(wp) ::  pt     !<
274       REAL(wp) ::  pt1    !<
275       REAL(wp) ::  pt2    !<
276       REAL(wp) ::  pt3    !<
277       REAL(wp) ::  pt4    !<
278       REAL(wp) ::  sa     !<
279       REAL(wp) ::  sa15   !<
280       REAL(wp) ::  sa2    !<
281
282!
283!--    Pressure is needed in dbar
284       p1 = p  * 1E-4_wp
285       p2 = p1 * p1
286       p3 = p2 * p1
287
288!
289!--    Temperature needed in degree Celsius
290       pt1 = pt - 273.15_wp
291       pt2 = pt1 * pt1
292       pt3 = pt1 * pt2
293       pt4 = pt2 * pt2
294
295       sa15 = sa * SQRT( sa )
296       sa2  = sa * sa
297
298
299       eqn_state_seawater_func =                                               &
300         ( nom(1)        + nom(2)*pt1       + nom(3)*pt2    + nom(4)*pt3     + &
301           nom(5)*sa     + nom(6)*sa*pt1    + nom(7)*sa2    + nom(8)*p1      + &
302           nom(9)*p1*pt2 + nom(10)*p1*sa    + nom(11)*p2    + nom(12)*p2*pt2   &
303         ) /                                                                   &
304         ( den(1)        + den(2)*pt1       + den(3)*pt2    + den(4)*pt3     + &
305           den(5)*pt4    + den(6)*sa        + den(7)*sa*pt1 + den(8)*sa*pt3  + &
306           den(9)*sa15   + den(10)*sa15*pt2 + den(11)*p1    + den(12)*p2*pt3 + &
307           den(13)*p3*pt1                                                      &
308         )
309
310
311    END FUNCTION eqn_state_seawater_func
312
313 END MODULE eqn_state_seawater_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.