.. _oxygene: Oxygène Dissous =============== * Ce module est fondé sur le modèle de Chapelle et al.(1994). * Il nécessite d'ajouter une variable d'état : l'oxygène dissous dans l'eau * L'oxygène dissous à saturation est suivi en fonction du temps et de l'espace en tant que variable diagnostique 3D * Les paramètres associés à ce module sont listés plus loin **Calcul de la concentration en oxygène à saturation** La concentration maximale d’oxygène dissous dans l’eau par les seuls processus physiques, appelé saturation (O2sat en mg.l-1), peut être estimée grâce à l’équation de Weiss (Aminot et Chaussepied, 1983) : | :math:`O_2sat= 1.429 e^{g(Sal,Temp)}` | :math:`g(Sal,Temp)=-173.4292+249.6329*\frac{100}{TempK}+143.3483*\log(\frac{TempK}{100})-21.8492*\frac{TempK}{100}` | :math:`+Sal*[-0.033096+0.014259*\frac{TempK}{100}-0.0017*\frac{TempK}{100}^2]` avec : | Sal : Salinité (PSS 78) | TempK : Température en Kelvin **Calcul de la réaération** La réaération (Oair en mg.l-1.j-1) représente le flux de diffusion de l’oxygène à l’interface air-eau, favorisé notamment par l’agitation de surface due au vent (Riley et Stefan, 1988) : | :math:`O_{air}= K_{O2} * (O_2sat-C_{O2})` | :math:`K_{O2}=\frac{0.64+0.0256*(\frac{W_{vent}}{0.447})^2}{D_{O2}}` avec : | :math:`W_{vent}` : Vitesse du vent en surface | :math:`D_{O2}` : Epaisseur d'eau prise en compte pour l'échange air_eau (m) Dans le code, :math:`D_{O2}` est pris égal à epn (épaisseur de la couche de surface) **Production d'oxygène due à la photosynthèse** La production d’oxygène due à la photosynthèse (Ophotos en mg.L-1.j-1) dépend de la croissance micro- et macro-algale et d’un quotient photosynthétique représentant le rapport entre l’oxygène dégagé et le dioxyde de carbone consommé (Chapelle, 1991) : | :math:`O_{photos}= R_{O2/N} * Q_{ps}*(\mu_{diat}*C_{Ndiat}+\mu_{dino}*C_{Ndino}+\mu_{nano}*C_{Nnano})` avec : | :math:`O_{photos}` : taux de production d'oxygène par photosynthèse (mg.L-1.j-1) | :math:`R_{O2/N}` : rapport oxygène sur azote pour la photosynthèse (mg.µmol-1) = 0.212 (1 mole d'O2 formée pour 16/106 (rapport de Redfield) mole de N formée) | :math:`Q_{ps}` : quotient photosynthétique (s.u;) représentant le rapport entre l’oxygène dégagé et le dioxyde de carbone consommé (Chapelle, 1991) (p_phyto_photoratio :ref:`para.oxygene`) | :math:`\mu_{diat},\mu_{dino},\mu_{nano}` : taux de croissance de chaque espèce de phytoplancton simulé (:ref:`croissance.phyto`) Chaque module facultatif traitant un végétal rajoute son terme de production d’oxygène à :math:`O_{photos}` * si prise en compte des *Pseudonitschia* (key_psnz : :ref:`pseudo.nitzschia`) : | :math:`O_{photos}= O_{photos}+R_{O2/N} * Q_{ps}*(\mu_{psnz}*C_{Npsnz})` * si prise en compte des *Karenia Mikimotoï* (key_karenia : :ref:`karenia`) : | :math:`O_{photos}= O_{photos}+R_{O2/N} * Q_{ps}*(\mu_{kar}*C_{Nkar})` * si prise en compte des *Phaeocystis* (key_phaeocystis : :ref:`phaeocystis`) : | :math:`O_{photos}= O_{photos}+R_{O2/N} * Q_{ps}*(\mu_{colophaeo}*C_{Ncolophaeo}+\mu_{cellphaeo}*C_{Ncellphaeo})` * si prise en compte des *Ulves* (key_ulve) : | :math:`O_{photos}= O_{photos}+R_{O2/N} * Q_{ps}*\mu_{ulve}*\frac{C_{ulvdrywght}+\frac{P_{ulvsurf}C_{ulvdrywght}}{epn}}{MasseMolaire_N}` **Consommation d'oxygène** La consommation d’oxygène dans la colonne d’eau se fait par : * minéralisation de la matière détritique (Orme en mg.l-1.j-1), * nitrification (Onitrife en mg.l-1.j-1), * respiration du phytoplancton et du zooplancton (Orespzoo en mg.l-1.j-1), [et des ulves (Orespalgue en mg.l-1.j-1)]. Seule la reminéralisation de l’azote organique est prise en compte comme processus consommateur d’oxygène, car le phosphore (principalement sous forme PO4) et le silicium (sous forme SiO2) sont déjà à un degré d’oxydation maximum. Les équations de *reminéralisation* et de *nitrification*  sont donc les suivantes : | :math:`O_{rme}= Rme_N * R_{O2/N}^{rme} * C_{Ndetr}` | :math:`O_{nitrife}= Nitrif * R_{O2/N}^{nit} * C_{NH4}` avec : | :math:`Rme_N` : taux de reminéralisation de N détritique (:ref:`mineralisation.MO`) | :math:`Nitrif` : taux de nitrification (:ref:`nitrification`) | :math:`R_{O2/N}^{rme}` =0.212 (1 mole d'O2 consommée pour 16/106 (rapport de Redfield) mole de N minéralisée) | :math:`R_{O2/N}^{nit}` =0.064 (2 moles d'O2 (=0.064 mg d'O2) consommée pour 1 µmole de NH4) Si le module **benthos** est utilisé, la consommation d'oxygène dans la couche de fond par minéralisation de la matière organique benthique est prise en compte en multipliant le taux de minéralisation dans l'eau par un rapport pelagique/benthique, donné en parmaètre (*p_reminbenth* :ref:`parametres.biolo`) La *respiration algale* (Orespalg en mg.l-1.j-1) est représentée par une relation traduisant l’augmentation de la respiration quand la lumière diminue : | :math:`O_{respalg}= R_{O2/N}*[(0.01+0.1*(1-flum_{diat})*C_{Ndiat}` | :math:`+(0.01+0.1*(1-flum_{dino})*C_{Ndino}` | :math:`+(0.01+0.1*(1-flum_{nano})*C_{Nnano}]` avec : | :math:`flum_{diat},flum_{dino},flum_{nano}` : pour chaque phytoplancton (:ref:`effet.lum`) Chaque module facultatif traitant un végétal rajoute son terme de consommation d’oxygène à Orespalg, avec des formulations analogues et les fonctions limitantes correspondantes. Pour les ulves, le traitement est particulier : * si prise en compte des *Ulves* (key_ulve) : | :math:`O_{respalg}= O_{respalg}+R_{O2/N}*[(0.01+0.1*\frac{(1-flum_{ulvesusp})*C_{Nulvesusp?}+\frac{(1-flum_{ulvebenth})*C_{Nulvebenth?}}{epn}}{MasseMolaire_N}` La *respiration du zooplancton* (Orespzoo en mg.L-1.j-1) est, quant à elle, fonction de la biomasse : | :math:`O_{respzoo}= Q_{respzoo}*f_T*(C_{N_{mesozoo}}+C_{N_{microzoo}})*\frac{R_{C/Pdszoo}}{12*R_{C/Nzoo}}` avec : | :math:`Q_{respzoo}` : taux de respiration de la biomasse zooplanctonique (mgO2.(µmolN.j)-1)(p_zoo_resp :ref:`para.oxygene`) | :math:`R_{C/Pdszoo}`: rapport massique carbone sur poids sec pour le zooplancton | :math:`R_{C/Nzoo}` : rapport molaire carbone sur azote pour le zooplancton Equation d'évolution pour l'oxygène ----------------------------------- :math:`[\frac{d(C_{O2})}{dt}]_{bio}=O_{photos}+O_{air}-O_{respalg}-O_{respzoo}-O_{rme}-O_{nitrife}` mais * :math:`O_{air}` est nul sauf dans la couche de surface * et si :math:`C_{O2}` <0.2 mg.L-1 alors :math:`Rme_N=Nitrif=Rme_P=0.` .. _para.oxygene: Parametres utilises pour simuler l'Oxygene dissous -------------------------------------------------- (:ref:`parametres.biolo`) +----------------------------+------------------------------------+-------------------------------------------------------------------+---------------------+ | *parametre documentation* | *parametres fichier* | *definition* | unite | +----------------------------+------------------------------------+-------------------------------------------------------------------+---------------------+ | :math:`Q_{ps}` | p_phyto_photoratio | Quotient photosynthetique | | +----------------------------+------------------------------------+-------------------------------------------------------------------+---------------------+ | :math:`K_{O2remin}` | p_O2_kremin (non utilisé) | Constance demi saturation o2 remineralisation | mg.l-1 | +----------------------------+------------------------------------+-------------------------------------------------------------------+---------------------+ | Nitrif\ :sub:`w0`\ | p_nitrifwat | Taux nitrification dans l'eau a 0°C | jour-1 | +----------------------------+------------------------------------+-------------------------------------------------------------------+---------------------+ | Q_{respzoo} | p_zoo_resp | Taux de respiration du zooplancton |mgO2.micromolN-1.j-1 | +----------------------------+------------------------------------+-------------------------------------------------------------------+---------------------+