New URL for NEMO forge!   http://forge.nemo-ocean.eu

Since March 2022 along with NEMO 4.2 release, the code development moved to a self-hosted GitLab.
This present forge is now archived and remained online for history.
icedyn.F90 in NEMO/branches/UKMO/NEMO_4.0_GO8_coupled_iodef/src/ICE – NEMO

source: NEMO/branches/UKMO/NEMO_4.0_GO8_coupled_iodef/src/ICE/icedyn.F90 @ 11367

Last change on this file since 11367 was 11367, checked in by dancopsey, 5 years ago

More print statements including fix

File size: 16.1 KB
Line 
1MODULE icedyn
2   !!======================================================================
3   !!                     ***  MODULE  icedyn  ***
4   !!   Sea-Ice dynamics : master routine for sea ice dynamics
5   !!======================================================================
6   !! history :  4.0  ! 2018  (C. Rousset)  original code SI3 [aka Sea Ice cube]
7   !!----------------------------------------------------------------------
8#if defined key_si3
9   !!----------------------------------------------------------------------
10   !!   'key_si3'                                       SI3 sea-ice model
11   !!----------------------------------------------------------------------
12   !!   ice_dyn       : dynamics of sea ice
13   !!   ice_dyn_init  : initialization and namelist read
14   !!----------------------------------------------------------------------
15   USE phycst         ! physical constants
16   USE dom_oce        ! ocean space and time domain
17   USE ice            ! sea-ice: variables
18   USE icedyn_rhg     ! sea-ice: rheology
19   USE icedyn_adv     ! sea-ice: advection
20   USE icedyn_rdgrft  ! sea-ice: ridging/rafting
21   USE icecor         ! sea-ice: corrections
22   USE icevar         ! sea-ice: operations
23   USE icectl         ! sea-ice: control prints
24   !
25   USE in_out_manager ! I/O manager
26   USE iom            ! I/O manager library
27   USE lib_mpp        ! MPP library
28   USE lib_fortran    ! fortran utilities (glob_sum + no signed zero)
29   USE lbclnk         ! lateral boundary conditions (or mpp links)
30   USE timing         ! Timing
31
32   IMPLICIT NONE
33   PRIVATE
34
35   PUBLIC   ice_dyn        ! called by icestp.F90
36   PUBLIC   ice_dyn_init   ! called by icestp.F90
37   
38   INTEGER ::              nice_dyn   ! choice of the type of dynamics
39   !                                        ! associated indices:
40   INTEGER, PARAMETER ::   np_dynALL     = 1   ! full ice dynamics               (rheology + advection + ridging/rafting + correction)
41   INTEGER, PARAMETER ::   np_dynRHGADV  = 2   ! pure dynamics                   (rheology + advection)
42   INTEGER, PARAMETER ::   np_dynADV1D   = 3   ! only advection 1D - test case from Schar & Smolarkiewicz 1996
43   INTEGER, PARAMETER ::   np_dynADV2D   = 4   ! only advection 2D w prescribed vel.(rn_uvice + advection)
44   !
45   ! ** namelist (namdyn) **
46   LOGICAL  ::   ln_dynALL        ! full ice dynamics                      (rheology + advection + ridging/rafting + correction)
47   LOGICAL  ::   ln_dynRHGADV     ! no ridge/raft & no corrections         (rheology + advection)
48   LOGICAL  ::   ln_dynADV1D      ! only advection in 1D w ice convergence (test case from Schar & Smolarkiewicz 1996)
49   LOGICAL  ::   ln_dynADV2D      ! only advection in 2D w prescribed vel. (rn_uvice + advection)
50   REAL(wp) ::   rn_uice          !    prescribed u-vel (case np_dynADV1D & np_dynADV2D)
51   REAL(wp) ::   rn_vice          !    prescribed v-vel (case np_dynADV1D & np_dynADV2D)
52   
53   !! * Substitutions
54#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
55   !!----------------------------------------------------------------------
56   !! NEMO/ICE 4.0 , NEMO Consortium (2018)
57   !! $Id$
58   !! Software governed by the CeCILL licence     (./LICENSE)
59   !!----------------------------------------------------------------------
60CONTAINS
61
62   SUBROUTINE ice_dyn( kt )
63      !!-------------------------------------------------------------------
64      !!               ***  ROUTINE ice_dyn  ***
65      !!               
66      !! ** Purpose :   this routine manages sea ice dynamics
67      !!
68      !! ** Action : - calculation of friction in case of landfast ice
69      !!             - call ice_dyn_rhg    = rheology
70      !!             - call ice_dyn_adv    = advection
71      !!             - call ice_dyn_rdgrft = ridging/rafting
72      !!             - call ice_cor        = corrections if fields are out of bounds
73      !!--------------------------------------------------------------------
74      INTEGER, INTENT(in) ::   kt     ! ice time step
75      !!
76      INTEGER  ::   ji, jj        ! dummy loop indices
77      REAL(wp) ::   zcoefu, zcoefv
78      REAL(wp), ALLOCATABLE, DIMENSION(:,:) ::   zdivu_i
79      !!--------------------------------------------------------------------
80      !
81      ! controls
82      IF( ln_timing )   CALL timing_start('icedyn')
83      !
84      IF( kt == nit000 .AND. lwp ) THEN
85         WRITE(numout,*)
86         WRITE(numout,*)'ice_dyn: sea-ice dynamics'
87         WRITE(numout,*)'~~~~~~~'
88      ENDIF
89      !                     
90      ! retrieve thickness from volume for landfast param. and UMx advection scheme
91      WHERE( a_i(:,:,:) >= epsi20 )
92         h_i(:,:,:) = v_i(:,:,:) / a_i_b(:,:,:)
93         h_s(:,:,:) = v_s(:,:,:) / a_i_b(:,:,:)
94      ELSEWHERE
95         h_i(:,:,:) = 0._wp
96         h_s(:,:,:) = 0._wp
97      END WHERE
98      !
99      WHERE( a_ip(:,:,:) >= epsi20 )
100         h_ip(:,:,:) = v_ip(:,:,:) / a_ip(:,:,:)
101      ELSEWHERE
102         h_ip(:,:,:) = 0._wp
103      END WHERE
104      !
105      !
106      SELECT CASE( nice_dyn )          !-- Set which dynamics is running
107
108      CASE ( np_dynALL )           !==  all dynamical processes  ==!
109
110      IF(narea == 68) THEN
111         WRITE(968,*) 'in icedyn before ice_dyn_rhg: u_ice = ',SUM(u_ice)
112         WRITE(968,*) 'v_ice(54,0:2) = ',SUM(v_ice)
113         WRITE(968,*) 'h_i(54,0:2) = ',SUM(h_i)
114         WRITE(968,*) 'h_s(54,0:2) = ',SUM(h_s)
115         WRITE(968,*) 'v_i(54,0:2) = ',SUM(v_i)
116         WRITE(968,*) 'sv_i(54,0:2) = ',SUM(sv_i)
117         WRITE(968,*) 'e_s(54,0:2) = ',SUM(e_s)
118         WRITE(968,*) 'e_i(54,0:2) = ',SUM(e_i)
119      ENDIF
120
121         !
122         CALL ice_dyn_rhg   ( kt )                                          ! -- rheology 
123
124      IF(narea == 68) THEN
125         WRITE(968,*) 'in icedyn before ice_dyn_adv: u_ice = ',SUM(u_ice)
126         WRITE(968,*) 'v_ice(54,0:2) = ',SUM(v_ice)
127         WRITE(968,*) 'h_i(54,0:2) = ',SUM(h_i)
128         WRITE(968,*) 'h_s(54,0:2) = ',SUM(h_s)
129         WRITE(968,*) 'v_i(54,0:2) = ',SUM(v_i)
130         WRITE(968,*) 'sv_i(54,0:2) = ',SUM(sv_i)
131         WRITE(968,*) 'e_s(54,0:2) = ',SUM(e_s)
132         WRITE(968,*) 'e_i(54,0:2) = ',SUM(e_i)
133      ENDIF
134
135         CALL ice_dyn_adv   ( kt )                                          ! -- advection of ice
136
137      IF(narea == 68) THEN
138         WRITE(968,*) 'a_i after ice_dyn_adv = ',a_i(54,1)
139      ENDIF
140
141         CALL ice_dyn_rdgrft( kt )                                          ! -- ridging/rafting
142
143      IF(narea == 68) THEN
144         WRITE(968,*) 'a_i after ice_dyn_rdgrft = ',a_i(54,1)
145      ENDIF
146
147         CALL ice_cor       ( kt , 1 )                                      ! -- Corrections
148
149      IF(narea == 68) THEN
150         WRITE(968,*) 'a_i after ice_cor = ',a_i(54,1)
151      ENDIF
152
153         !
154      CASE ( np_dynRHGADV  )       !==  no ridge/raft & no corrections ==!
155         !
156         CALL ice_dyn_rhg   ( kt )                                          ! -- rheology 
157         CALL ice_dyn_adv   ( kt )                                          ! -- advection of ice
158         CALL Hpiling                                                       ! -- simple pile-up (replaces ridging/rafting)
159         CALL ice_var_zapsmall                                              ! -- zap small areas
160         !
161      CASE ( np_dynADV1D )         !==  pure advection ==!   (1D)
162         !
163         ! --- monotonicity test from Schar & Smolarkiewicz 1996 --- !
164         ! CFL = 0.5 at a distance from the bound of 1/6 of the basin length
165         ! Then for dx = 2m and dt = 1s => rn_uice = u (1/6th) = 1m/s
166         DO jj = 1, jpj
167            DO ji = 1, jpi
168               zcoefu = ( REAL(jpiglo+1)*0.5 - REAL(ji+nimpp-1) ) / ( REAL(jpiglo+1)*0.5 - 1. )
169               zcoefv = ( REAL(jpjglo+1)*0.5 - REAL(jj+njmpp-1) ) / ( REAL(jpjglo+1)*0.5 - 1. )
170               u_ice(ji,jj) = rn_uice * 1.5 * SIGN( 1., zcoefu ) * ABS( zcoefu ) * umask(ji,jj,1)
171               v_ice(ji,jj) = rn_vice * 1.5 * SIGN( 1., zcoefv ) * ABS( zcoefv ) * vmask(ji,jj,1)
172            END DO
173         END DO
174         ! ---
175         CALL ice_dyn_adv   ( kt )                                          ! -- advection of ice
176         !
177      CASE ( np_dynADV2D )         !==  pure advection ==!   (2D w prescribed velocities)
178         !
179         u_ice(:,:) = rn_uice * umask(:,:,1)
180         v_ice(:,:) = rn_vice * vmask(:,:,1)
181         !CALL RANDOM_NUMBER(u_ice(:,:)) ; u_ice(:,:) = u_ice(:,:) * 0.1 + rn_uice * 0.9 * umask(:,:,1)
182         !CALL RANDOM_NUMBER(v_ice(:,:)) ; v_ice(:,:) = v_ice(:,:) * 0.1 + rn_vice * 0.9 * vmask(:,:,1)
183         ! ---
184         CALL ice_dyn_adv   ( kt )                                          ! -- advection of ice
185
186      END SELECT
187      !
188      !
189      ! diagnostics: divergence at T points
190      IF( iom_use('icediv') ) THEN
191         !
192         SELECT CASE( nice_dyn )
193
194         CASE ( np_dynADV1D , np_dynADV2D )
195
196            ALLOCATE( zdivu_i(jpi,jpj) )
197            DO jj = 2, jpjm1
198               DO ji = 2, jpim1
199                  zdivu_i(ji,jj) = ( e2u(ji,jj) * u_ice(ji,jj) - e2u(ji-1,jj) * u_ice(ji-1,jj)   &
200                     &             + e1v(ji,jj) * v_ice(ji,jj) - e1v(ji,jj-1) * v_ice(ji,jj-1) ) * r1_e1e2t(ji,jj)
201               END DO
202            END DO
203            CALL lbc_lnk( 'icedyn', zdivu_i, 'T', 1. )
204            CALL iom_put( "icediv" , zdivu_i(:,:) )
205            DEALLOCATE( zdivu_i )
206
207         END SELECT
208         !
209      ENDIF
210      !
211      ! controls
212      IF( ln_timing )   CALL timing_stop ('icedyn')
213      !
214   END SUBROUTINE ice_dyn
215
216
217   SUBROUTINE Hpiling
218      !!-------------------------------------------------------------------
219      !!                  ***  ROUTINE Hpiling  ***
220      !!
221      !! ** Purpose : Simple conservative piling comparable with 1-cat models
222      !!
223      !! ** Method  : pile-up ice when no ridging/rafting
224      !!
225      !! ** input   : a_i
226      !!-------------------------------------------------------------------
227      INTEGER ::   jl         ! dummy loop indices
228      !!-------------------------------------------------------------------
229      ! controls
230      IF( ln_icediachk )   CALL ice_cons_hsm(0, 'Hpiling', rdiag_v, rdiag_s, rdiag_t, rdiag_fv, rdiag_fs, rdiag_ft) ! conservation
231      !
232      at_i(:,:) = SUM( a_i(:,:,:), dim=3 )
233      DO jl = 1, jpl
234         WHERE( at_i(:,:) > epsi20 )
235            a_i(:,:,jl) = a_i(:,:,jl) * (  1._wp + MIN( rn_amax_2d(:,:) - at_i(:,:) , 0._wp ) / at_i(:,:)  )
236         END WHERE
237      END DO
238      ! controls
239      IF( ln_icediachk )   CALL ice_cons_hsm(1, 'Hpiling', rdiag_v, rdiag_s, rdiag_t, rdiag_fv, rdiag_fs, rdiag_ft) ! conservation
240      !
241   END SUBROUTINE Hpiling
242
243
244   SUBROUTINE ice_dyn_init
245      !!-------------------------------------------------------------------
246      !!                  ***  ROUTINE ice_dyn_init  ***
247      !!
248      !! ** Purpose : Physical constants and parameters linked to the ice
249      !!      dynamics
250      !!
251      !! ** Method  :  Read the namdyn namelist and check the ice-dynamic
252      !!       parameter values called at the first timestep (nit000)
253      !!
254      !! ** input   :   Namelist namdyn
255      !!-------------------------------------------------------------------
256      INTEGER ::   ios, ioptio   ! Local integer output status for namelist read
257      !!
258      NAMELIST/namdyn/ ln_dynALL, ln_dynRHGADV, ln_dynADV1D, ln_dynADV2D, rn_uice, rn_vice,  &
259         &             rn_ishlat ,                                                           &
260         &             ln_landfast_L16, ln_landfast_home, rn_depfra, rn_icebfr, rn_lfrelax, rn_tensile
261      !!-------------------------------------------------------------------
262      !
263      REWIND( numnam_ice_ref )         ! Namelist namdyn in reference namelist : Ice dynamics
264      READ  ( numnam_ice_ref, namdyn, IOSTAT = ios, ERR = 901)
265901   IF( ios /= 0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'namdyn in reference namelist', lwp )
266      REWIND( numnam_ice_cfg )         ! Namelist namdyn in configuration namelist : Ice dynamics
267      READ  ( numnam_ice_cfg, namdyn, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
268902   IF( ios >  0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'namdyn in configuration namelist', lwp )
269      IF(lwm) WRITE( numoni, namdyn )
270      !
271      IF(lwp) THEN                     ! control print
272         WRITE(numout,*)
273         WRITE(numout,*) 'ice_dyn_init: ice parameters for ice dynamics '
274         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~'
275         WRITE(numout,*) '   Namelist namdyn:'
276         WRITE(numout,*) '      Full ice dynamics      (rhg + adv + ridge/raft + corr) ln_dynALL       = ', ln_dynALL
277         WRITE(numout,*) '      No ridge/raft & No cor (rhg + adv)                     ln_dynRHGADV    = ', ln_dynRHGADV
278         WRITE(numout,*) '      Advection 1D only      (Schar & Smolarkiewicz 1996)    ln_dynADV1D     = ', ln_dynADV1D
279         WRITE(numout,*) '      Advection 2D only      (rn_uvice + adv)                ln_dynADV2D     = ', ln_dynADV2D
280         WRITE(numout,*) '         with prescribed velocity given by   (u,v)_ice = (rn_uice,rn_vice)   = (', rn_uice,',',rn_vice,')'
281         WRITE(numout,*) '      lateral boundary condition for sea ice dynamics        rn_ishlat       = ', rn_ishlat
282         WRITE(numout,*) '      Landfast: param from Lemieux 2016                      ln_landfast_L16 = ', ln_landfast_L16
283         WRITE(numout,*) '      Landfast: param from home made                         ln_landfast_home= ', ln_landfast_home
284         WRITE(numout,*) '         fraction of ocean depth that ice must reach         rn_depfra       = ', rn_depfra
285         WRITE(numout,*) '         maximum bottom stress per unit area of contact      rn_icebfr       = ', rn_icebfr
286         WRITE(numout,*) '         relax time scale (s-1) to reach static friction     rn_lfrelax      = ', rn_lfrelax
287         WRITE(numout,*) '         isotropic tensile strength                          rn_tensile      = ', rn_tensile
288         WRITE(numout,*)
289      ENDIF
290      !                             !== set the choice of ice dynamics ==!
291      ioptio = 0 
292      !      !--- full dynamics                               (rheology + advection + ridging/rafting + correction)
293      IF( ln_dynALL    ) THEN   ;   ioptio = ioptio + 1   ;   nice_dyn = np_dynALL       ;   ENDIF
294      !      !--- dynamics without ridging/rafting and corr   (rheology + advection)
295      IF( ln_dynRHGADV ) THEN   ;   ioptio = ioptio + 1   ;   nice_dyn = np_dynRHGADV    ;   ENDIF
296      !      !--- advection 1D only - test case from Schar & Smolarkiewicz 1996
297      IF( ln_dynADV1D  ) THEN   ;   ioptio = ioptio + 1   ;   nice_dyn = np_dynADV1D     ;   ENDIF
298      !      !--- advection 2D only with prescribed ice velocities (from namelist)
299      IF( ln_dynADV2D  ) THEN   ;   ioptio = ioptio + 1   ;   nice_dyn = np_dynADV2D     ;   ENDIF
300      !
301      IF( ioptio /= 1 )    CALL ctl_stop( 'ice_dyn_init: one and only one ice dynamics option has to be defined ' )
302      !
303      !                                      !--- Lateral boundary conditions
304      IF     (      rn_ishlat == 0.                ) THEN   ;   IF(lwp) WRITE(numout,*) '   ===>>>   ice lateral  free-slip'
305      ELSEIF (      rn_ishlat == 2.                ) THEN   ;   IF(lwp) WRITE(numout,*) '   ===>>>   ice lateral  no-slip'
306      ELSEIF ( 0. < rn_ishlat .AND. rn_ishlat < 2. ) THEN   ;   IF(lwp) WRITE(numout,*) '   ===>>>   ice lateral  partial-slip'
307      ELSEIF ( 2. < rn_ishlat                      ) THEN   ;   IF(lwp) WRITE(numout,*) '   ===>>>   ice lateral  strong-slip'
308      ENDIF
309      !                                      !--- Landfast ice
310      IF( .NOT.ln_landfast_L16 .AND. .NOT.ln_landfast_home )   tau_icebfr(:,:) = 0._wp
311      !
312      IF ( ln_landfast_L16 .AND. ln_landfast_home ) THEN
313         CALL ctl_stop( 'ice_dyn_init: choose one and only one landfast parameterization (ln_landfast_L16 or ln_landfast_home)' )
314      ENDIF
315      !
316      CALL ice_dyn_rdgrft_init          ! set ice ridging/rafting parameters
317      CALL ice_dyn_rhg_init             ! set ice rheology parameters
318      CALL ice_dyn_adv_init             ! set ice advection parameters
319      !
320   END SUBROUTINE ice_dyn_init
321
322#else
323   !!----------------------------------------------------------------------
324   !!   Default option         Empty module           NO SI3 sea-ice model
325   !!----------------------------------------------------------------------
326#endif 
327
328   !!======================================================================
329END MODULE icedyn
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.