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iceitd.F90 in NEMO/branches/UKMO/NEMO_4.0_add_pond_lids_prints/src/ICE – NEMO

source: NEMO/branches/UKMO/NEMO_4.0_add_pond_lids_prints/src/ICE/iceitd.F90 @ 12379

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Add meltpond lid thickness as a new prognostic.
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Line 
1MODULE iceitd
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE iceitd ***
4   !!   sea-ice : ice thickness distribution
5   !!======================================================================
6   !! History :  3.0  !  2005-12  (M. Vancoppenolle) original code (based on CICE)
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   !!   ice_itd_rem   : redistribute ice thicknesses after thermo growth and melt
14   !!   itd_glinear   : build g(h) satisfying area and volume constraints
15   !!   itd_shiftice  : shift ice across category boundaries, conserving everything
16   !!   ice_itd_reb   : rebin ice thicknesses into bounded categories
17   !!   ice_itd_init  : read ice thicknesses mean and min from namelist
18   !!----------------------------------------------------------------------
19   USE dom_oce        ! ocean domain
20   USE phycst         ! physical constants
21   USE ice1D          ! sea-ice: thermodynamic variables
22   USE ice            ! sea-ice: variables
23   USE icevar         ! sea-ice: operations
24   USE icectl         ! sea-ice: conservation tests
25   USE icetab         ! sea-ice: convert 1D<=>2D
26   !
27   USE in_out_manager ! I/O manager
28   USE lib_mpp        ! MPP library
29   USE lib_fortran    ! fortran utilities (glob_sum + no signed zero)
30   USE prtctl         ! Print control
31
32   IMPLICIT NONE
33   PRIVATE
34
35   PUBLIC   ice_itd_init  ! called in icestp
36   PUBLIC   ice_itd_rem   ! called in icethd
37   PUBLIC   ice_itd_reb   ! called in icecor
38
39   INTEGER            ::   nice_catbnd     ! choice of the type of ice category function
40   !                                       ! associated indices:
41   INTEGER, PARAMETER ::   np_cathfn = 1   ! categories defined by a function
42   INTEGER, PARAMETER ::   np_catusr = 2   ! categories defined by the user
43   !
44   !                                           !! ** namelist (namitd) **
45   LOGICAL                    ::   ln_cat_hfn   ! ice categories are defined by function like rn_himean**(-0.05)
46   REAL(wp)                   ::   rn_himean    ! mean thickness of the domain
47   LOGICAL                    ::   ln_cat_usr   ! ice categories are defined by rn_catbnd
48   REAL(wp), DIMENSION(0:100) ::   rn_catbnd    ! ice categories bounds
49   !
50   !!----------------------------------------------------------------------
51   !! NEMO/ICE 4.0 , NEMO Consortium (2018)
52   !! $Id$
53   !! Software governed by the CeCILL license (see ./LICENSE)
54   !!----------------------------------------------------------------------
55CONTAINS
56
57   SUBROUTINE ice_itd_rem( kt )
58      !!------------------------------------------------------------------
59      !!                ***  ROUTINE ice_itd_rem ***
60      !!
61      !! ** Purpose :   computes the redistribution of ice thickness
62      !!                after thermodynamic growth of ice thickness
63      !!
64      !! ** Method  :   Linear remapping
65      !!
66      !! References :   W.H. Lipscomb, JGR 2001
67      !!------------------------------------------------------------------
68      INTEGER , INTENT (in) ::   kt      ! Ocean time step
69      !
70      INTEGER  ::   ji, jj, jl, jcat     ! dummy loop index
71      INTEGER  ::   ipti                 ! local integer
72      REAL(wp) ::   zx1, zwk1, zdh0, zetamin, zdamax   ! local scalars
73      REAL(wp) ::   zx2, zwk2, zda0, zetamax           !   -      -
74      REAL(wp) ::   zx3       
75      REAL(wp) ::   zslope          ! used to compute local thermodynamic "speeds"
76      !
77      INTEGER , DIMENSION(jpij)       ::   iptidx          ! compute remapping or not
78      INTEGER , DIMENSION(jpij,jpl-1) ::   jdonor          ! donor category index
79      REAL(wp), DIMENSION(jpij,jpl)   ::   zdhice          ! ice thickness increment
80      REAL(wp), DIMENSION(jpij,jpl)   ::   g0, g1          ! coefficients for fitting the line of the ITD
81      REAL(wp), DIMENSION(jpij,jpl)   ::   hL, hR          ! left and right boundary for the ITD for each thickness
82      REAL(wp), DIMENSION(jpij,jpl-1) ::   zdaice, zdvice  ! local increment of ice area and volume
83      REAL(wp), DIMENSION(jpij)       ::   zhb0, zhb1      ! category boundaries for thinnes categories
84      REAL(wp), DIMENSION(jpij,0:jpl) ::   zhbnew          ! new boundaries of ice categories
85      !!------------------------------------------------------------------
86
87      IF( kt == nit000 .AND. lwp )   WRITE(numout,*) '-- ice_itd_rem: remapping ice thickness distribution' 
88
89      IF( ln_icediachk )   CALL ice_cons_hsm(0, 'iceitd_rem', rdiag_v, rdiag_s, rdiag_t, rdiag_fv, rdiag_fs, rdiag_ft)
90
91      !-----------------------------------------------------------------------------------------------
92      !  1) Identify grid cells with ice
93      !-----------------------------------------------------------------------------------------------
94      at_i(:,:) = SUM( a_i, dim=3 )
95      !
96      npti = 0   ;   nptidx(:) = 0
97      DO jj = 1, jpj
98         DO ji = 1, jpi
99            IF ( at_i(ji,jj) > epsi10 ) THEN
100               npti = npti + 1
101               nptidx( npti ) = (jj - 1) * jpi + ji
102            ENDIF
103         END DO
104      END DO
105     
106      !-----------------------------------------------------------------------------------------------
107      !  2) Compute new category boundaries
108      !-----------------------------------------------------------------------------------------------
109      IF( npti > 0 ) THEN
110         !
111         zdhice(:,:) = 0._wp
112         zhbnew(:,:) = 0._wp
113         !
114         CALL tab_3d_2d( npti, nptidx(1:npti), h_i_2d (1:npti,1:jpl), h_i   )
115         CALL tab_3d_2d( npti, nptidx(1:npti), h_ib_2d(1:npti,1:jpl), h_i_b )
116         CALL tab_3d_2d( npti, nptidx(1:npti), a_i_2d (1:npti,1:jpl), a_i   )
117         CALL tab_3d_2d( npti, nptidx(1:npti), a_ib_2d(1:npti,1:jpl), a_i_b )
118         !
119         DO jl = 1, jpl
120            ! Compute thickness change in each ice category
121            DO ji = 1, npti
122               IF( a_i_2d(ji,jl) > epsi10 )   zdhice(ji,jl) = h_i_2d(ji,jl) - h_ib_2d(ji,jl)
123            END DO
124         END DO
125         !
126         ! --- New boundaries for category 1:jpl-1 --- !
127         DO jl = 1, jpl - 1
128            !
129            DO ji = 1, npti
130               !
131               ! --- New boundary: Hn* = Hn + Fn*dt --- !
132               !     Fn*dt = ( fn + (fn+1 - fn)/(hn+1 - hn) * (Hn - hn) ) * dt = zdhice + zslope * (Hmax - h_i_b)
133               !
134               IF    ( a_ib_2d(ji,jl) >  epsi10 .AND. a_ib_2d(ji,jl+1) >  epsi10 ) THEN   ! a(jl+1) & a(jl) /= 0
135                  zslope        = ( zdhice(ji,jl+1) - zdhice(ji,jl) ) / ( h_ib_2d(ji,jl+1) - h_ib_2d(ji,jl) )
136                  zhbnew(ji,jl) = hi_max(jl) + zdhice(ji,jl) + zslope * ( hi_max(jl) - h_ib_2d(ji,jl) )
137               ELSEIF( a_ib_2d(ji,jl) >  epsi10 .AND. a_ib_2d(ji,jl+1) <= epsi10 ) THEN   ! a(jl+1)=0 => Hn* = Hn + fn*dt
138                  zhbnew(ji,jl) = hi_max(jl) + zdhice(ji,jl)
139               ELSEIF( a_ib_2d(ji,jl) <= epsi10 .AND. a_ib_2d(ji,jl+1) >  epsi10 ) THEN   ! a(jl)=0 => Hn* = Hn + fn+1*dt
140                  zhbnew(ji,jl) = hi_max(jl) + zdhice(ji,jl+1)
141               ELSE                                                                       ! a(jl+1) & a(jl) = 0
142                  zhbnew(ji,jl) = hi_max(jl)
143               ENDIF
144               !
145               ! --- 2 conditions for remapping --- !
146               ! 1) hn(t+1)+espi < Hn* < hn+1(t+1)-epsi               
147               !    Note: hn(t+1) must not be too close to either HR or HL otherwise a division by nearly 0 is possible
148               !          in itd_glinear in the case (HR-HL) = 3(Hice - HL) or = 3(HR - Hice)
149               IF( a_i_2d(ji,jl  ) > epsi10 .AND. h_i_2d(ji,jl  ) > ( zhbnew(ji,jl) - epsi10 ) )   nptidx(ji) = 0
150               IF( a_i_2d(ji,jl+1) > epsi10 .AND. h_i_2d(ji,jl+1) < ( zhbnew(ji,jl) + epsi10 ) )   nptidx(ji) = 0
151               !
152               ! 2) Hn-1 < Hn* < Hn+1 
153               IF( zhbnew(ji,jl) < hi_max(jl-1) )   nptidx(ji) = 0
154               IF( zhbnew(ji,jl) > hi_max(jl+1) )   nptidx(ji) = 0
155               !
156            END DO
157         END DO
158         !
159         ! --- New boundaries for category jpl --- !
160         DO ji = 1, npti
161            IF( a_i_2d(ji,jpl) > epsi10 ) THEN
162               zhbnew(ji,jpl) = MAX( hi_max(jpl-1), 3._wp * h_i_2d(ji,jpl) - 2._wp * zhbnew(ji,jpl-1) )
163            ELSE
164               zhbnew(ji,jpl) = hi_max(jpl) 
165            ENDIF
166            !
167            ! --- 1 additional condition for remapping (1st category) --- !
168            ! H0+epsi < h1(t) < H1-epsi
169            !    h1(t) must not be too close to either HR or HL otherwise a division by nearly 0 is possible
170            !    in itd_glinear in the case (HR-HL) = 3(Hice - HL) or = 3(HR - Hice)
171            IF( h_ib_2d(ji,1) < ( hi_max(0) + epsi10 ) )   nptidx(ji) = 0
172            IF( h_ib_2d(ji,1) > ( hi_max(1) - epsi10 ) )   nptidx(ji) = 0
173         END DO
174         !
175         !-----------------------------------------------------------------------------------------------
176         !  3) Identify cells where remapping
177         !-----------------------------------------------------------------------------------------------
178         ipti = 0   ;   iptidx(:) = 0
179         DO ji = 1, npti
180            IF( nptidx(ji) /= 0 ) THEN
181               ipti = ipti + 1
182               iptidx(ipti)   = nptidx(ji)
183               zhbnew(ipti,:) = zhbnew(ji,:)  ! adjust zhbnew to new indices
184            ENDIF
185         END DO
186         nptidx(:) = iptidx(:)
187         npti      = ipti
188         !
189      ENDIF
190   
191      !-----------------------------------------------------------------------------------------------
192      !  4) Compute g(h)
193      !-----------------------------------------------------------------------------------------------
194      IF( npti > 0 ) THEN
195         !
196         zhb0(:) = hi_max(0)   ;   zhb1(:) = hi_max(1)
197         g0(:,:) = 0._wp       ;   g1(:,:) = 0._wp 
198         hL(:,:) = 0._wp       ;   hR(:,:) = 0._wp 
199         !
200         DO jl = 1, jpl
201            !
202            CALL tab_2d_1d( npti, nptidx(1:npti), h_ib_1d(1:npti), h_i_b(:,:,jl) )
203            CALL tab_2d_1d( npti, nptidx(1:npti), h_i_1d (1:npti), h_i  (:,:,jl) )
204            CALL tab_2d_1d( npti, nptidx(1:npti), a_i_1d (1:npti), a_i  (:,:,jl) )
205            CALL tab_2d_1d( npti, nptidx(1:npti), v_i_1d (1:npti), v_i  (:,:,jl) )
206            !
207            IF( jl == 1 ) THEN
208               ! 
209               ! --- g(h) for category 1 --- !
210               CALL itd_glinear( zhb0(1:npti)  , zhb1(1:npti)  , h_ib_1d(1:npti)  , a_i_1d(1:npti)  ,  &   ! in
211                  &              g0  (1:npti,1), g1  (1:npti,1), hL     (1:npti,1), hR    (1:npti,1)   )   ! out
212                  !
213               ! Area lost due to melting of thin ice
214               DO ji = 1, npti
215                  !
216                  IF( a_i_1d(ji) > epsi10 ) THEN
217                     !
218                     zdh0 =  h_i_1d(ji) - h_ib_1d(ji)               
219                     IF( zdh0 < 0.0 ) THEN      !remove area from category 1
220                        zdh0 = MIN( -zdh0, hi_max(1) )
221                        !Integrate g(1) from 0 to dh0 to estimate area melted
222                        zetamax = MIN( zdh0, hR(ji,1) ) - hL(ji,1)
223                        !
224                        IF( zetamax > 0.0 ) THEN
225                           zx1    = zetamax
226                           zx2    = 0.5 * zetamax * zetamax 
227                           zda0   = g1(ji,1) * zx2 + g0(ji,1) * zx1                        ! ice area removed
228                           zdamax = a_i_1d(ji) * (1.0 - h_i_1d(ji) / h_ib_1d(ji) ) ! Constrain new thickness <= h_i               
229                           zda0   = MIN( zda0, zdamax )                                                  ! ice area lost due to melting
230                           !     of thin ice (zdamax > 0)
231                           ! Remove area, conserving volume
232                           h_i_1d(ji) = h_i_1d(ji) * a_i_1d(ji) / ( a_i_1d(ji) - zda0 )
233                           a_i_1d(ji) = a_i_1d(ji) - zda0
234                           v_i_1d(ji) = a_i_1d(ji) * h_i_1d(ji) ! useless ?
235                        ENDIF
236                        !
237                     ELSE ! if ice accretion zdh0 > 0
238                        ! zhbnew was 0, and is shifted to the right to account for thin ice growth in openwater (F0 = f1)
239                        zhbnew(ji,0) = MIN( zdh0, hi_max(1) ) 
240                     ENDIF
241                     !
242                  ENDIF
243                  !
244               END DO
245               !
246               CALL tab_1d_2d( npti, nptidx(1:npti), h_i_1d(1:npti), h_i(:,:,jl) )
247               CALL tab_1d_2d( npti, nptidx(1:npti), a_i_1d(1:npti), a_i(:,:,jl) )
248               CALL tab_1d_2d( npti, nptidx(1:npti), v_i_1d(1:npti), v_i(:,:,jl) )
249               !
250            ENDIF ! jl=1
251            !
252            ! --- g(h) for each thickness category --- ! 
253            CALL itd_glinear( zhbnew(1:npti,jl-1), zhbnew(1:npti,jl), h_i_1d(1:npti)   , a_i_1d(1:npti)   ,  &   ! in
254               &              g0    (1:npti,jl  ), g1    (1:npti,jl), hL    (1:npti,jl), hR    (1:npti,jl)   )   ! out
255            !
256         END DO
257         
258         !-----------------------------------------------------------------------------------------------
259         !  5) Compute area and volume to be shifted across each boundary (Eq. 18)
260         !-----------------------------------------------------------------------------------------------
261         DO jl = 1, jpl - 1
262            !
263            DO ji = 1, npti
264               !
265               ! left and right integration limits in eta space
266               IF (zhbnew(ji,jl) > hi_max(jl)) THEN ! Hn* > Hn => transfer from jl to jl+1
267                  zetamin = MAX( hi_max(jl)   , hL(ji,jl) ) - hL(ji,jl)   ! hi_max(jl) - hL
268                  zetamax = MIN( zhbnew(ji,jl), hR(ji,jl) ) - hL(ji,jl)   ! hR - hL
269                  jdonor(ji,jl) = jl
270               ELSE                                 ! Hn* <= Hn => transfer from jl+1 to jl
271                  zetamin = 0.0
272                  zetamax = MIN( hi_max(jl), hR(ji,jl+1) ) - hL(ji,jl+1)  ! hi_max(jl) - hL
273                  jdonor(ji,jl) = jl + 1
274               ENDIF
275               zetamax = MAX( zetamax, zetamin ) ! no transfer if etamax < etamin
276               !
277               zx1  = zetamax - zetamin
278               zwk1 = zetamin * zetamin
279               zwk2 = zetamax * zetamax
280               zx2  = 0.5 * ( zwk2 - zwk1 )
281               zwk1 = zwk1 * zetamin
282               zwk2 = zwk2 * zetamax
283               zx3  = 1.0 / 3.0 * ( zwk2 - zwk1 )
284               jcat = jdonor(ji,jl)
285               zdaice(ji,jl) = g1(ji,jcat)*zx2 + g0(ji,jcat)*zx1
286               zdvice(ji,jl) = g1(ji,jcat)*zx3 + g0(ji,jcat)*zx2 + zdaice(ji,jl)*hL(ji,jcat)
287               !
288            END DO
289         END DO
290         
291         !----------------------------------------------------------------------------------------------
292         ! 6) Shift ice between categories
293         !----------------------------------------------------------------------------------------------
294         CALL itd_shiftice ( jdonor(1:npti,:), zdaice(1:npti,:), zdvice(1:npti,:) )
295         
296         !----------------------------------------------------------------------------------------------
297         ! 7) Make sure h_i >= minimum ice thickness hi_min
298         !----------------------------------------------------------------------------------------------
299         CALL tab_2d_1d( npti, nptidx(1:npti), h_i_1d (1:npti), h_i (:,:,1) )
300         CALL tab_2d_1d( npti, nptidx(1:npti), a_i_1d (1:npti), a_i (:,:,1) )
301         CALL tab_2d_1d( npti, nptidx(1:npti), a_ip_1d(1:npti), a_ip(:,:,1) )
302         !
303         DO ji = 1, npti
304            IF ( a_i_1d(ji) > epsi10 .AND. h_i_1d(ji) < rn_himin ) THEN
305               a_i_1d(ji) = a_i_1d(ji) * h_i_1d(ji) / rn_himin 
306               IF( ln_pnd_H12 )   a_ip_1d(ji) = a_ip_1d(ji) * h_i_1d(ji) / rn_himin
307               h_i_1d(ji) = rn_himin
308            ENDIF
309         END DO
310         !
311         CALL tab_1d_2d( npti, nptidx(1:npti), h_i_1d (1:npti), h_i (:,:,1) )
312         CALL tab_1d_2d( npti, nptidx(1:npti), a_i_1d (1:npti), a_i (:,:,1) )
313         CALL tab_1d_2d( npti, nptidx(1:npti), a_ip_1d(1:npti), a_ip(:,:,1) )
314         !
315      ENDIF
316      !
317      IF( ln_icediachk )   CALL ice_cons_hsm(1, 'iceitd_rem', rdiag_v, rdiag_s, rdiag_t, rdiag_fv, rdiag_fs, rdiag_ft)
318      !
319   END SUBROUTINE ice_itd_rem
320
321
322   SUBROUTINE itd_glinear( HbL, Hbr, phice, paice, pg0, pg1, phL, phR )
323      !!------------------------------------------------------------------
324      !!                ***  ROUTINE itd_glinear ***
325      !!
326      !! ** Purpose :   build g(h) satisfying area and volume constraints (Eq. 6 and 9)
327      !!
328      !! ** Method  :   g(h) is linear and written as: g(eta) = g1(eta) + g0
329      !!                with eta = h - HL
330      !!------------------------------------------------------------------
331      REAL(wp), DIMENSION(:), INTENT(in   ) ::   HbL, HbR      ! left and right category boundaries
332      REAL(wp), DIMENSION(:), INTENT(in   ) ::   phice, paice  ! ice thickness and concentration
333      REAL(wp), DIMENSION(:), INTENT(inout) ::   pg0, pg1      ! coefficients in linear equation for g(eta)
334      REAL(wp), DIMENSION(:), INTENT(inout) ::   phL, phR      ! min and max value of range over which g(h) > 0
335      !
336      INTEGER  ::   ji           ! horizontal indices
337      REAL(wp) ::   z1_3 , z2_3  ! 1/3 , 2/3
338      REAL(wp) ::   zh13         ! HbL + 1/3 * (HbR - HbL)
339      REAL(wp) ::   zh23         ! HbL + 2/3 * (HbR - HbL)
340      REAL(wp) ::   zdhr         ! 1 / (hR - hL)
341      REAL(wp) ::   zwk1, zwk2   ! temporary variables
342      !!------------------------------------------------------------------
343      !
344      z1_3 = 1._wp / 3._wp
345      z2_3 = 2._wp / 3._wp
346      !
347      DO ji = 1, npti
348         !
349         IF( paice(ji) > epsi10  .AND. phice(ji) > 0._wp )  THEN
350            !
351            ! Initialize hL and hR
352            phL(ji) = HbL(ji)
353            phR(ji) = HbR(ji)
354            !
355            ! Change hL or hR if hice falls outside central third of range,
356            ! so that hice is in the central third of the range [HL HR]
357            zh13 = z1_3 * ( 2._wp * phL(ji) +         phR(ji) )
358            zh23 = z1_3 * (         phL(ji) + 2._wp * phR(ji) )
359            !
360            IF    ( phice(ji) < zh13 ) THEN   ;   phR(ji) = 3._wp * phice(ji) - 2._wp * phL(ji) ! move HR to the left
361            ELSEIF( phice(ji) > zh23 ) THEN   ;   phL(ji) = 3._wp * phice(ji) - 2._wp * phR(ji) ! move HL to the right
362            ENDIF
363            !
364            ! Compute coefficients of g(eta) = g0 + g1*eta
365            zdhr = 1._wp / (phR(ji) - phL(ji))
366            zwk1 = 6._wp * paice(ji) * zdhr
367            zwk2 = ( phice(ji) - phL(ji) ) * zdhr
368            pg0(ji) = zwk1 * ( z2_3 - zwk2 )                    ! Eq. 14
369            pg1(ji) = 2._wp * zdhr * zwk1 * ( zwk2 - 0.5_wp )   ! Eq. 14
370            !
371         ELSE  ! remap_flag = .false. or a_i < epsi10
372            phL(ji) = 0._wp
373            phR(ji) = 0._wp
374            pg0(ji) = 0._wp
375            pg1(ji) = 0._wp
376         ENDIF
377         !
378      END DO
379      !
380   END SUBROUTINE itd_glinear
381
382
383   SUBROUTINE itd_shiftice( kdonor, pdaice, pdvice )
384      !!------------------------------------------------------------------
385      !!                ***  ROUTINE itd_shiftice ***
386      !!
387      !! ** Purpose :   shift ice across category boundaries, conserving everything
388      !!              ( area, volume, energy, age*vol, and mass of salt )
389      !!------------------------------------------------------------------
390      INTEGER , DIMENSION(:,:), INTENT(in) ::   kdonor   ! donor category index
391      REAL(wp), DIMENSION(:,:), INTENT(in) ::   pdaice   ! ice area transferred across boundary
392      REAL(wp), DIMENSION(:,:), INTENT(in) ::   pdvice   ! ice volume transferred across boundary
393      !
394      INTEGER  ::   ji, jl, jk         ! dummy loop indices
395      INTEGER  ::   jl2, jl1           ! local integers
396      REAL(wp) ::   ztrans             ! ice/snow transferred
397      REAL(wp), DIMENSION(jpij)            ::   zworka, zworkv   ! workspace
398      REAL(wp), DIMENSION(jpij,jpl)        ::   zaTsfn           !  -    -
399      REAL(wp), DIMENSION(jpij,nlay_i,jpl) ::   ze_i_2d
400      REAL(wp), DIMENSION(jpij,nlay_s,jpl) ::   ze_s_2d
401      !!------------------------------------------------------------------
402         
403      CALL tab_3d_2d( npti, nptidx(1:npti), h_i_2d (1:npti,1:jpl), h_i  )
404      CALL tab_3d_2d( npti, nptidx(1:npti), a_i_2d (1:npti,1:jpl), a_i  )
405      CALL tab_3d_2d( npti, nptidx(1:npti), v_i_2d (1:npti,1:jpl), v_i  )
406      CALL tab_3d_2d( npti, nptidx(1:npti), v_s_2d (1:npti,1:jpl), v_s  )
407      CALL tab_3d_2d( npti, nptidx(1:npti), oa_i_2d(1:npti,1:jpl), oa_i )
408      CALL tab_3d_2d( npti, nptidx(1:npti), sv_i_2d(1:npti,1:jpl), sv_i )
409      CALL tab_3d_2d( npti, nptidx(1:npti), a_ip_2d(1:npti,1:jpl), a_ip )
410      CALL tab_3d_2d( npti, nptidx(1:npti), v_ip_2d(1:npti,1:jpl), v_ip )
411      CALL tab_3d_2d( npti, nptidx(1:npti), lh_ip_2d(1:npti,1:jpl), lh_ip )
412      CALL tab_3d_2d( npti, nptidx(1:npti), t_su_2d(1:npti,1:jpl), t_su )
413      DO jl = 1, jpl
414         DO jk = 1, nlay_s
415            CALL tab_2d_1d( npti, nptidx(1:npti), ze_s_2d(1:npti,jk,jl), e_s(:,:,jk,jl) )
416         END DO
417         DO jk = 1, nlay_i
418            CALL tab_2d_1d( npti, nptidx(1:npti), ze_i_2d(1:npti,jk,jl), e_i(:,:,jk,jl) )
419         END DO
420      END DO
421      ! to correct roundoff errors on a_i
422      CALL tab_2d_1d( npti, nptidx(1:npti), rn_amax_1d(1:npti), rn_amax_2d )
423
424      !----------------------------------------------------------------------------------------------
425      ! 1) Define a variable equal to a_i*T_su
426      !----------------------------------------------------------------------------------------------
427      DO jl = 1, jpl
428         DO ji = 1, npti
429            zaTsfn(ji,jl) = a_i_2d(ji,jl) * t_su_2d(ji,jl)
430         END DO
431      END DO
432     
433      !-------------------------------------------------------------------------------
434      ! 2) Transfer volume and energy between categories
435      !-------------------------------------------------------------------------------
436      DO jl = 1, jpl - 1
437         DO ji = 1, npti
438            !
439            jl1 = kdonor(ji,jl)
440            !
441            IF( jl1 > 0 ) THEN
442               !
443               IF ( jl1 == jl  ) THEN   ;   jl2 = jl1+1
444               ELSE                     ;   jl2 = jl 
445               ENDIF
446               !
447               IF( v_i_2d(ji,jl1) >= epsi10 ) THEN   ;   zworkv(ji) = pdvice(ji,jl) / v_i_2d(ji,jl1)
448               ELSE                                  ;   zworkv(ji) = 0._wp
449               ENDIF
450               IF( a_i_2d(ji,jl1) >= epsi10 ) THEN   ;   zworka(ji) = pdaice(ji,jl) / a_i_2d(ji,jl1)
451               ELSE                                  ;   zworka(ji) = 0._wp
452               ENDIF
453               !
454               a_i_2d(ji,jl1) = a_i_2d(ji,jl1) - pdaice(ji,jl)       ! Ice areas
455               a_i_2d(ji,jl2) = a_i_2d(ji,jl2) + pdaice(ji,jl)
456               !
457               v_i_2d(ji,jl1) = v_i_2d(ji,jl1) - pdvice(ji,jl)       ! Ice volumes
458               v_i_2d(ji,jl2) = v_i_2d(ji,jl2) + pdvice(ji,jl)
459               !
460               ztrans         = v_s_2d(ji,jl1) * zworkv(ji)          ! Snow volumes
461               v_s_2d(ji,jl1) = v_s_2d(ji,jl1) - ztrans
462               v_s_2d(ji,jl2) = v_s_2d(ji,jl2) + ztrans 
463               !
464               ztrans          = oa_i_2d(ji,jl1) * zworka(ji)        ! Ice age
465               oa_i_2d(ji,jl1) = oa_i_2d(ji,jl1) - ztrans
466               oa_i_2d(ji,jl2) = oa_i_2d(ji,jl2) + ztrans
467               !
468               ztrans          = sv_i_2d(ji,jl1) * zworkv(ji)        ! Ice salinity
469               sv_i_2d(ji,jl1) = sv_i_2d(ji,jl1) - ztrans
470               sv_i_2d(ji,jl2) = sv_i_2d(ji,jl2) + ztrans
471               !
472               ztrans          = zaTsfn(ji,jl1) * zworka(ji)         ! Surface temperature
473               zaTsfn(ji,jl1)  = zaTsfn(ji,jl1) - ztrans
474               zaTsfn(ji,jl2)  = zaTsfn(ji,jl2) + ztrans
475               ! 
476               IF ( ln_pnd_H12 ) THEN
477                  ztrans          = a_ip_2d(ji,jl1) * zworka(ji)     ! Pond fraction
478                  a_ip_2d(ji,jl1) = a_ip_2d(ji,jl1) - ztrans
479                  a_ip_2d(ji,jl2) = a_ip_2d(ji,jl2) + ztrans
480                  !                                             
481                  ztrans          = v_ip_2d(ji,jl1) * zworka(ji)     ! Pond volume (also proportional to da/a)
482                  v_ip_2d(ji,jl1) = v_ip_2d(ji,jl1) - ztrans
483                  v_ip_2d(ji,jl2) = v_ip_2d(ji,jl2) + ztrans
484                  !                                             
485                  ztrans          = lh_ip_2d(ji,jl1) * zworka(ji)     ! Pond lid thickness
486                  lh_ip_2d(ji,jl1) = lh_ip_2d(ji,jl1) - ztrans
487                  lh_ip_2d(ji,jl2) = lh_ip_2d(ji,jl2) + ztrans
488               ENDIF
489               !
490            ENDIF   ! jl1 >0
491         END DO
492         !
493         DO jk = 1, nlay_s         !--- Snow heat content
494            DO ji = 1, npti
495               !
496               jl1 = kdonor(ji,jl)
497               !
498               IF( jl1 > 0 ) THEN
499                  IF(jl1 == jl) THEN  ;  jl2 = jl+1
500                  ELSE                ;  jl2 = jl
501                  ENDIF
502                  ztrans             = ze_s_2d(ji,jk,jl1) * zworkv(ji)
503                  ze_s_2d(ji,jk,jl1) = ze_s_2d(ji,jk,jl1) - ztrans
504                  ze_s_2d(ji,jk,jl2) = ze_s_2d(ji,jk,jl2) + ztrans
505               ENDIF
506            END DO
507         END DO
508         !
509         DO jk = 1, nlay_i         !--- Ice heat content
510            DO ji = 1, npti
511               !
512               jl1 = kdonor(ji,jl)
513               !
514               IF( jl1 > 0 ) THEN
515                  IF(jl1 == jl) THEN  ;  jl2 = jl+1
516                  ELSE                ;  jl2 = jl
517                  ENDIF
518                  ztrans             = ze_i_2d(ji,jk,jl1) * zworkv(ji)
519                  ze_i_2d(ji,jk,jl1) = ze_i_2d(ji,jk,jl1) - ztrans
520                  ze_i_2d(ji,jk,jl2) = ze_i_2d(ji,jk,jl2) + ztrans
521               ENDIF
522            END DO
523         END DO
524         !
525      END DO                   ! boundaries, 1 to jpl-1
526
527      !-------------------
528      ! 3) roundoff errors
529      !-------------------
530      ! clem: The transfer between one category to another can lead to very small negative values (-1.e-20)
531      !       because of truncation error ( i.e. 1. - 1. /= 0 )
532      CALL ice_var_roundoff( a_i_2d, v_i_2d, v_s_2d, sv_i_2d, oa_i_2d, a_ip_2d, v_ip_2d, lh_ip_2d, ze_s_2d, ze_i_2d )
533
534      ! at_i must be <= rn_amax
535      zworka(1:npti) = SUM( a_i_2d(1:npti,:), dim=2 )
536      DO jl  = 1, jpl
537         WHERE( zworka(1:npti) > rn_amax_1d(1:npti) )   &
538            &   a_i_2d(1:npti,jl) = a_i_2d(1:npti,jl) * rn_amax_1d(1:npti) / zworka(1:npti)
539      END DO
540     
541      !-------------------------------------------------------------------------------
542      ! 4) Update ice thickness and temperature
543      !-------------------------------------------------------------------------------
544      WHERE( a_i_2d(1:npti,:) >= epsi20 )
545         h_i_2d (1:npti,:)  =  v_i_2d(1:npti,:) / a_i_2d(1:npti,:) 
546         t_su_2d(1:npti,:)  =  zaTsfn(1:npti,:) / a_i_2d(1:npti,:) 
547      ELSEWHERE
548         h_i_2d (1:npti,:)  = 0._wp
549         t_su_2d(1:npti,:)  = rt0
550      END WHERE
551      !
552      CALL tab_2d_3d( npti, nptidx(1:npti), h_i_2d (1:npti,1:jpl), h_i  )
553      CALL tab_2d_3d( npti, nptidx(1:npti), a_i_2d (1:npti,1:jpl), a_i  )
554      CALL tab_2d_3d( npti, nptidx(1:npti), v_i_2d (1:npti,1:jpl), v_i  )
555      CALL tab_2d_3d( npti, nptidx(1:npti), v_s_2d (1:npti,1:jpl), v_s  )
556      CALL tab_2d_3d( npti, nptidx(1:npti), oa_i_2d(1:npti,1:jpl), oa_i )
557      CALL tab_2d_3d( npti, nptidx(1:npti), sv_i_2d(1:npti,1:jpl), sv_i )
558      CALL tab_2d_3d( npti, nptidx(1:npti), a_ip_2d(1:npti,1:jpl), a_ip )
559      CALL tab_2d_3d( npti, nptidx(1:npti), v_ip_2d(1:npti,1:jpl), v_ip )
560      CALL tab_2d_3d( npti, nptidx(1:npti), lh_ip_2d(1:npti,1:jpl), lh_ip )
561      CALL tab_2d_3d( npti, nptidx(1:npti), t_su_2d(1:npti,1:jpl), t_su )
562      DO jl = 1, jpl
563         DO jk = 1, nlay_s
564            CALL tab_1d_2d( npti, nptidx(1:npti), ze_s_2d(1:npti,jk,jl), e_s(:,:,jk,jl) )
565         END DO
566         DO jk = 1, nlay_i
567            CALL tab_1d_2d( npti, nptidx(1:npti), ze_i_2d(1:npti,jk,jl), e_i(:,:,jk,jl) )
568         END DO
569      END DO
570      !
571   END SUBROUTINE itd_shiftice
572   
573
574   SUBROUTINE ice_itd_reb( kt )
575      !!------------------------------------------------------------------
576      !!                ***  ROUTINE ice_itd_reb ***
577      !!
578      !! ** Purpose : rebin - rebins thicknesses into defined categories
579      !!
580      !! ** Method  : If a category thickness is out of bounds, shift part (for down to top)
581      !!              or entire (for top to down) area, volume, and energy
582      !!              to the neighboring category
583      !!------------------------------------------------------------------
584      INTEGER , INTENT (in) ::   kt      ! Ocean time step
585      INTEGER ::   ji, jj, jl   ! dummy loop indices
586      !
587      INTEGER , DIMENSION(jpij,jpl-1) ::   jdonor           ! donor category index
588      REAL(wp), DIMENSION(jpij,jpl-1) ::   zdaice, zdvice   ! ice area and volume transferred
589      !!------------------------------------------------------------------
590      !
591      IF( kt == nit000 .AND. lwp )   WRITE(numout,*) '-- ice_itd_reb: rebining ice thickness distribution' 
592      !
593      IF( ln_icediachk )   CALL ice_cons_hsm(0, 'iceitd_reb', rdiag_v, rdiag_s, rdiag_t, rdiag_fv, rdiag_fs, rdiag_ft)
594      !
595      jdonor(:,:) = 0
596      zdaice(:,:) = 0._wp
597      zdvice(:,:) = 0._wp
598      !
599      !                       !---------------------------------------
600      DO jl = 1, jpl-1        ! identify thicknesses that are too big
601         !                    !---------------------------------------
602         npti = 0   ;   nptidx(:) = 0
603         DO jj = 1, jpj
604            DO ji = 1, jpi
605               IF( a_i(ji,jj,jl) > 0._wp .AND. v_i(ji,jj,jl) > (a_i(ji,jj,jl) * hi_max(jl)) ) THEN
606                  npti = npti + 1
607                  nptidx( npti ) = (jj - 1) * jpi + ji                 
608               ENDIF
609            END DO
610         END DO
611         !
612!!clem   CALL tab_2d_1d( npti, nptidx(1:npti), h_i_1d(1:npti), h_i(:,:,jl) )
613         CALL tab_2d_1d( npti, nptidx(1:npti), a_i_1d(1:npti), a_i(:,:,jl) )
614         CALL tab_2d_1d( npti, nptidx(1:npti), v_i_1d(1:npti), v_i(:,:,jl) )
615         !
616         DO ji = 1, npti
617            jdonor(ji,jl)  = jl 
618            ! how much of a_i you send in cat sup is somewhat arbitrary
619!!clem: these do not work properly after a restart (I do not know why) => not sure it is still true
620!!          zdaice(ji,jl)  = a_i_1d(ji) * ( h_i_1d(ji) - hi_max(jl) + epsi10 ) / h_i_1d(ji) 
621!!          zdvice(ji,jl)  = v_i_1d(ji) - ( a_i_1d(ji) - zdaice(ji,jl) ) * ( hi_max(jl) - epsi10 )
622!!clem: these do not work properly after a restart (I do not know why) => not sure it is still true
623!!          zdaice(ji,jl)  = a_i_1d(ji)
624!!          zdvice(ji,jl)  = v_i_1d(ji)
625!!clem: these are from UCL and work ok
626            zdaice(ji,jl)  = a_i_1d(ji) * 0.5_wp
627            zdvice(ji,jl)  = v_i_1d(ji) - zdaice(ji,jl) * ( hi_max(jl) + hi_max(jl-1) ) * 0.5_wp
628         END DO
629         !
630         IF( npti > 0 ) THEN
631            CALL itd_shiftice( jdonor(1:npti,:), zdaice(1:npti,:), zdvice(1:npti,:) )  ! Shift jl=>jl+1
632            ! Reset shift parameters
633            jdonor(1:npti,jl) = 0
634            zdaice(1:npti,jl) = 0._wp
635            zdvice(1:npti,jl) = 0._wp
636         ENDIF
637         !
638      END DO
639
640      !                       !-----------------------------------------
641      DO jl = jpl-1, 1, -1    ! Identify thicknesses that are too small
642         !                    !-----------------------------------------
643         npti = 0 ; nptidx(:) = 0
644         DO jj = 1, jpj
645            DO ji = 1, jpi
646               IF( a_i(ji,jj,jl+1) > 0._wp .AND. v_i(ji,jj,jl+1) <= (a_i(ji,jj,jl+1) * hi_max(jl)) ) THEN
647                  npti = npti + 1
648                  nptidx( npti ) = (jj - 1) * jpi + ji                 
649               ENDIF
650            END DO
651         END DO
652         !
653         CALL tab_2d_1d( npti, nptidx(1:npti), a_i_1d(1:npti), a_i(:,:,jl+1) ) ! jl+1 is ok
654         CALL tab_2d_1d( npti, nptidx(1:npti), v_i_1d(1:npti), v_i(:,:,jl+1) ) ! jl+1 is ok
655         DO ji = 1, npti
656            jdonor(ji,jl) = jl + 1
657            zdaice(ji,jl) = a_i_1d(ji) 
658            zdvice(ji,jl) = v_i_1d(ji)
659         END DO
660         !
661         IF( npti > 0 ) THEN
662            CALL itd_shiftice( jdonor(1:npti,:), zdaice(1:npti,:), zdvice(1:npti,:) )  ! Shift jl+1=>jl
663            ! Reset shift parameters
664            jdonor(1:npti,jl) = 0
665            zdaice(1:npti,jl) = 0._wp
666            zdvice(1:npti,jl) = 0._wp
667         ENDIF
668         !
669      END DO
670      !
671      IF( ln_icediachk )   CALL ice_cons_hsm(1, 'iceitd_reb', rdiag_v, rdiag_s, rdiag_t, rdiag_fv, rdiag_fs, rdiag_ft)
672      !
673   END SUBROUTINE ice_itd_reb
674
675
676   SUBROUTINE ice_itd_init
677      !!------------------------------------------------------------------
678      !!                ***  ROUTINE ice_itd_init ***
679      !!
680      !! ** Purpose :   Initializes the ice thickness distribution
681      !! ** Method  :   ...
682      !! ** input   :   Namelist namitd
683      !!-------------------------------------------------------------------
684      INTEGER  ::   jl            ! dummy loop index
685      INTEGER  ::   ios, ioptio   ! Local integer output status for namelist read
686      REAL(wp) ::   zhmax, znum, zden, zalpha   !   -      -
687      !
688      NAMELIST/namitd/ ln_cat_hfn, rn_himean, ln_cat_usr, rn_catbnd, rn_himin
689      !!------------------------------------------------------------------
690      !
691      REWIND( numnam_ice_ref )      ! Namelist namitd in reference namelist : Parameters for ice
692      READ  ( numnam_ice_ref, namitd, IOSTAT = ios, ERR = 901)
693901   IF( ios /= 0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'namitd in reference namelist', lwp )
694      REWIND( numnam_ice_cfg )      ! Namelist namitd in configuration namelist : Parameters for ice
695      READ  ( numnam_ice_cfg, namitd, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
696902   IF( ios >  0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'namitd in configuration namelist', lwp )
697      IF(lwm) WRITE( numoni, namitd )
698      !
699      IF(lwp) THEN                  ! control print
700         WRITE(numout,*)
701         WRITE(numout,*) 'ice_itd_init: Initialization of ice cat distribution '
702         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~'
703         WRITE(numout,*) '   Namelist namitd: '
704         WRITE(numout,*) '      Ice categories are defined by a function of rn_himean**(-0.05)    ln_cat_hfn = ', ln_cat_hfn
705         WRITE(numout,*) '         mean ice thickness in the domain                               rn_himean  = ', rn_himean
706         WRITE(numout,*) '      Ice categories are defined by rn_catbnd                           ln_cat_usr = ', ln_cat_usr
707         WRITE(numout,*) '      minimum ice thickness                                             rn_himin   = ', rn_himin 
708      ENDIF
709      !
710      !-----------------------------------!
711      !  Thickness categories boundaries  !
712      !-----------------------------------!
713      !                             !== set the choice of ice categories ==!
714      ioptio = 0 
715      IF( ln_cat_hfn ) THEN   ;   ioptio = ioptio + 1   ;   nice_catbnd = np_cathfn    ;   ENDIF
716      IF( ln_cat_usr ) THEN   ;   ioptio = ioptio + 1   ;   nice_catbnd = np_catusr    ;   ENDIF
717      IF( ioptio /= 1 )   CALL ctl_stop( 'ice_itd_init: choose one and only one ice categories boundaries' )
718      !
719      SELECT CASE( nice_catbnd )
720      !                                !------------------------!
721      CASE( np_cathfn )                ! h^(-alpha) function
722         !                             !------------------------!
723         zalpha = 0.05_wp
724         zhmax  = 3._wp * rn_himean
725         hi_max(0) = 0._wp
726         DO jl = 1, jpl
727            znum = jpl * ( zhmax+1 )**zalpha
728            zden = REAL( jpl-jl , wp ) * ( zhmax + 1._wp )**zalpha + REAL( jl , wp )
729            hi_max(jl) = ( znum / zden )**(1./zalpha) - 1
730         END DO
731         !                             !------------------------!
732      CASE( np_catusr )                ! user defined
733         !                             !------------------------!
734         DO jl = 0, jpl
735            hi_max(jl) = rn_catbnd(jl)
736         END DO
737         !
738      END SELECT
739      !
740      DO jl = 1, jpl                ! mean thickness by category
741         hi_mean(jl) = ( hi_max(jl) + hi_max(jl-1) ) * 0.5_wp
742      END DO
743      !
744      hi_max(jpl) = 99._wp          ! set to a big value to ensure that all ice is thinner than hi_max(jpl)
745      !
746      IF(lwp) WRITE(numout,*)
747      IF(lwp) WRITE(numout,*) '   ===>>>   resulting thickness category boundaries :'
748      IF(lwp) WRITE(numout,*) '            hi_max(:)= ', hi_max(0:jpl)
749      !
750      IF( hi_max(1) < rn_himin )   CALL ctl_stop('ice_itd_init: the upper bound of the 1st category must be bigger than rn_himin')
751      !
752   END SUBROUTINE ice_itd_init
753
754#else
755   !!----------------------------------------------------------------------
756   !!   Default option :         Empty module         NO SI3 sea-ice model
757   !!----------------------------------------------------------------------
758#endif
759
760   !!======================================================================
761END MODULE iceitd
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.