Traceur Azote ou Phosphore¶
- Le principe du traçage d’un élément chimique dans le réseau trophique 3D a été défini dans Ménesguen et al. (2006). Il permet de suivre un élément chimique (ici l’azote ou le phosphore) issu d’une zone donnée (une rivière, ou une limite marine) dans le temps et l’espace et à travers les différentes formes qu’il prend dans le réseau trophique (pour l’azote : azote dissous, azote détritique, azote phytoplanctonique, azote zooplanctonique, azote benthique, etc..)
- Ce module peut être associé à une option complémentaire qui calcule les âges de cet élément.
La théorie¶
Le principe du traçage consiste à répliquer, autant de fois qu’il y a de sources de cet élément à tracer séparément, le sous-ensemble des équations d’état décrivant le cycle de l’élément étudié.
Dans l’option N_tracer ou P_tracer :
Soit Bi l’une des variables biogéochimiques de ce cycle, portant la signature S(Bi).
Son équation courante d’évolution est :
\(\frac{dBi}{dt} = sources(B1,B2,..Bn,t) - puits(B1,B2,..Bn,t)\) ; [equation 1]
La nouvelle équation d’évolution de « masse traceur » est:
\(\frac{dBtrai}{dt} = sources(B1,B2,..Bn,t)*S(source) - puits(B1,B2,..Bn,t)*S(Bi)\) ; [equation 2]
La signature S(Bi) s’obtient par:
\(S(Bi)=\frac{Btrai}{Bi}\) ; [equation 3]
L’option age_tracer permet de calculer l’âge de ce traceur biogéochimique depuis son rejet par la source.
- Le principe de calcul est le même que précédemment : il faut répliquer cette fois toutes les équations des masses signées pour les appliquer aux masses signées âgées, ce qui, au total, triple le nombre de variables d’état du modèle affectées au cycle de l’élément chimique.
- Si A(Bsi) est l’âge moyen de la masse signée Bsi, la nouvelle équation d’évolution de « masse signée et âgée» est :
- \(\frac{dBsai}{dt} = sources(Bs1,Bs2,..Bsn,t)*A(source) - puits(Bs1,Bs2,..Bsn,t)*A(Bsi)+Bsai\) ; [equation 4]
- L’âge de la partie signée A(Bsi) s’obtient par:
- \(A(Bsi) = \frac{Bsai}{Bsi}\) ; [equation 5]
Application de l’option tracer¶
Utilisation de la clé key_N_tracer ou key_P_tracer (associée aux clés key_substance et key_biolo)
Ce module n’est utilisable actuellement que pour l’option 1 de ECOMARS.
- Définitions :
- la (ou les) source : zone origine dans l’espace à partir de laquelle la masse tracée est injectée (fleuve). Leur nombre (nb_source) doit être indiqué dans le fichier parameters.F90. Le nombre maximum autorisé actuellement est 4. Les sources sont soit des rivières, soit la limite ouverte marine (Nord, Sud, Est et Ouest en même temps).
- les points source : les différents points qui définissent la zone source. Les points source sont automatiquement créés à partir du nom de chaque source. Si c’est une rivière, les points source sont les points d’input de la riviere; si c’est une orgine “marine”, les points sources sont localisés aux limites ouvertes.
- les variables signées : variables d’état du modèle dans lesquelles l’élément chimique tracé transite. (exemples : NO3, NH4, diatom_N etc..)
- les variables traceurs : variables qui tracent un élément chimique à travers plusieurs variables d’état “signées”. (exemples : NO3_N_tra,diatom_N_tra..).
- Plusieurs variables “traceurs” sont définies par source; chacune “trace” l’élément chimique (azote) à travers les variables d’état “signées” du modèle. Il y a autant de variables traceurs qu’il y a de variables d’état signées.
- les résultats des calculs sont sauvegardés par des variables diagnostiques qui donnent les signatures dans chaque variable signée de l’élément chimique (voir equation 3). Les variables “traceurs” ne sont pas sauvegardées.
- L’élément azote est tracé à travers 8 variables (les sels nutritifs : NH4 et NO3, les 3 phytoplanctons et les 2 zooplanctons, l’azote détritique) + l’azote benthique et les variables phytoplancton toxiques si les modules sont activés.
- L’élément phosphore est tracé à travers 8 variables (les sels nutritifs : PO4, Padsorbé, les 3 phytoplanctons et les 2 zooplanctons, le phosphore détritique) + le phosphore benthique et les variables phytoplancton toxiques si les modules sont activés.
- L’élément phosphore n’étant pas explicitement simulé dans les variables phytoplanctoniques et zooplanctoniques, le traçage s’effectue en suivant l’élément N et en appliquant un rapport N/P constant
- Les signatures vont de 0 à 100.
- Les variables “traceur” sont automatiquement créées en supplément des variables d’état définies par l’utilisateur dans le fichier variable.dat. Elles sont donc rajoutées aux variables d’état et dépendent du nombre de source ; elles correspondent aux variables d’état qu’elles signent [exemple pour N : ammonium, nitrate, les différentes espèces de phyto et de zooplancton, l’azote détritique, et benthique (si key_benthos)].
- Les numéros d’ordre des variables traceurs sont automatiquement repérés et leurs noms correspondent à ceux des variables signées, ainsi que leurs caractéristiques (type de variable, vitesses de chute). Les conditions initiales, les conditions aux limites, les apports etc.. sont nuls pour les variables traceurs, dont le seul apport est à la source,
- Les variables “traceur” sont injectées à la source seulement si leur “marque” est égale à 1. Le paramètre p_marque_tracerN ou p_marque_tracerP est donné dans le fichier de namelist parabiolo.txt.
- les index iv (rang modèle) de chaque variable signée pour chaque variable traceur sont repérées individuellement pour chaque source en fonction du nom de la variable signée : iv_zoo_meso_tra_N(is),iv_zoo_micr_tra_N(is),iv_benth_tra_N(is)
L’élément chimique N ou P est apporté avec le même flux que la variable signée aux points source.
Marche à suivre pour utiliser l’option N_tracer ou P_tracer:
Clé key_N_tracer ou key_P_tracer dans Makefile.datarmor
nombre de source total dans parameters.F90[_rankX]
rajout de la namelist namtracerN ou namtracerP dans parabiolo.txt.
indiquer la date de départ des traceurs (celle ci (date_start_tracerN[/P]) n’est utilisé que pour le calcul des ages avec key_age_tracer ). Elle est égale à la date de debut de calcul des substances (date_startsub) de la simulation initiale. Elle doit rester la même si le calcul des tracers est poursuivi en relisant les variables tracer dans un fichier de sauvegarde.
indiquer le nombre de source par les rivieres (nb_source_river_tracerN[/P] - maximum 4)
le nombre de source par la limite marine (nb_source_marin_tracerN[/P]),
les noms des rivières correspondant à chacune de ces sources.
ATTENTION : si plusieurs rivières pour une seule source , donner les noms de chaque rivière séparés par un point virgule :Exemple : p_source_river2_tracerN = ‘GIRONDE_GARONNE;GIRONDE_DORDOGNE’Les marques (p_marque_tracerN[/P] =0 ou 1) qui déterminent quelles sont les espèces d’azote [/phosphore] rejetées par ces sources (en général seulement NH4 et NO3 ou PO4 et Pads).
Le nombre total de variables traceurs sera calculé automatiquement et sera égal au nombre total de source (rivieres + marin) multiplié par le nombre de variables tracées.
Application de l’option age_tracer¶
- Utilisation de la clé key_age_tracer (associée aux clés key_substance et key_biolo et key_N[/P]_tracer)
- les variables “masse signée et agée” sont des variables supplémentaires dont l’équation de transport est résolue comme pour les autres variables.
- Il y a autant de variables “masse signée et agée” que de variables “traceurs”.
- Ces variables ne sont pas sauvées en tant que telles dans les résultats. Seuls les âges (voir Equation 5) sont sauvés dans des variables diagnostiques.
- Si l’élément issu d’une source n’a pas encore atteint une variable dans une zone donnée, l’âge est noté égal à -1 dans les variables diagnostiques.
- Les âges sont exprimés en jour.
- Si l’âge est supérieur à l’âge maximum possible (calculé en fonction de la date initiale de départ des traceurs : date_start_tracerN[/P] donnée dans parabiolo.txt), l’âge n’est pas ecrit dans le fichier résultat des variables diagnostiques (il est égal à -1)
Exemples de resultat¶
Liste des nouveaux parametres utilisés¶
signification - usage dimensions nb_points_source nombre de points source par source nb_source_tracer_N nb_var_tracer nombre de variable “traceur” nb_source_tracer_N iv_tracer_N index de la variable “traceur” (rang modele) nb_var_tracer_max,nb_source_tracer_N isubs_tracer_N numero de la variable “traceur” (rang lu) nb_var_tracer_max,nb_source_tracer_N iv_signed_N index de la variable “signée” que le “traceur” suit (rang modele) nb_var_tracer_max,nb_source_tracer_N isubs_signed_N numero de la variable signée” que le “traceur” suit (rang lu dans fichier) nb_var_tracer_max,nb_source_tracer_N p_i_tracerN parametre indiquant la coordonnée i de la source du traceur nb_points_source_max,nb_source_tracer_N p_j_tracerN parametre indiquant la coordonnée j de la source du traceur nb_points_source_max,nb_source_tracer_N p_k_tracerN parametre indiquant la coordonnée k de la source du traceur nb_points_source_max,nb_source_tracer_N p_marque_tracerN paramètre indiquant la marque de la source du traceur| nb_var_tracer_max,nb_source_tracer_N) ndiag_tracerN nombre de varaible diagnostiques correspondant au traceur id_tracer_signN index de la variable diagnostique indiquant la fraction de N tracé nb_var_tracer_max,nb_source_tracer_N