source: NEMO/branches/UKMO/NEMO_4.0.1_meltpond_improvements/src/ICE/ice.F90 @ 12636

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  • Melt pond lids
  • Melt pond maximum area and thickness
  • Melt pond vertical flushing
  • Area contributing to melt ponds depends on total ice fraction
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Line 
1MODULE ice
2   !!======================================================================
3   !!                        ***  MODULE  ice  ***
4   !!   sea-ice:  ice variables defined in memory
5   !!======================================================================
6   !! History :  3.0  !  2008-03  (M. Vancoppenolle) Original code
7   !!            4.0  !  2018     (many people)      SI3 [aka Sea Ice cube]
8   !!----------------------------------------------------------------------
9#if defined key_si3
10   !!----------------------------------------------------------------------
11   !!   'key_si3'                                       SI3 sea-ice model
12   !!----------------------------------------------------------------------
13   USE in_out_manager ! I/O manager
14   USE lib_mpp        ! MPP library
15
16   IMPLICIT NONE
17   PRIVATE
18
19   PUBLIC   ice_alloc   ! called by icestp.F90
20
21   !!======================================================================
22   !!                                                                     |
23   !!              I C E   S T A T E   V A R I A B L E S                  |
24   !!                                                                     |
25   !! Introduction :                                                      |
26   !! --------------                                                      |
27   !! Every ice-covered grid cell is characterized by a series of state   |
28   !! variables. To account for unresolved spatial variability in ice     |
29   !! thickness, the ice cover in divided in ice thickness categories.    |
30   !!                                                                     |
31   !! Sea ice state variables depend on the ice thickness category        |
32   !!                                                                     |
33   !! Those variables are divided into two groups                         |
34   !! * Extensive (or global) variables.                                  |
35   !!   These are the variables that are transported by all means         |
36   !! * Intensive (or equivalent) variables.                              |
37   !!   These are the variables that are either physically more           |
38   !!   meaningful and/or used in ice thermodynamics                      |
39   !!                                                                     |
40   !! List of ice state variables :                                       |
41   !! -----------------------------                                       |
42   !!                                                                     |
43   !!-------------|-------------|---------------------------------|-------|
44   !!   name in   |   name in   |              meaning            | units |
45   !! 2D routines | 1D routines |                                 |       |
46   !!-------------|-------------|---------------------------------|-------|
47   !!                                                                     |
48   !! ******************************************************************* |
49   !! ***         Dynamical variables (prognostic)                    *** |
50   !! ******************************************************************* |
51   !!                                                                     |
52   !! u_ice       |      -      |    ice velocity in i-direction  | m/s   |
53   !! v_ice       |      -      |    ice velocity in j-direction  | m/s   |
54   !!                                                                     |
55   !! ******************************************************************* |
56   !! ***         Category dependent state variables (prognostic)     *** |
57   !! ******************************************************************* |
58   !!                                                                     |
59   !! ** Global variables                                                 |
60   !!-------------|-------------|---------------------------------|-------|
61   !! a_i         |   a_i_1d    |    Ice concentration            |       |
62   !! v_i         |      -      |    Ice volume per unit area     | m     |
63   !! v_s         |      -      |    Snow volume per unit area    | m     |
64   !! sv_i        |      -      |    Sea ice salt content         | pss.m |
65   !! oa_i        |      -      |    Sea ice areal age content    | s     |
66   !! e_i         |             |    Ice enthalpy                 | J/m2  |
67   !!             |    e_i_1d   |    Ice enthalpy per unit vol.   | J/m3  |
68   !! e_s         |             |    Snow enthalpy                | J/m2  |
69   !!             |    e_s_1d   |    Snow enthalpy per unit vol.  | J/m3  |
70   !! a_ip        |      -      |    Ice pond concentration       |       |
71   !! v_ip        |      -      |    Ice pond volume per unit area| m     |
72   !! lh_ip       !    lh_ip_1d !    Ice pond lid thickness       ! m     !
73   !!                                                                     |
74   !!-------------|-------------|---------------------------------|-------|
75   !!                                                                     |
76   !! ** Equivalent variables                                             |
77   !!-------------|-------------|---------------------------------|-------|
78   !!                                                                     |
79   !! h_i         | h_i_1d      |    Ice thickness                | m     |
80   !! h_s         ! h_s_1d      |    Snow depth                   | m     |
81   !! s_i         ! s_i_1d      |    Sea ice bulk salinity        ! pss   |
82   !! sz_i        ! sz_i_1d     |    Sea ice salinity profile     ! pss   |
83   !! o_i         !      -      |    Sea ice Age                  ! s     |
84   !! t_i         ! t_i_1d      |    Sea ice temperature          ! K     |
85   !! t_s         ! t_s_1d      |    Snow temperature             ! K     |
86   !! t_su        ! t_su_1d     |    Sea ice surface temperature  ! K     |
87   !! h_ip        | h_ip_1d     |    Ice pond thickness           | m     |
88   !!                                                                     |
89   !! notes: the ice model only sees a bulk (i.e., vertically averaged)   |
90   !!        salinity, except in thermodynamic computations, for which    |
91   !!        the salinity profile is computed as a function of bulk       |
92   !!        salinity                                                     |
93   !!                                                                     |
94   !!        the sea ice surface temperature is not associated to any     |
95   !!        heat content. Therefore, it is not a state variable and      |
96   !!        does not have to be advected. Nevertheless, it has to be     |
97   !!        computed to determine whether the ice is melting or not      |
98   !!                                                                     |
99   !! ******************************************************************* |
100   !! ***         Category-summed state variables (diagnostic)        *** |
101   !! ******************************************************************* |
102   !! at_i        | at_i_1d     |    Total ice concentration      |       |
103   !! vt_i        |      -      |    Total ice vol. per unit area | m     |
104   !! vt_s        |      -      |    Total snow vol. per unit ar. | m     |
105   !! st_i        |      -      |    Total Sea ice salt content   | pss.m |
106   !! sm_i        |      -      |    Mean sea ice salinity        | pss   |
107   !! tm_i        |      -      |    Mean sea ice temperature     | K     |
108   !! tm_s        |      -      |    Mean snow    temperature     | K     |
109   !! et_i        |      -      |    Total ice enthalpy           | J/m2  |
110   !! et_s        |      -      |    Total snow enthalpy          | J/m2  |
111   !! bv_i        |      -      |    relative brine volume        | ???   |
112   !! at_ip       |      -      |    Total ice pond concentration |       |
113   !! hm_ip       |      -      |    Mean ice pond depth          | m     |
114   !! vt_ip       |      -      |    Total ice pond vol. per unit area| m |
115   !!=====================================================================
116
117   !!----------------------------------------------------------------------
118   !! * Share Module variables
119   !!----------------------------------------------------------------------
120   !                                     !!** ice-generic parameters namelist (nampar) **
121   INTEGER           , PUBLIC ::   jpl              !: number of ice  categories
122   INTEGER           , PUBLIC ::   nlay_i           !: number of ice  layers
123   INTEGER           , PUBLIC ::   nlay_s           !: number of snow layers
124   LOGICAL           , PUBLIC ::   ln_virtual_itd   !: virtual ITD mono-category parameterization (T) or not (F)
125   LOGICAL           , PUBLIC ::   ln_icedyn        !: flag for ice dynamics (T) or not (F)
126   LOGICAL           , PUBLIC ::   ln_icethd        !: flag for ice thermo   (T) or not (F)
127   REAL(wp)          , PUBLIC ::   rn_amax_n        !: maximum ice concentration Northern hemisphere
128   REAL(wp)          , PUBLIC ::   rn_amax_s        !: maximum ice concentration Southern hemisphere
129   CHARACTER(len=256), PUBLIC ::   cn_icerst_in     !: suffix of ice restart name (input)
130   CHARACTER(len=256), PUBLIC ::   cn_icerst_out    !: suffix of ice restart name (output)
131   CHARACTER(len=256), PUBLIC ::   cn_icerst_indir  !: ice restart input directory
132   CHARACTER(len=256), PUBLIC ::   cn_icerst_outdir !: ice restart output directory
133
134   !                                     !!** ice-itd namelist (namitd) **
135   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_himin         !: minimum ice thickness
136   
137   !                                     !!** ice-dynamics namelist (namdyn) **
138   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_ishlat        !: lateral boundary condition for sea-ice
139   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_landfast_L16  !: landfast ice parameterizationfrom lemieux2016
140   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_depfra        !:    fraction of ocean depth that ice must reach to initiate landfast ice
141   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_icebfr        !:    maximum bottom stress per unit area of contact (lemieux2016) or per unit volume (home)
142   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_lfrelax       !:    relaxation time scale (s-1) to reach static friction
143   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_tensile       !:    isotropic tensile strength
144   !
145   !                                     !!** ice-ridging/rafting namelist (namdyn_rdgrft) **
146   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_crhg          !: determines changes in ice strength (also used for landfast param)
147   !
148   !                                     !!** ice-rheology namelist (namdyn_rhg) **
149   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_aEVP          !: using adaptive EVP (T or F)
150   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_creepl        !: creep limit : has to be under 1.0e-9
151   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_ecc           !: eccentricity of the elliptical yield curve
152   INTEGER , PUBLIC ::   nn_nevp          !: number of iterations for subcycling
153   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_relast        !: ratio => telast/rdt_ice (1/3 or 1/9 depending on nb of subcycling nevp)
154   !
155   !                                     !!** ice-advection namelist (namdyn_adv) **
156   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_adv_Pra       !: Prather        advection scheme
157   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_adv_UMx       !: Ultimate-Macho advection scheme
158   !
159   !                                     !!** ice-surface boundary conditions namelist (namsbc) **
160                                          ! -- icethd_dh -- !
161   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_blow_s        !: coef. for partitioning of snowfall between leads and sea ice
162                                          ! -- icethd -- !
163   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_cio           !: drag coefficient for oceanic stress
164   INTEGER , PUBLIC ::   nn_flxdist       !: Redistribute heat flux over ice categories
165   !                                      !   =-1  Do nothing (needs N(cat) fluxes)
166   !                                      !   = 0  Average N(cat) fluxes then apply the average over the N(cat) ice
167   !                                      !   = 1  Average N(cat) fluxes then redistribute over the N(cat) ice using T-ice and albedo sensitivity
168   !                                      !   = 2  Redistribute a single flux over categories
169   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_cndflx        !: use conduction flux as surface boundary condition (instead of qsr and qns)
170   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_cndemulate    !: emulate conduction flux (if not provided)
171   !                                      ! Conduction flux as surface forcing or not
172   INTEGER, PUBLIC, PARAMETER ::   np_cnd_OFF = 0  !: no forcing from conduction flux (ice thermodynamics forced via qsr and qns)
173   INTEGER, PUBLIC, PARAMETER ::   np_cnd_ON  = 1  !: forcing from conduction flux (SM0L) (compute qcn and qsr_tr via sbcblk.F90 or sbccpl.F90)
174   INTEGER, PUBLIC, PARAMETER ::   np_cnd_EMU = 2  !: emulate conduction flux via icethd_zdf.F90 (BL99) (1st round compute qcn and qsr_tr, 2nd round use it)
175
176   !                                     !!** ice-vertical diffusion namelist (namthd_zdf) **
177   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_cndi_U64      !: thermal conductivity: Untersteiner (1964)
178   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_cndi_P07      !: thermal conductivity: Pringle et al (2007)
179   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_kappa_i       !: coef. for the extinction of radiation Grenfell et al. (2006) [1/m]
180   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_cnd_s         !: thermal conductivity of the snow [W/m/K]   
181
182   !                                     !!** ice-salinity namelist (namthd_sal) **
183   INTEGER , PUBLIC ::   nn_icesal        !: salinity configuration used in the model
184   !                                      ! 1 - constant salinity in both space and time
185   !                                      ! 2 - prognostic salinity (s(z,t))
186   !                                      ! 3 - salinity profile, constant in time
187   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_icesal        !: bulk salinity (ppt) in case of constant salinity
188   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_simax         !: maximum ice salinity [PSU]
189   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_simin         !: minimum ice salinity [PSU]
190
191   !                                     !!** ice-ponds namelist (namthd_pnd)
192   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_pnd           !: Melt ponds (T) or not (F)
193   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_pnd_H12       !: Melt ponds scheme from Holland et al 2012
194   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_pnd_CST       !: Melt ponds scheme with constant fraction and depth
195   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_apnd          !: prescribed pond fraction (0<rn_apnd<1)
196   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_hpnd          !: prescribed pond depth    (0<rn_hpnd<1)
197   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_pnd_alb       !: melt ponds affect albedo
198   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_pnd_min       !: Minimum ice fraction that contributes to melt ponds
199   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_pnd_max       !: Maximum ice fraction that contributes to melt ponds
200   LOGICAL,  PUBLIC ::   ln_pnd_totfrac   !: Use total ice fraction instead of category ice fraction
201                                          !: when determining ice fraction that contributes to melt ponds
202   LOGICAL,  PUBLIC ::   ln_pnd_overflow  !: Allow ponds to overflow and have vertical flushing
203   LOGICAL,  PUBLIC ::   ln_pnd_lids      !: Melt ponds can have frozen lids
204   LOGICAL,  PUBLIC ::   ln_use_pndmass   !: Use melt pond mass flux diagnostic, passing it to the ocean for emp
205
206   !                                     !!** ice-diagnostics namelist (namdia) **
207   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_icediachk     !: flag for ice diag (T) or not (F)
208   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_icechk_cel    !: rate of ice spuriously gained/lost (at any gridcell)
209   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_icechk_glo    !: rate of ice spuriously gained/lost (globally)
210   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_icediahsb     !: flag for ice diag (T) or not (F)
211   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_icectl        !: flag for sea-ice points output (T) or not (F)
212   INTEGER , PUBLIC ::   iiceprt          !: debug i-point
213   INTEGER , PUBLIC ::   jiceprt          !: debug j-point
214
215   !                                     !!** some other parameters
216   INTEGER , PUBLIC ::   kt_ice           !: iteration number
217   REAL(wp), PUBLIC ::   rdt_ice          !: ice time step
218   REAL(wp), PUBLIC ::   r1_rdtice        !: = 1. / rdt_ice
219   REAL(wp), PUBLIC ::   r1_nlay_i        !: 1 / nlay_i
220   REAL(wp), PUBLIC ::   r1_nlay_s        !: 1 / nlay_s
221   REAL(wp), PUBLIC ::   rswitch          !: switch for the presence of ice (1) or not (0)
222   REAL(wp), PUBLIC ::   rdiag_v, rdiag_s, rdiag_t, rdiag_fv, rdiag_fs, rdiag_ft   !: conservation diagnostics
223   REAL(wp), PUBLIC, PARAMETER ::   epsi06 = 1.e-06_wp  !: small number
224   REAL(wp), PUBLIC, PARAMETER ::   epsi10 = 1.e-10_wp  !: small number
225   REAL(wp), PUBLIC, PARAMETER ::   epsi20 = 1.e-20_wp  !: small number
226
227   !                                     !!** define arrays
228   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   u_oce,v_oce !: surface ocean velocity used in ice dynamics
229   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   ht_i_new    !: ice collection thickness accreted in leads
230   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   strength    !: ice strength
231   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   stress1_i, stress2_i, stress12_i   !: 1st, 2nd & diagonal stress tensor element
232   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   delta_i     !: ice rheology elta factor (Flato & Hibler 95) [s-1]
233   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   divu_i      !: Divergence of the velocity field             [s-1]
234   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   shear_i     !: Shear of the velocity field                  [s-1]
235   !
236   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   t_bo        !: Sea-Ice bottom temperature [Kelvin]     
237   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   qlead       !: heat balance of the lead (or of the open ocean)
238   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   qsb_ice_bot !: net downward heat flux from the ice to the ocean
239   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   fhld        !: heat flux from the lead used for bottom melting
240
241   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   wfx_snw     !: mass flux from snow-ocean mass exchange             [kg.m-2.s-1]
242   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   wfx_snw_sni !: mass flux from snow ice growth component of wfx_snw [kg.m-2.s-1]
243   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   wfx_snw_sum !: mass flux from surface melt component of wfx_snw    [kg.m-2.s-1]
244   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   wfx_pnd     !: mass flux from melt pond-ocean mass exchange        [kg.m-2.s-1]
245   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   wfx_spr     !: mass flux from snow precipitation on ice            [kg.m-2.s-1]
246   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   wfx_sub     !: mass flux from sublimation of snow/ice              [kg.m-2.s-1]
247   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   wfx_snw_sub !: mass flux from snow sublimation                     [kg.m-2.s-1]
248   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   wfx_ice_sub !: mass flux from ice sublimation                      [kg.m-2.s-1]
249
250   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   wfx_snw_dyn !: mass flux from dynamical component of wfx_snw       [kg.m-2.s-1]
251
252   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   wfx_ice     !: mass flux from ice-ocean mass exchange                   [kg.m-2.s-1]
253   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   wfx_sni     !: mass flux from snow ice growth component of wfx_ice      [kg.m-2.s-1]
254   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   wfx_opw     !: mass flux from lateral ice growth component of wfx_ice   [kg.m-2.s-1]
255   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   wfx_bog     !: mass flux from bottom ice growth component of wfx_ice    [kg.m-2.s-1]
256   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   wfx_dyn     !: mass flux from dynamical ice growth component of wfx_ice [kg.m-2.s-1]
257   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   wfx_bom     !: mass flux from bottom melt component of wfx_ice          [kg.m-2.s-1]
258   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   wfx_sum     !: mass flux from surface melt component of wfx_ice         [kg.m-2.s-1]
259   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   wfx_lam     !: mass flux from lateral melt component of wfx_ice         [kg.m-2.s-1]
260   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   wfx_res     !: mass flux from residual component of wfx_ice             [kg.m-2.s-1]
261   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   wfx_err_sub !: mass flux error after sublimation                        [kg.m-2.s-1]
262
263   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   sfx_bog     !: salt flux due to ice bottom growth                   [pss.kg.m-2.s-1 => g.m-2.s-1]
264   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   sfx_bom     !: salt flux due to ice bottom melt                     [pss.kg.m-2.s-1 => g.m-2.s-1]
265   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   sfx_lam     !: salt flux due to ice lateral melt                    [pss.kg.m-2.s-1 => g.m-2.s-1]
266   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   sfx_sum     !: salt flux due to ice surface melt                    [pss.kg.m-2.s-1 => g.m-2.s-1]
267   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   sfx_sni     !: salt flux due to snow-ice growth                     [pss.kg.m-2.s-1 => g.m-2.s-1]
268   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   sfx_opw     !: salt flux due to growth in open water                [pss.kg.m-2.s-1 => g.m-2.s-1]
269   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   sfx_bri     !: salt flux due to brine rejection                     [pss.kg.m-2.s-1 => g.m-2.s-1]
270   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   sfx_dyn     !: salt flux due to porous ridged ice formation         [pss.kg.m-2.s-1 => g.m-2.s-1]
271   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   sfx_res     !: salt flux due to correction on ice thick. (residual) [pss.kg.m-2.s-1 => g.m-2.s-1]
272   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   sfx_sub     !: salt flux due to ice sublimation                     [pss.kg.m-2.s-1 => g.m-2.s-1]
273
274   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   hfx_bog     !: total heat flux causing bottom ice growth           [W.m-2]
275   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   hfx_bom     !: total heat flux causing bottom ice melt             [W.m-2]
276   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   hfx_sum     !: total heat flux causing surface ice melt            [W.m-2]
277   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   hfx_opw     !: total heat flux causing open water ice formation    [W.m-2]
278   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   hfx_dif     !: total heat flux causing Temp change in the ice      [W.m-2]
279   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   hfx_snw     !: heat flux for snow melt                             [W.m-2]
280   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   hfx_err_dif !: heat flux remaining due to change in non-solar flux [W.m-2]
281   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   hfx_err_rem !: heat flux error after heat remapping => must be 0   [W.m-2]
282   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   qt_atm_oi   !: heat flux at the interface atm-[oce+ice]            [W.m-2]
283   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   qt_oce_ai   !: heat flux at the interface oce-[atm+ice]            [W.m-2]
284   
285   ! heat flux associated with ice-atmosphere mass exchange
286   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   hfx_sub     !: heat flux for sublimation            [W.m-2]
287   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   hfx_spr     !: heat flux of the snow precipitation  [W.m-2]
288
289   ! heat flux associated with ice-ocean mass exchange
290   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   hfx_thd     !: ice-ocean heat flux from thermo processes (icethd_dh) [W.m-2]
291   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   hfx_dyn     !: ice-ocean heat flux from ridging                      [W.m-2]
292   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   hfx_res     !: heat flux due to correction on ice thick. (residual)  [W.m-2]
293
294   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)   ::   rn_amax_2d     !: maximum ice concentration 2d array
295   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   qtr_ice_bot    !: transmitted solar radiation under ice
296   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   t1_ice         !: temperature of the first layer                (ln_cndflx=T) [K]
297   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   cnd_ice        !: effective conductivity at the top of ice/snow (ln_cndflx=T) [W.m-2.K-1]
298
299   !!----------------------------------------------------------------------
300   !! * Ice global state variables
301   !!----------------------------------------------------------------------
302   !! Variables defined for each ice category
303   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   h_i       !: Ice thickness                           (m)
304   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   a_i       !: Ice fractional areas (concentration)
305   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   v_i       !: Ice volume per unit area                (m)
306   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   v_s       !: Snow volume per unit area               (m)
307   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   h_s       !: Snow thickness                          (m)
308   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   t_su      !: Sea-Ice Surface Temperature             (K)
309   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   s_i       !: Sea-Ice Bulk salinity                   (pss)
310   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   sv_i      !: Sea-Ice Bulk salinity * volume per area (pss.m)
311   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   o_i       !: Sea-Ice Age                             (s)
312   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   oa_i      !: Sea-Ice Age times ice area              (s)
313   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   bv_i      !: brine volume
314
315   !! Variables summed over all categories, or associated to all the ice in a single grid cell
316   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   u_ice, v_ice !: components of the ice velocity                          (m/s)
317   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   vt_i , vt_s  !: ice and snow total volume per unit area                 (m)
318   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   st_i         !: Total ice salinity content                              (pss.m)
319   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   at_i         !: ice total fractional area (ice concentration)
320   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   ato_i        !: =1-at_i ; total open water fractional area
321   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   et_i , et_s  !: ice and snow total heat content                         (J/m2)
322   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   tm_i         !: mean ice temperature over all categories                (K)
323   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   tm_s         !: mean snw temperature over all categories                (K)
324   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   bvm_i        !: brine volume averaged over all categories
325   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   sm_i         !: mean sea ice salinity averaged over all categories      (pss)
326   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   tm_su        !: mean surface temperature over all categories            (K)
327   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   hm_i         !: mean ice  thickness over all categories                 (m)
328   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   hm_s         !: mean snow thickness over all categories                 (m)
329   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   om_i         !: mean ice age over all categories                        (s)
330   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   tau_icebfr   !: ice friction on ocean bottom (landfast param activated)
331
332   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:,:) ::   t_s      !: Snow temperatures     [K]
333   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:,:) ::   e_s      !: Snow enthalpy         [J/m2]
334   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:,:) ::   t_i      !: ice temperatures      [K]
335   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:,:) ::   e_i      !: ice enthalpy          [J/m2]
336   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:,:) ::   sz_i     !: ice salinity          [PSS]
337
338   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   a_ip       !: melt pond concentration
339   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   v_ip       !: melt pond volume per grid cell area      [m]
340   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   a_ip_frac  !: melt pond fraction (a_ip/a_i)
341   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   a_ip_eff   !: melt pond effective fraction (not covered up by lid) (a_ip/a_i)
342   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   h_ip       !: melt pond depth                          [m]
343   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   lh_ip      !: melt pond lid thickness                  [m]
344
345   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)   ::   at_ip      !: total melt pond concentration
346   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)   ::   hm_ip      !: mean melt pond depth                     [m]
347   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)   ::   vt_ip      !: total melt pond volume per gridcell area [m]
348
349   !!----------------------------------------------------------------------
350   !! * Old values of global variables
351   !!----------------------------------------------------------------------
352   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)   ::   v_s_b, v_i_b, h_s_b, h_i_b, h_ip_b    !: snow and ice volumes/thickness
353   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)   ::   a_i_b, sv_i_b, oa_i_b                 !:
354   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:,:) ::   e_s_b                                 !: snow heat content
355   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:,:) ::   e_i_b                                 !: ice temperatures
356   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)     ::   u_ice_b, v_ice_b                      !: ice velocity
357   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)     ::   at_i_b                                !: ice concentration (total)
358           
359   !!----------------------------------------------------------------------
360   !! * Ice thickness distribution variables
361   !!----------------------------------------------------------------------
362   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:) ::   hi_max         !: Boundary of ice thickness categories in thickness space
363   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:) ::   hi_mean        !: Mean ice thickness in catgories
364   !
365   !!----------------------------------------------------------------------
366   !! * Ice diagnostics
367   !!----------------------------------------------------------------------
368   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   diag_trp_vi   !: transport of ice volume
369   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   diag_trp_vs   !: transport of snw volume
370   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   diag_trp_ei   !: transport of ice enthalpy [W/m2]
371   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   diag_trp_es   !: transport of snw enthalpy [W/m2]
372   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   diag_trp_sv   !: transport of salt content
373   !
374   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   diag_heat     !: snw/ice heat content variation   [W/m2]
375   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   diag_sice     !: ice salt content variation   []
376   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   diag_vice     !: ice volume variation   [m/s]
377   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   diag_vsnw     !: snw volume variation   [m/s]
378
379   !!----------------------------------------------------------------------
380   !! * Ice conservation
381   !!----------------------------------------------------------------------
382   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   diag_v        !: conservation of ice volume
383   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   diag_s        !: conservation of ice salt
384   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   diag_t        !: conservation of ice heat
385   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   diag_fv       !: conservation of ice volume
386   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   diag_fs       !: conservation of ice salt
387   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   diag_ft       !: conservation of ice heat
388   !
389   !!----------------------------------------------------------------------
390   !! * SIMIP extra diagnostics
391   !!----------------------------------------------------------------------
392   ! Extra sea ice diagnostics to address the data request
393   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   t_si          !: Temperature at Snow-ice interface (K)
394   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)   ::   tm_si         !: mean temperature at the snow-ice interface (K)
395   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   qcn_ice_bot   !: Bottom  conduction flux (W/m2)
396   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   qcn_ice_top   !: Surface conduction flux (W/m2)
397
398   !
399   !!----------------------------------------------------------------------
400   !! NEMO/ICE 4.0 , NEMO Consortium (2018)
401   !! $Id$
402   !! Software governed by the CeCILL license (see ./LICENSE)
403   !!----------------------------------------------------------------------
404CONTAINS
405
406   FUNCTION ice_alloc()
407      !!-----------------------------------------------------------------
408      !!               *** Routine ice_alloc ***
409      !!-----------------------------------------------------------------
410      INTEGER :: ice_alloc
411      !
412      INTEGER :: ierr(16), ii
413      !!-----------------------------------------------------------------
414      ierr(:) = 0
415
416      ii = 1
417      ALLOCATE( u_oce    (jpi,jpj) , v_oce    (jpi,jpj) , ht_i_new  (jpi,jpj) , strength(jpi,jpj) ,  &
418         &      stress1_i(jpi,jpj) , stress2_i(jpi,jpj) , stress12_i(jpi,jpj) ,                      &
419         &      delta_i  (jpi,jpj) , divu_i   (jpi,jpj) , shear_i   (jpi,jpj) , STAT=ierr(ii) )
420
421      ii = ii + 1
422      ALLOCATE( t_bo       (jpi,jpj) , wfx_snw_sni(jpi,jpj) ,                                                &
423         &      wfx_snw    (jpi,jpj) , wfx_snw_dyn(jpi,jpj) , wfx_snw_sum(jpi,jpj) , wfx_snw_sub(jpi,jpj) ,  &
424         &      wfx_ice    (jpi,jpj) , wfx_sub    (jpi,jpj) , wfx_ice_sub(jpi,jpj) , wfx_lam    (jpi,jpj) ,  &
425         &      wfx_pnd    (jpi,jpj) ,                                                                       &
426         &      wfx_bog    (jpi,jpj) , wfx_dyn   (jpi,jpj) , wfx_bom(jpi,jpj) , wfx_sum(jpi,jpj) ,           &
427         &      wfx_res    (jpi,jpj) , wfx_sni   (jpi,jpj) , wfx_opw(jpi,jpj) , wfx_spr(jpi,jpj) ,           &
428         &      rn_amax_2d (jpi,jpj) ,                                                                       &
429         &      qsb_ice_bot(jpi,jpj) , qlead     (jpi,jpj) ,                                                 &
430         &      sfx_res    (jpi,jpj) , sfx_bri   (jpi,jpj) , sfx_dyn(jpi,jpj) , sfx_sub(jpi,jpj) , sfx_lam(jpi,jpj) ,  &
431         &      sfx_bog    (jpi,jpj) , sfx_bom   (jpi,jpj) , sfx_sum(jpi,jpj) , sfx_sni(jpi,jpj) , sfx_opw(jpi,jpj) ,  &
432         &      hfx_res    (jpi,jpj) , hfx_snw   (jpi,jpj) , hfx_sub(jpi,jpj) ,                        & 
433         &      qt_atm_oi  (jpi,jpj) , qt_oce_ai (jpi,jpj) , fhld   (jpi,jpj) ,                        &
434         &      hfx_sum    (jpi,jpj) , hfx_bom   (jpi,jpj) , hfx_bog(jpi,jpj) , hfx_dif(jpi,jpj) ,     &
435         &      hfx_opw    (jpi,jpj) , hfx_thd   (jpi,jpj) , hfx_dyn(jpi,jpj) , hfx_spr(jpi,jpj) ,     &
436         &      hfx_err_dif(jpi,jpj) , hfx_err_rem(jpi,jpj) , wfx_err_sub(jpi,jpj)             ,  STAT=ierr(ii) )
437
438      ! * Ice global state variables
439      ii = ii + 1
440      ALLOCATE( qtr_ice_bot(jpi,jpj,jpl) , cnd_ice(jpi,jpj,jpl) , t1_ice(jpi,jpj,jpl) ,  &
441         &      h_i        (jpi,jpj,jpl) , a_i    (jpi,jpj,jpl) , v_i   (jpi,jpj,jpl) ,  &
442         &      v_s        (jpi,jpj,jpl) , h_s    (jpi,jpj,jpl) , t_su  (jpi,jpj,jpl) ,  &
443         &      s_i        (jpi,jpj,jpl) , sv_i   (jpi,jpj,jpl) , o_i   (jpi,jpj,jpl) ,  &
444         &      oa_i       (jpi,jpj,jpl) , bv_i   (jpi,jpj,jpl) , STAT=ierr(ii) )
445
446      ii = ii + 1
447      ALLOCATE( u_ice(jpi,jpj) , v_ice(jpi,jpj) ,                                   &
448         &      vt_i (jpi,jpj) , vt_s (jpi,jpj) , st_i(jpi,jpj) , at_i(jpi,jpj) , ato_i(jpi,jpj) ,  &
449         &      et_i (jpi,jpj) , et_s (jpi,jpj) , tm_i(jpi,jpj) , tm_s(jpi,jpj) ,  &
450         &      sm_i (jpi,jpj) , tm_su(jpi,jpj) , hm_i(jpi,jpj) , hm_s(jpi,jpj) ,  &
451         &      om_i (jpi,jpj) , bvm_i(jpi,jpj) , tau_icebfr(jpi,jpj)            , STAT=ierr(ii) )
452
453      ii = ii + 1
454      ALLOCATE( t_s(jpi,jpj,nlay_s,jpl) , e_s(jpi,jpj,nlay_s,jpl) , STAT=ierr(ii) )
455
456      ii = ii + 1
457      ALLOCATE( t_i(jpi,jpj,nlay_i,jpl) , e_i(jpi,jpj,nlay_i,jpl) , sz_i(jpi,jpj,nlay_i,jpl) , STAT=ierr(ii) )
458
459      ii = ii + 1
460      ALLOCATE( a_ip(jpi,jpj,jpl) , v_ip(jpi,jpj,jpl) , a_ip_frac(jpi,jpj,jpl) , h_ip(jpi,jpj,jpl),  &
461         &      lh_ip(jpi,jpj,jpl), a_ip_eff(jpi,jpj,jpl) , STAT = ierr(ii) )
462
463      ii = ii + 1
464      ALLOCATE( at_ip(jpi,jpj) , hm_ip(jpi,jpj) , vt_ip(jpi,jpj) , STAT = ierr(ii) )
465
466      ! * Old values of global variables
467      ii = ii + 1
468      ALLOCATE( v_s_b (jpi,jpj,jpl) , v_i_b (jpi,jpj,jpl) , h_s_b(jpi,jpj,jpl)        , h_i_b(jpi,jpj,jpl), h_ip_b(jpi,jpj,jpl),  &
469         &      a_i_b (jpi,jpj,jpl) , sv_i_b(jpi,jpj,jpl) , e_i_b(jpi,jpj,nlay_i,jpl) , e_s_b(jpi,jpj,nlay_s,jpl) ,               &
470         &      oa_i_b(jpi,jpj,jpl)                                                   , STAT=ierr(ii) )
471
472      ii = ii + 1
473      ALLOCATE( u_ice_b(jpi,jpj) , v_ice_b(jpi,jpj) , at_i_b(jpi,jpj) , STAT=ierr(ii) )
474     
475      ! * Ice thickness distribution variables
476      ii = ii + 1
477      ALLOCATE( hi_max(0:jpl), hi_mean(jpl),  STAT=ierr(ii) )
478
479      ! * Ice diagnostics
480      ii = ii + 1
481      ALLOCATE( diag_trp_vi(jpi,jpj) , diag_trp_vs (jpi,jpj) , diag_trp_ei(jpi,jpj),   & 
482         &      diag_trp_es(jpi,jpj) , diag_trp_sv (jpi,jpj) , diag_heat  (jpi,jpj),   &
483         &      diag_sice  (jpi,jpj) , diag_vice   (jpi,jpj) , diag_vsnw  (jpi,jpj), STAT=ierr(ii) )
484
485      ! * Ice conservation
486      ii = ii + 1
487      ALLOCATE( diag_v (jpi,jpj) , diag_s (jpi,jpj) , diag_t (jpi,jpj),   & 
488         &      diag_fv(jpi,jpj) , diag_fs(jpi,jpj) , diag_ft(jpi,jpj), STAT=ierr(ii) )
489     
490      ! * SIMIP diagnostics
491      ii = ii + 1
492      ALLOCATE( t_si(jpi,jpj,jpl) , tm_si(jpi,jpj) , qcn_ice_bot(jpi,jpj,jpl) , qcn_ice_top(jpi,jpj,jpl) , STAT = ierr(ii) )
493
494      ice_alloc = MAXVAL( ierr(:) )
495      IF( ice_alloc /= 0 )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'ice_alloc: failed to allocate arrays.' )
496      !
497   END FUNCTION ice_alloc
498
499#else
500   !!----------------------------------------------------------------------
501   !!   Default option         Empty module           NO SI3 sea-ice model
502   !!----------------------------------------------------------------------
503#endif
504
505   !!======================================================================
506END MODULE ice
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.