source: palm/trunk/SOURCE/eqn_state_seawater_mod.f90 @ 1851

Last change on this file since 1851 was 1851, checked in by maronga, 5 years ago

last commit documented

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 10.6 KB
Line 
1!> @file eqn_state_seawater_mod.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_mod.f90 1851 2016-04-08 13:32:50Z maronga $
26!
27! 1850 2016-04-08 13:29:27Z maronga
28! Module renamed
29!
30!
31! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
32! Code annotations made doxygen readable
33!
34! 1353 2014-04-08 15:21:23Z heinze
35! REAL constants provided with KIND-attribute
36!
37! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
38! ONLY-attribute added to USE-statements,
39! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
40! kinds are defined in new module kinds,
41! revision history before 2012 removed,
42! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
43! all variable declaration statements
44!
45! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
46! code put under GPL (PALM 3.9)
47!
48! 97 2007-06-21 08:23:15Z raasch
49! Initial revision
50!
51!
52! Description:
53! ------------
54!> Equation of state for seawater as a function of potential temperature,
55!> salinity, and pressure.
56!> For coefficients see Jackett et al., 2006: J. Atm. Ocean Tech.
57!> eqn_state_seawater calculates the potential density referred at hyp(0).
58!> eqn_state_seawater_func calculates density.
59!------------------------------------------------------------------------------!
60 MODULE eqn_state_seawater_mod
61 
62   
63    USE kinds
64
65    IMPLICIT NONE
66
67    PRIVATE
68    PUBLIC eqn_state_seawater, eqn_state_seawater_func
69
70    REAL(wp), DIMENSION(12), PARAMETER ::  nom =                               &
71                          (/ 9.9984085444849347D2,   7.3471625860981584D0,     &
72                            -5.3211231792841769D-2,  3.6492439109814549D-4,    &
73                             2.5880571023991390D0,  -6.7168282786692354D-3,    &
74                             1.9203202055760151D-3,  1.1798263740430364D-2,    &
75                             9.8920219266399117D-8,  4.6996642771754730D-6,    &
76                            -2.5862187075154352D-8, -3.2921414007960662D-12 /)
77                          !<
78
79    REAL(wp), DIMENSION(13), PARAMETER ::  den =                               &
80                          (/ 1.0D0,                  7.2815210113327091D-3,    &
81                            -4.4787265461983921D-5,  3.3851002965802430D-7,    &
82                             1.3651202389758572D-10, 1.7632126669040377D-3,    &
83                            -8.8066583251206474D-6, -1.8832689434804897D-10,   &
84                             5.7463776745432097D-6,  1.4716275472242334D-9,    &
85                             6.7103246285651894D-6, -2.4461698007024582D-17,   &
86                            -9.1534417604289062D-18 /)
87                          !<
88
89    INTERFACE eqn_state_seawater
90       MODULE PROCEDURE eqn_state_seawater
91       MODULE PROCEDURE eqn_state_seawater_ij
92    END INTERFACE eqn_state_seawater
93 
94    INTERFACE eqn_state_seawater_func
95       MODULE PROCEDURE eqn_state_seawater_func
96    END INTERFACE eqn_state_seawater_func
97 
98 CONTAINS
99
100
101!------------------------------------------------------------------------------!
102! Description:
103! ------------
104!> Call for all grid points
105!------------------------------------------------------------------------------!
106    SUBROUTINE eqn_state_seawater
107
108       USE arrays_3d,                                                          &
109           ONLY:  hyp, prho, pt_p, rho, sa_p
110       USE indices,                                                            &
111           ONLY:  nxl, nxr, nyn, nys, nzb_s_inner, nzt
112
113       IMPLICIT NONE
114
115       INTEGER(iwp) ::  i  !<
116       INTEGER(iwp) ::  j  !<
117       INTEGER(iwp) ::  k  !<
118
119       REAL(wp) ::  pden  !<
120       REAL(wp) ::  pnom  !<
121       REAL(wp) ::  p1    !<
122       REAL(wp) ::  p2    !<
123       REAL(wp) ::  p3    !<
124       REAL(wp) ::  pt1   !<
125       REAL(wp) ::  pt2   !<
126       REAL(wp) ::  pt3   !<
127       REAL(wp) ::  pt4   !<
128       REAL(wp) ::  sa1   !<
129       REAL(wp) ::  sa15  !<
130       REAL(wp) ::  sa2   !<
131       
132                       
133
134       DO  i = nxl, nxr
135          DO  j = nys, nyn
136             DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
137!
138!--             Pressure is needed in dbar
139                p1 = hyp(k) * 1E-4_wp
140                p2 = p1 * p1
141                p3 = p2 * p1
142
143!
144!--             Temperature needed in degree Celsius
145                pt1 = pt_p(k,j,i) - 273.15_wp
146                pt2 = pt1 * pt1
147                pt3 = pt1 * pt2
148                pt4 = pt2 * pt2
149
150                sa1  = sa_p(k,j,i)
151                sa15 = sa1 * SQRT( sa1 )
152                sa2  = sa1 * sa1
153
154                pnom = nom(1)           + nom(2)*pt1     + nom(3)*pt2     +    &
155                       nom(4)*pt3       + nom(5)*sa1     + nom(6)*sa1*pt1 +    &
156                       nom(7)*sa2
157
158                pden = den(1)           + den(2)*pt1     + den(3)*pt2     +    &
159                       den(4)*pt3       + den(5)*pt4     + den(6)*sa1     +    &
160                       den(7)*sa1*pt1   + den(8)*sa1*pt3 + den(9)*sa15    +    &
161                       den(10)*sa15*pt2
162
163!
164!--             Potential density (without pressure terms)
165                prho(k,j,i) = pnom / pden
166
167                pnom = pnom +             nom(8)*p1      + nom(9)*p1*pt2  +    &
168                       nom(10)*p1*sa1   + nom(11)*p2     + nom(12)*p2*pt2
169
170                pden = pden +             den(11)*p1     + den(12)*p2*pt3 +    &
171                       den(13)*p3*pt1
172
173!
174!--             In-situ density
175                rho(k,j,i) = pnom / pden
176
177             ENDDO
178!
179!--          Neumann conditions are assumed at bottom and top boundary
180             prho(nzt+1,j,i)            = prho(nzt,j,i)
181             prho(nzb_s_inner(j,i),j,i) = prho(nzb_s_inner(j,i)+1,j,i)
182             rho(nzt+1,j,i)             = rho(nzt,j,i)
183             rho(nzb_s_inner(j,i),j,i)  = rho(nzb_s_inner(j,i)+1,j,i)
184
185          ENDDO
186       ENDDO
187
188    END SUBROUTINE eqn_state_seawater
189
190
191!------------------------------------------------------------------------------!
192! Description:
193! ------------
194!> Call for grid point i,j
195!------------------------------------------------------------------------------!
196    SUBROUTINE eqn_state_seawater_ij( i, j )
197
198       USE arrays_3d,                                                          &
199           ONLY:  hyp, prho, pt_p, rho, sa_p
200           
201       USE indices,                                                            &
202           ONLY:  nzb_s_inner, nzt
203
204       IMPLICIT NONE
205
206       INTEGER(iwp) ::  i, j, k
207
208       REAL(wp)     ::  pden, pnom, p1, p2, p3, pt1, pt2, pt3, pt4, sa1, sa15, &
209                        sa2
210
211       DO  k = nzb_s_inner(j,i)+1, nzt
212!
213!--       Pressure is needed in dbar
214          p1 = hyp(k) * 1E-4_wp
215          p2 = p1 * p1
216          p3 = p2 * p1
217
218!
219!--       Temperature needed in degree Celsius
220          pt1 = pt_p(k,j,i) - 273.15_wp
221          pt2 = pt1 * pt1
222          pt3 = pt1 * pt2
223          pt4 = pt2 * pt2
224
225          sa1  = sa_p(k,j,i)
226          sa15 = sa1 * SQRT( sa1 )
227          sa2  = sa1 * sa1
228
229          pnom = nom(1)           + nom(2)*pt1     + nom(3)*pt2     +          &
230                 nom(4)*pt3       + nom(5)*sa1     + nom(6)*sa1*pt1 +          &
231                 nom(7)*sa2
232
233          pden = den(1)           + den(2)*pt1     + den(3)*pt2     +          &
234                 den(4)*pt3       + den(5)*pt4     + den(6)*sa1     +          &
235                 den(7)*sa1*pt1   + den(8)*sa1*pt3 + den(9)*sa15    +          &
236                 den(10)*sa15*pt2
237
238!
239!--       Potential density (without pressure terms)
240          prho(k,j,i) = pnom / pden
241
242          pnom = pnom +             nom(8)*p1      + nom(9)*p1*pt2  +          &
243                 nom(10)*p1*sa1   + nom(11)*p2     + nom(12)*p2*pt2
244          pden = pden +             den(11)*p1     + den(12)*p2*pt3 +          &
245                 den(13)*p3*pt1
246
247!
248!--       In-situ density
249          rho(k,j,i) = pnom / pden
250
251
252       ENDDO
253
254!
255!--    Neumann conditions are assumed at bottom and top boundary
256       prho(nzt+1,j,i)            = prho(nzt,j,i)
257       prho(nzb_s_inner(j,i),j,i) = prho(nzb_s_inner(j,i)+1,j,i)
258       rho(nzt+1,j,i)             = rho(nzt,j,i)
259       rho(nzb_s_inner(j,i),j,i)  = rho(nzb_s_inner(j,i)+1,j,i)
260
261    END SUBROUTINE eqn_state_seawater_ij
262
263
264!------------------------------------------------------------------------------!
265! Description:
266! ------------
267!> Equation of state as a function
268!------------------------------------------------------------------------------!
269    REAL(wp) FUNCTION eqn_state_seawater_func( p, pt, sa )
270
271       IMPLICIT NONE
272
273       REAL(wp) ::  p      !<
274       REAL(wp) ::  p1     !<
275       REAL(wp) ::  p2     !<
276       REAL(wp) ::  p3     !<
277       REAL(wp) ::  pt     !<
278       REAL(wp) ::  pt1    !<
279       REAL(wp) ::  pt2    !<
280       REAL(wp) ::  pt3    !<
281       REAL(wp) ::  pt4    !<
282       REAL(wp) ::  sa     !<
283       REAL(wp) ::  sa15   !<
284       REAL(wp) ::  sa2    !<
285
286!
287!--    Pressure is needed in dbar
288       p1 = p  * 1E-4_wp
289       p2 = p1 * p1
290       p3 = p2 * p1
291
292!
293!--    Temperature needed in degree Celsius
294       pt1 = pt - 273.15_wp
295       pt2 = pt1 * pt1
296       pt3 = pt1 * pt2
297       pt4 = pt2 * pt2
298
299       sa15 = sa * SQRT( sa )
300       sa2  = sa * sa
301
302
303       eqn_state_seawater_func =                                               &
304         ( nom(1)        + nom(2)*pt1       + nom(3)*pt2    + nom(4)*pt3     + &
305           nom(5)*sa     + nom(6)*sa*pt1    + nom(7)*sa2    + nom(8)*p1      + &
306           nom(9)*p1*pt2 + nom(10)*p1*sa    + nom(11)*p2    + nom(12)*p2*pt2   &
307         ) /                                                                   &
308         ( den(1)        + den(2)*pt1       + den(3)*pt2    + den(4)*pt3     + &
309           den(5)*pt4    + den(6)*sa        + den(7)*sa*pt1 + den(8)*sa*pt3  + &
310           den(9)*sa15   + den(10)*sa15*pt2 + den(11)*p1    + den(12)*p2*pt3 + &
311           den(13)*p3*pt1                                                      &
312         )
313
314
315    END FUNCTION eqn_state_seawater_func
316
317 END MODULE eqn_state_seawater_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.