source: palm/trunk/SOURCE/eqn_state_seawater.f90 @ 388

Last change on this file since 388 was 388, checked in by raasch, 12 years ago

in-situ AND potential density are calculated and used in the ocean version

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 7.8 KB
Line 
1 MODULE eqn_state_seawater_mod
2
3!------------------------------------------------------------------------------!
4! Actual revisions:
5! -----------------
6! Potential density is additionally calculated in eqn_state_seawater,
7! first constant in array den also defined as type double
8!
9! Former revisions:
10! -----------------
11! $Id: eqn_state_seawater.f90 388 2009-09-23 09:40:33Z raasch $
12!
13! 97 2007-06-21 08:23:15Z raasch
14! Initial revision
15!
16!
17! Description:
18! ------------
19! Equation of state for seawater as a function of potential temperature,
20! salinity, and pressure.
21! For coefficients see Jackett et al., 2006: J. Atm. Ocean Tech.
22! eqn_state_seawater calculates the potential density referred at hyp(0).
23! eqn_state_seawater_func calculates density.
24!------------------------------------------------------------------------------!
25
26    IMPLICIT NONE
27
28    PRIVATE
29    PUBLIC eqn_state_seawater, eqn_state_seawater_func
30
31    REAL, DIMENSION(12), PARAMETER ::  nom =                             &
32                      (/ 9.9984085444849347D2,   7.3471625860981584D0,   &
33                        -5.3211231792841769D-2,  3.6492439109814549D-4,  &
34                         2.5880571023991390D0,  -6.7168282786692354D-3,  &
35                         1.9203202055760151D-3,  1.1798263740430364D-2,  &
36                         9.8920219266399117D-8,  4.6996642771754730D-6,  &
37                        -2.5862187075154352D-8, -3.2921414007960662D-12 /)
38
39    REAL, DIMENSION(13), PARAMETER ::  den =                             &
40                      (/ 1.0D0,                  7.2815210113327091D-3,  &
41                        -4.4787265461983921D-5,  3.3851002965802430D-7,  &
42                         1.3651202389758572D-10, 1.7632126669040377D-3,  &
43                        -8.8066583251206474D-6, -1.8832689434804897D-10, &
44                         5.7463776745432097D-6,  1.4716275472242334D-9,  &
45                         6.7103246285651894D-6, -2.4461698007024582D-17, &
46                        -9.1534417604289062D-18 /)
47
48    INTERFACE eqn_state_seawater
49       MODULE PROCEDURE eqn_state_seawater
50       MODULE PROCEDURE eqn_state_seawater_ij
51    END INTERFACE eqn_state_seawater
52 
53    INTERFACE eqn_state_seawater_func
54       MODULE PROCEDURE eqn_state_seawater_func
55    END INTERFACE eqn_state_seawater_func
56 
57 CONTAINS
58
59
60!------------------------------------------------------------------------------!
61! Call for all grid points
62!------------------------------------------------------------------------------!
63    SUBROUTINE eqn_state_seawater
64
65       USE arrays_3d
66       USE indices
67
68       IMPLICIT NONE
69
70       INTEGER ::  i, j, k
71
72       REAL ::  pden, pnom, p1, p2, p3, pt1, pt2, pt3, pt4, sa1, sa15, sa2
73
74       DO  i = nxl, nxr
75          DO  j = nys, nyn
76             DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
77!
78!--             Pressure is needed in dbar
79                p1 = hyp(k) * 1E-4
80                p2 = p1 * p1
81                p3 = p2 * p1
82
83!
84!--             Temperature needed in degree Celsius
85                pt1 = pt_p(k,j,i) - 273.15
86                pt2 = pt1 * pt1
87                pt3 = pt1 * pt2
88                pt4 = pt2 * pt2
89
90                sa1  = sa_p(k,j,i)
91                sa15 = sa1 * SQRT( sa1 )
92                sa2  = sa1 * sa1
93
94                pnom = nom(1)           + nom(2)*pt1     + nom(3)*pt2     + &
95                       nom(4)*pt3       + nom(5)*sa1     + nom(6)*sa1*pt1 + &
96                       nom(7)*sa2
97
98                pden = den(1)           + den(2)*pt1     + den(3)*pt2     + &
99                       den(4)*pt3       + den(5)*pt4     + den(6)*sa1     + &
100                       den(7)*sa1*pt1   + den(8)*sa1*pt3 + den(9)*sa15    + &
101                       den(10)*sa15*pt2
102
103!
104!--             Potential density (without pressure terms)
105                prho(k,j,i) = pnom / pden
106
107                pnom = pnom +             nom(8)*p1      + nom(9)*p1*pt2  + &
108                       nom(10)*p1*sa1   + nom(11)*p2     + nom(12)*p2*pt2
109
110                pden = pden +             den(11)*p1     + den(12)*p2*pt3 + &
111                       den(13)*p3*pt1
112
113!
114!--             In-situ density
115                rho(k,j,i) = pnom / pden
116
117             ENDDO
118!
119!--          Neumann conditions are assumed at bottom and top boundary
120             prho(nzt+1,j,i)            = prho(nzt,j,i)
121             prho(nzb_s_inner(j,i),j,i) = prho(nzb_s_inner(j,i)+1,j,i)
122             rho(nzt+1,j,i)             = rho(nzt,j,i)
123             rho(nzb_s_inner(j,i),j,i)  = rho(nzb_s_inner(j,i)+1,j,i)
124
125          ENDDO
126       ENDDO
127
128    END SUBROUTINE eqn_state_seawater
129
130
131!------------------------------------------------------------------------------!
132! Call for grid point i,j
133!------------------------------------------------------------------------------!
134    SUBROUTINE eqn_state_seawater_ij( i, j )
135
136       USE arrays_3d
137       USE indices
138
139       IMPLICIT NONE
140
141       INTEGER ::  i, j, k
142
143       REAL ::  pden, pnom, p1, p2, p3, pt1, pt2, pt3, pt4, sa1, sa15, sa2
144
145       DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
146!
147!--       Pressure is needed in dbar
148          p1 = hyp(k) * 1E-4
149          p2 = p1 * p1
150          p3 = p2 * p1
151
152!
153!--       Temperature needed in degree Celsius
154          pt1 = pt_p(k,j,i) - 273.15
155          pt2 = pt1 * pt1
156          pt3 = pt1 * pt2
157          pt4 = pt2 * pt2
158
159          sa1  = sa_p(k,j,i)
160          sa15 = sa1 * SQRT( sa1 )
161          sa2  = sa1 * sa1
162
163          pnom = nom(1)           + nom(2)*pt1     + nom(3)*pt2     + &
164                 nom(4)*pt3       + nom(5)*sa1     + nom(6)*sa1*pt1 + &
165                 nom(7)*sa2
166
167          pden = den(1)           + den(2)*pt1     + den(3)*pt2     + &
168                 den(4)*pt3       + den(5)*pt4     + den(6)*sa1     + &
169                 den(7)*sa1*pt1   + den(8)*sa1*pt3 + den(9)*sa15    + &
170                 den(10)*sa15*pt2
171
172!
173!--       Potential density (without pressure terms)
174          prho(k,j,i) = pnom / pden
175
176          pnom = pnom +             nom(8)*p1      + nom(9)*p1*pt2  + &
177                 nom(10)*p1*sa1   + nom(11)*p2     + nom(12)*p2*pt2
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
186       ENDDO
187
188!
189!--    Neumann conditions are assumed at bottom and top boundary
190       prho(nzt+1,j,i)            = prho(nzt,j,i)
191       prho(nzb_s_inner(j,i),j,i) = prho(nzb_s_inner(j,i)+1,j,i)
192       rho(nzt+1,j,i)             = rho(nzt,j,i)
193       rho(nzb_s_inner(j,i),j,i)  = rho(nzb_s_inner(j,i)+1,j,i)
194
195    END SUBROUTINE eqn_state_seawater_ij
196
197
198!------------------------------------------------------------------------------!
199! Equation of state as a function
200!------------------------------------------------------------------------------!
201    REAL FUNCTION eqn_state_seawater_func( p, pt, sa )
202
203       IMPLICIT NONE
204
205       REAL ::  p, p1, p2, p3, pt, pt1, pt2, pt3, pt4, sa, sa15, sa2
206
207!
208!--    Pressure is needed in dbar
209       p1 = p  * 1E-4
210       p2 = p1 * p1
211       p3 = p2 * p1
212
213!
214!--    Temperature needed in degree Celsius
215       pt1 = pt - 273.15
216       pt2 = pt1 * pt1
217       pt3 = pt1 * pt2
218       pt4 = pt2 * pt2
219
220       sa15 = sa * SQRT( sa )
221       sa2  = sa * sa
222
223
224       eqn_state_seawater_func =                                               &
225         ( nom(1)        + nom(2)*pt1       + nom(3)*pt2    + nom(4)*pt3     + &
226           nom(5)*sa     + nom(6)*sa*pt1    + nom(7)*sa2    + nom(8)*p1      + &
227           nom(9)*p1*pt2 + nom(10)*p1*sa    + nom(11)*p2    + nom(12)*p2*pt2   &
228         ) /                                                                   &
229         ( den(1)        + den(2)*pt1       + den(3)*pt2    + den(4)*pt3     + &
230           den(5)*pt4    + den(6)*sa        + den(7)*sa*pt1 + den(8)*sa*pt3  + &
231           den(9)*sa15   + den(10)*sa15*pt2 + den(11)*p1    + den(12)*p2*pt3 + &
232           den(13)*p3*pt1                                                      &
233         )
234
235
236    END FUNCTION eqn_state_seawater_func
237
238 END MODULE eqn_state_seawater_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.