source: palm/trunk/SOURCE/eqn_state_seawater.f90 @ 2001

Last change on this file since 2001 was 2001, checked in by knoop, 5 years ago

last commit documented

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 10.7 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
6! terms of the GNU General Public License as published by the Free Software
7! Foundation, either version 3 of the License, or (at your option) any later
8! version.
9!
10! PALM is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
11! WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR
12! A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for more details.
13!
14! You should have received a copy of the GNU General Public License along with
15! PALM. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
16!
17! Copyright 1997-2016 Leibniz Universitaet Hannover
18!------------------------------------------------------------------------------!
19!
20! Current revisions:
21! -----------------
22!
23!
24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: eqn_state_seawater.f90 2001 2016-08-20 18:41:22Z knoop $
27!
28! 2000 2016-08-20 18:09:15Z knoop
29! Forced header and separation lines into 80 columns
30!
31! 1873 2016-04-18 14:50:06Z maronga
32! Module renamed (removed _mod)
33!
34!
35! 1850 2016-04-08 13:29:27Z maronga
36! Module renamed
37!
38!
39! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
40! Code annotations made doxygen readable
41!
42! 1353 2014-04-08 15:21:23Z heinze
43! REAL constants provided with KIND-attribute
44!
45! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
46! ONLY-attribute added to USE-statements,
47! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
48! kinds are defined in new module kinds,
49! revision history before 2012 removed,
50! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
51! all variable declaration statements
52!
53! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
54! code put under GPL (PALM 3.9)
55!
56! 97 2007-06-21 08:23:15Z raasch
57! Initial revision
58!
59!
60! Description:
61! ------------
62!> Equation of state for seawater as a function of potential temperature,
63!> salinity, and pressure.
64!> For coefficients see Jackett et al., 2006: J. Atm. Ocean Tech.
65!> eqn_state_seawater calculates the potential density referred at hyp(0).
66!> eqn_state_seawater_func calculates density.
67!------------------------------------------------------------------------------!
68 MODULE eqn_state_seawater_mod
69 
70   
71    USE kinds
72
73    IMPLICIT NONE
74
75    PRIVATE
76    PUBLIC eqn_state_seawater, eqn_state_seawater_func
77
78    REAL(wp), DIMENSION(12), PARAMETER ::  nom =                               &
79                          (/ 9.9984085444849347D2,   7.3471625860981584D0,     &
80                            -5.3211231792841769D-2,  3.6492439109814549D-4,    &
81                             2.5880571023991390D0,  -6.7168282786692354D-3,    &
82                             1.9203202055760151D-3,  1.1798263740430364D-2,    &
83                             9.8920219266399117D-8,  4.6996642771754730D-6,    &
84                            -2.5862187075154352D-8, -3.2921414007960662D-12 /)
85                          !<
86
87    REAL(wp), DIMENSION(13), PARAMETER ::  den =                               &
88                          (/ 1.0D0,                  7.2815210113327091D-3,    &
89                            -4.4787265461983921D-5,  3.3851002965802430D-7,    &
90                             1.3651202389758572D-10, 1.7632126669040377D-3,    &
91                            -8.8066583251206474D-6, -1.8832689434804897D-10,   &
92                             5.7463776745432097D-6,  1.4716275472242334D-9,    &
93                             6.7103246285651894D-6, -2.4461698007024582D-17,   &
94                            -9.1534417604289062D-18 /)
95                          !<
96
97    INTERFACE eqn_state_seawater
98       MODULE PROCEDURE eqn_state_seawater
99       MODULE PROCEDURE eqn_state_seawater_ij
100    END INTERFACE eqn_state_seawater
101 
102    INTERFACE eqn_state_seawater_func
103       MODULE PROCEDURE eqn_state_seawater_func
104    END INTERFACE eqn_state_seawater_func
105 
106 CONTAINS
107
108
109!------------------------------------------------------------------------------!
110! Description:
111! ------------
112!> Call for all grid points
113!------------------------------------------------------------------------------!
114    SUBROUTINE eqn_state_seawater
115
116       USE arrays_3d,                                                          &
117           ONLY:  hyp, prho, pt_p, rho, sa_p
118       USE indices,                                                            &
119           ONLY:  nxl, nxr, nyn, nys, nzb_s_inner, nzt
120
121       IMPLICIT NONE
122
123       INTEGER(iwp) ::  i  !<
124       INTEGER(iwp) ::  j  !<
125       INTEGER(iwp) ::  k  !<
126
127       REAL(wp) ::  pden  !<
128       REAL(wp) ::  pnom  !<
129       REAL(wp) ::  p1    !<
130       REAL(wp) ::  p2    !<
131       REAL(wp) ::  p3    !<
132       REAL(wp) ::  pt1   !<
133       REAL(wp) ::  pt2   !<
134       REAL(wp) ::  pt3   !<
135       REAL(wp) ::  pt4   !<
136       REAL(wp) ::  sa1   !<
137       REAL(wp) ::  sa15  !<
138       REAL(wp) ::  sa2   !<
139       
140                       
141
142       DO  i = nxl, nxr
143          DO  j = nys, nyn
144             DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
145!
146!--             Pressure is needed in dbar
147                p1 = hyp(k) * 1E-4_wp
148                p2 = p1 * p1
149                p3 = p2 * p1
150
151!
152!--             Temperature needed in degree Celsius
153                pt1 = pt_p(k,j,i) - 273.15_wp
154                pt2 = pt1 * pt1
155                pt3 = pt1 * pt2
156                pt4 = pt2 * pt2
157
158                sa1  = sa_p(k,j,i)
159                sa15 = sa1 * SQRT( sa1 )
160                sa2  = sa1 * sa1
161
162                pnom = nom(1)           + nom(2)*pt1     + nom(3)*pt2     +    &
163                       nom(4)*pt3       + nom(5)*sa1     + nom(6)*sa1*pt1 +    &
164                       nom(7)*sa2
165
166                pden = den(1)           + den(2)*pt1     + den(3)*pt2     +    &
167                       den(4)*pt3       + den(5)*pt4     + den(6)*sa1     +    &
168                       den(7)*sa1*pt1   + den(8)*sa1*pt3 + den(9)*sa15    +    &
169                       den(10)*sa15*pt2
170
171!
172!--             Potential density (without pressure terms)
173                prho(k,j,i) = pnom / pden
174
175                pnom = pnom +             nom(8)*p1      + nom(9)*p1*pt2  +    &
176                       nom(10)*p1*sa1   + nom(11)*p2     + nom(12)*p2*pt2
177
178                pden = pden +             den(11)*p1     + den(12)*p2*pt3 +    &
179                       den(13)*p3*pt1
180
181!
182!--             In-situ density
183                rho(k,j,i) = pnom / pden
184
185             ENDDO
186!
187!--          Neumann conditions are assumed at bottom and top boundary
188             prho(nzt+1,j,i)            = prho(nzt,j,i)
189             prho(nzb_s_inner(j,i),j,i) = prho(nzb_s_inner(j,i)+1,j,i)
190             rho(nzt+1,j,i)             = rho(nzt,j,i)
191             rho(nzb_s_inner(j,i),j,i)  = rho(nzb_s_inner(j,i)+1,j,i)
192
193          ENDDO
194       ENDDO
195
196    END SUBROUTINE eqn_state_seawater
197
198
199!------------------------------------------------------------------------------!
200! Description:
201! ------------
202!> Call for grid point i,j
203!------------------------------------------------------------------------------!
204    SUBROUTINE eqn_state_seawater_ij( i, j )
205
206       USE arrays_3d,                                                          &
207           ONLY:  hyp, prho, pt_p, rho, sa_p
208           
209       USE indices,                                                            &
210           ONLY:  nzb_s_inner, nzt
211
212       IMPLICIT NONE
213
214       INTEGER(iwp) ::  i, j, k
215
216       REAL(wp)     ::  pden, pnom, p1, p2, p3, pt1, pt2, pt3, pt4, sa1, sa15, &
217                        sa2
218
219       DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
220!
221!--       Pressure is needed in dbar
222          p1 = hyp(k) * 1E-4_wp
223          p2 = p1 * p1
224          p3 = p2 * p1
225
226!
227!--       Temperature needed in degree Celsius
228          pt1 = pt_p(k,j,i) - 273.15_wp
229          pt2 = pt1 * pt1
230          pt3 = pt1 * pt2
231          pt4 = pt2 * pt2
232
233          sa1  = sa_p(k,j,i)
234          sa15 = sa1 * SQRT( sa1 )
235          sa2  = sa1 * sa1
236
237          pnom = nom(1)           + nom(2)*pt1     + nom(3)*pt2     +          &
238                 nom(4)*pt3       + nom(5)*sa1     + nom(6)*sa1*pt1 +          &
239                 nom(7)*sa2
240
241          pden = den(1)           + den(2)*pt1     + den(3)*pt2     +          &
242                 den(4)*pt3       + den(5)*pt4     + den(6)*sa1     +          &
243                 den(7)*sa1*pt1   + den(8)*sa1*pt3 + den(9)*sa15    +          &
244                 den(10)*sa15*pt2
245
246!
247!--       Potential density (without pressure terms)
248          prho(k,j,i) = pnom / pden
249
250          pnom = pnom +             nom(8)*p1      + nom(9)*p1*pt2  +          &
251                 nom(10)*p1*sa1   + nom(11)*p2     + nom(12)*p2*pt2
252          pden = pden +             den(11)*p1     + den(12)*p2*pt3 +          &
253                 den(13)*p3*pt1
254
255!
256!--       In-situ density
257          rho(k,j,i) = pnom / pden
258
259
260       ENDDO
261
262!
263!--    Neumann conditions are assumed at bottom and top boundary
264       prho(nzt+1,j,i)            = prho(nzt,j,i)
265       prho(nzb_s_inner(j,i),j,i) = prho(nzb_s_inner(j,i)+1,j,i)
266       rho(nzt+1,j,i)             = rho(nzt,j,i)
267       rho(nzb_s_inner(j,i),j,i)  = rho(nzb_s_inner(j,i)+1,j,i)
268
269    END SUBROUTINE eqn_state_seawater_ij
270
271
272!------------------------------------------------------------------------------!
273! Description:
274! ------------
275!> Equation of state as a function
276!------------------------------------------------------------------------------!
277    REAL(wp) FUNCTION eqn_state_seawater_func( p, pt, sa )
278
279       IMPLICIT NONE
280
281       REAL(wp) ::  p      !<
282       REAL(wp) ::  p1     !<
283       REAL(wp) ::  p2     !<
284       REAL(wp) ::  p3     !<
285       REAL(wp) ::  pt     !<
286       REAL(wp) ::  pt1    !<
287       REAL(wp) ::  pt2    !<
288       REAL(wp) ::  pt3    !<
289       REAL(wp) ::  pt4    !<
290       REAL(wp) ::  sa     !<
291       REAL(wp) ::  sa15   !<
292       REAL(wp) ::  sa2    !<
293
294!
295!--    Pressure is needed in dbar
296       p1 = p  * 1E-4_wp
297       p2 = p1 * p1
298       p3 = p2 * p1
299
300!
301!--    Temperature needed in degree Celsius
302       pt1 = pt - 273.15_wp
303       pt2 = pt1 * pt1
304       pt3 = pt1 * pt2
305       pt4 = pt2 * pt2
306
307       sa15 = sa * SQRT( sa )
308       sa2  = sa * sa
309
310
311       eqn_state_seawater_func =                                               &
312         ( nom(1)        + nom(2)*pt1       + nom(3)*pt2    + nom(4)*pt3     + &
313           nom(5)*sa     + nom(6)*sa*pt1    + nom(7)*sa2    + nom(8)*p1      + &
314           nom(9)*p1*pt2 + nom(10)*p1*sa    + nom(11)*p2    + nom(12)*p2*pt2   &
315         ) /                                                                   &
316         ( den(1)        + den(2)*pt1       + den(3)*pt2    + den(4)*pt3     + &
317           den(5)*pt4    + den(6)*sa        + den(7)*sa*pt1 + den(8)*sa*pt3  + &
318           den(9)*sa15   + den(10)*sa15*pt2 + den(11)*p1    + den(12)*p2*pt3 + &
319           den(13)*p3*pt1                                                      &
320         )
321
322
323    END FUNCTION eqn_state_seawater_func
324
325 END MODULE eqn_state_seawater_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.