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.
limthd_lac.F90 in branches/2011/dev_r2787_LOCEAN3_TRA_TRP/NEMOGCM/NEMO/LIM_SRC_3 – NEMO

source: branches/2011/dev_r2787_LOCEAN3_TRA_TRP/NEMOGCM/NEMO/LIM_SRC_3/limthd_lac.F90 @ 2833

Last change on this file since 2833 was 2777, checked in by smasson, 13 years ago

LIM3 compiling and (partly?) running in v3_3_1, see ticket#817

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 32.0 KB
Line 
1MODULE limthd_lac
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE limthd_lac   ***
4   !!                lateral thermodynamic growth of the ice
5   !!======================================================================
6   !! History :  LIM  ! 2005-12 (M. Vancoppenolle)  Original code
7   !!             -   ! 2006-01 (M. Vancoppenolle)  add ITD
8   !!            3.0  ! 2007-07 (M. Vancoppenolle)  Mass and energy conservation tested
9   !!            4.0  ! 2011-02 (G. Madec) dynamical allocation
10   !!----------------------------------------------------------------------
11#if defined key_lim3
12   !!----------------------------------------------------------------------
13   !!   'key_lim3'                                      LIM3 sea-ice model
14   !!----------------------------------------------------------------------
15   !!   lim_lat_acr    : lateral accretion of ice
16   !!----------------------------------------------------------------------
17   USE par_oce          ! ocean parameters
18   USE dom_oce          ! domain variables
19   USE phycst           ! physical constants
20   USE sbc_oce          ! Surface boundary condition: ocean fields
21   USE sbc_ice          ! Surface boundary condition: ice fields
22   USE thd_ice          ! LIM thermodynamics
23   USE dom_ice          ! LIM domain
24   USE par_ice          ! LIM parameters
25   USE ice              ! LIM variables
26   USE limtab           ! LIM 2D <==> 1D
27   USE limcons          ! LIM conservation
28   USE wrk_nemo         ! workspace manager
29   USE in_out_manager   ! I/O manager
30   USE lib_mpp          ! MPP library
31
32   IMPLICIT NONE
33   PRIVATE
34
35   PUBLIC lim_thd_lac     ! called by lim_thd
36
37   REAL(wp) ::   epsi20 = 1e-20_wp   ! constant values
38   REAL(wp) ::   epsi13 = 1e-13_wp   !
39   REAL(wp) ::   epsi11 = 1e-11_wp   !
40   REAL(wp) ::   epsi10 = 1e-10_wp   !
41   REAL(wp) ::   epsi06 = 1e-06_wp   !
42   REAL(wp) ::   epsi03 = 1e-03_wp   !
43   REAL(wp) ::   zzero  = 0._wp      !
44   REAL(wp) ::   zone   = 1._wp      !
45
46   !!----------------------------------------------------------------------
47   !! NEMO/LIM3 4.0 , UCL - NEMO Consortium (2011)
48   !! $Id$
49   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
50   !!----------------------------------------------------------------------
51CONTAINS
52
53   SUBROUTINE lim_thd_lac
54      !!-------------------------------------------------------------------
55      !!               ***   ROUTINE lim_thd_lac  ***
56      !! 
57      !! ** Purpose : Computation of the evolution of the ice thickness and
58      !!      concentration as a function of the heat balance in the leads.
59      !!      It is only used for lateral accretion
60      !!       
61      !! ** Method  : Ice is formed in the open water when ocean lose heat
62      !!      (heat budget of open water Bl is negative) .
63      !!      Computation of the increase of 1-A (ice concentration) fol-
64      !!      lowing the law :
65      !!      (dA/dt)acc = F[ (1-A)/(1-a) ] * [ Bl / (Li*h0) ]
66      !!       where - h0 is the thickness of ice created in the lead
67      !!             - a is a minimum fraction for leads
68      !!             - F is a monotonic non-increasing function defined as:
69      !!                  F(X)=( 1 - X**exld )**(1.0/exld)
70      !!             - exld is the exponent closure rate (=2 default val.)
71      !!
72      !! ** Action : - Adjustment of snow and ice thicknesses and heat
73      !!                content in brine pockets
74      !!             - Updating ice internal temperature
75      !!             - Computation of variation of ice volume and mass
76      !!             - Computation of frldb after lateral accretion and
77      !!               update ht_s_b, ht_i_b and tbif_1d(:,:)     
78      !!------------------------------------------------------------------------
79      USE wrk_nemo, ONLY :   vt_i_init => wrk_2d_1 , vt_i_final => wrk_2d_4 , et_i_init => wrk_2d_7
80      USE wrk_nemo, ONLY :   vt_s_init => wrk_2d_2 , vt_s_final => wrk_2d_5 , et_s_init => wrk_2d_8
81      USE wrk_nemo, ONLY :   zvrel     => wrk_2d_3 , et_i_final => wrk_2d_6 
82      !
83      INTEGER ::   ji,jj,jk,jl,jm   ! dummy loop indices
84      INTEGER ::   layer, nbpac     ! local integers
85      INTEGER ::   zji, zjj, iter   !   -       -
86      REAL(wp)  ::   ztmelts, zdv, zqold, zfrazb, zweight, zalphai, zindb, zde  ! local scalars
87      REAL(wp) ::   zgamafr, zvfrx, zvgx, ztaux, ztwogp, zf , zhicol_new        !   -      -
88      REAL(wp) ::   ztenagm, zvfry, zvgy, ztauy, zvrel2, zfp, zsqcd , zhicrit   !   -      -
89      LOGICAL  ::   iterate_frazil   ! iterate frazil ice collection thickness
90      CHARACTER (len = 15) :: fieldid
91      !
92      INTEGER, DIMENSION(jpij) ::   zcatac    !  indexes of categories where new ice grows
93
94      REAL(wp), DIMENSION(jpij,jpl) ::   zhice_old   ! previous ice thickness
95      REAL(wp), DIMENSION(jpij,jpl) ::   zdummy      ! dummy thickness of new ice
96      REAL(wp), DIMENSION(jpij,jpl) ::   zdhicbot    ! thickness of new ice which is accreted vertically
97      REAL(wp), DIMENSION(jpij,jpl) ::   zv_old      ! old volume of ice in category jl
98      REAL(wp), DIMENSION(jpij,jpl) ::   za_old      ! old area of ice in category jl
99      REAL(wp), DIMENSION(jpij,jpl) ::   za_i_ac     ! 1-D version of a_i
100      REAL(wp), DIMENSION(jpij,jpl) ::   zv_i_ac     ! 1-D version of v_i
101      REAL(wp), DIMENSION(jpij,jpl) ::   zoa_i_ac    ! 1-D version of oa_i
102      REAL(wp), DIMENSION(jpij,jpl) ::   zsmv_i_ac   ! 1-D version of smv_i
103
104      REAL(wp), DIMENSION(jpij,jkmax  ,jpl) ::   ze_i_ac   !: 1-D version of e_i
105      REAL(wp), DIMENSION(jpij,jkmax+1,jpl) ::   zqm0      ! old layer-system heat content
106      REAL(wp), DIMENSION(jpij,jkmax+1,jpl) ::   zthick0   ! old ice thickness
107
108      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zv_newice, zh_newice, zs_newice, zdv_res, zat_i_ac , zdh_frazb, zqbgow
109      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   za_newice, ze_newice, zo_newice, zda_res, zat_i_lev, zvrel_ac , zdhex
110      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zswinew
111      !!-----------------------------------------------------------------------!
112
113      IF(  wrk_in_use(1, 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15) .OR.   &
114         & wrk_in_use(2, 1,2,3,4,5,6,7,8)                        ) THEN
115         CALL ctl_stop('lim_thd_lac : requestead workspace arrays unavailable.')   ;   RETURN
116      END IF
117      ! Set-up pointers to sub-arrays of workspace arrays
118      zv_newice =>  wrk_1d_1 (1:jpij)   ! volume of accreted ice
119      za_newice =>  wrk_1d_2 (1:jpij)   ! fractional area of accreted ice
120      zh_newice =>  wrk_1d_3 (1:jpij)   ! thickness of accreted ice
121      ze_newice =>  wrk_1d_4 (1:jpij)   ! heat content of accreted ice
122      zs_newice =>  wrk_1d_5 (1:jpij)   ! salinity of accreted ice
123      zo_newice =>  wrk_1d_6 (1:jpij)   ! age of accreted ice
124      zdv_res   =>  wrk_1d_7 (1:jpij)   ! residual volume in case of excessive heat budget
125      zda_res   =>  wrk_1d_8 (1:jpij)   ! residual area in case of excessive heat budget
126      zat_i_ac  =>  wrk_1d_9 (1:jpij)   ! total ice fraction
127      zat_i_lev =>  wrk_1d_10(1:jpij)   ! total ice fraction for level ice only (type 1)   
128      zdh_frazb =>  wrk_1d_11(1:jpij)   ! accretion of frazil ice at the ice bottom
129      zvrel_ac  =>  wrk_1d_12(1:jpij)   ! relative ice / frazil velocity (1D vector)
130      zqbgow    =>  wrk_1d_13(1:jpij)   ! heat budget of the open water (negative)
131      zdhex     =>  wrk_1d_14(1:jpij)   ! excessively thick accreted sea ice (hlead-hice)
132      zswinew   =>  wrk_1d_15(1:jpij)   ! switch for new ice or not
133
134
135
136      et_i_init(:,:) = 0._wp
137      et_s_init(:,:) = 0._wp
138      vt_i_init(:,:) = 0._wp
139      vt_s_init(:,:) = 0._wp
140
141      !------------------------------------------------------------------------------!
142      ! 1) Conservation check and changes in each ice category
143      !------------------------------------------------------------------------------!
144      IF ( con_i ) THEN
145         CALL lim_column_sum (jpl, v_i, vt_i_init)
146         CALL lim_column_sum (jpl, v_s, vt_s_init)
147         CALL lim_column_sum_energy (jpl, nlay_i, e_i, et_i_init)
148         CALL lim_column_sum (jpl,   e_s(:,:,1,:) , et_s_init)
149      ENDIF
150
151      !------------------------------------------------------------------------------|
152      ! 2) Convert units for ice internal energy
153      !------------------------------------------------------------------------------|
154      DO jl = 1, jpl
155         DO jk = 1, nlay_i
156            DO jj = 1, jpj
157               DO ji = 1, jpi
158                  !Energy of melting q(S,T) [J.m-3]
159                  e_i(ji,jj,jk,jl) = e_i(ji,jj,jk,jl) / &
160                     MAX( area(ji,jj) * v_i(ji,jj,jl) ,  epsi10 ) * &
161                     nlay_i
162                  zindb      = 1.0-MAX(0.0,SIGN(1.0,-v_i(ji,jj,jl))) !0 if no ice and 1 if yes
163                  e_i(ji,jj,jk,jl) = e_i(ji,jj,jk,jl)*unit_fac*zindb
164               END DO
165            END DO
166         END DO
167      END DO
168
169      !------------------------------------------------------------------------------!
170      ! 3) Collection thickness of ice formed in leads and polynyas
171      !------------------------------------------------------------------------------!   
172      ! hicol is the thickness of new ice formed in open water
173      ! hicol can be either prescribed (frazswi = 0)
174      ! or computed (frazswi = 1)
175      ! Frazil ice forms in open water, is transported by wind
176      ! accumulates at the edge of the consolidated ice edge
177      ! where it forms aggregates of a specific thickness called
178      ! collection thickness.
179
180      ! Note : the following algorithm currently breaks vectorization
181      !
182
183      zvrel(:,:) = 0.0
184
185      ! Default new ice thickness
186      DO jj = 1, jpj
187         DO ji = 1, jpi
188            hicol(ji,jj) = hiccrit(1)
189         END DO
190      END DO
191
192      IF (fraz_swi.eq.1.0) THEN
193
194         !--------------------
195         ! Physical constants
196         !--------------------
197         hicol(:,:) = 0.0
198
199         zhicrit = 0.04 ! frazil ice thickness
200         ztwogp  = 2. * rau0 / ( grav * 0.3 * ( rau0 - rhoic ) ) ! reduced grav
201         zsqcd   = 1.0 / SQRT( 1.3 * cai ) ! 1/SQRT(airdensity*drag)
202         zgamafr = 0.03
203
204         DO jj = 1, jpj
205            DO ji = 1, jpi
206
207               IF ( tms(ji,jj) * ( qcmif(ji,jj) - qldif(ji,jj) ) > 0.e0 ) THEN
208                  !-------------
209                  ! Wind stress
210                  !-------------
211                  ! C-grid wind stress components
212                  ztaux         = ( utau_ice(ji-1,jj  ) * tmu(ji-1,jj  ) &
213                     &          +   utau_ice(ji  ,jj  ) * tmu(ji  ,jj  ) ) / 2.0
214                  ztauy         = ( vtau_ice(ji  ,jj-1) * tmv(ji  ,jj-1) &
215                     &          +   vtau_ice(ji  ,jj  ) * tmv(ji  ,jj  ) ) / 2.0
216                  ! Square root of wind stress
217                  ztenagm       =  SQRT( SQRT( ztaux * ztaux + ztauy * ztauy ) )
218
219                  !---------------------
220                  ! Frazil ice velocity
221                  !---------------------
222                  zvfrx         = zgamafr * zsqcd * ztaux / MAX(ztenagm,epsi10)
223                  zvfry         = zgamafr * zsqcd * ztauy / MAX(ztenagm,epsi10)
224
225                  !-------------------
226                  ! Pack ice velocity
227                  !-------------------
228                  ! C-grid ice velocity
229                  zindb = MAX(0.0, SIGN(1.0, at_i(ji,jj) ))
230                  zvgx  = zindb * ( u_ice(ji-1,jj  ) * tmu(ji-1,jj  ) &
231                     + u_ice(ji,jj    ) * tmu(ji  ,jj  ) ) / 2.0
232                  zvgy  = zindb * ( v_ice(ji  ,jj-1) * tmv(ji  ,jj-1) &
233                     + v_ice(ji,jj    ) * tmv(ji  ,jj  ) ) / 2.0
234
235                  !-----------------------------------
236                  ! Relative frazil/pack ice velocity
237                  !-----------------------------------
238                  ! absolute relative velocity
239                  zvrel2        = MAX( ( zvfrx - zvgx ) * ( zvfrx - zvgx ) + &
240                     ( zvfry - zvgy ) * ( zvfry - zvgy )   &
241                     , 0.15 * 0.15 )
242                  zvrel(ji,jj)  = SQRT(zvrel2)
243
244                  !---------------------
245                  ! Iterative procedure
246                  !---------------------
247                  hicol(ji,jj) = zhicrit + 0.1 
248                  hicol(ji,jj) = zhicrit + hicol(ji,jj) /      & 
249                     ( hicol(ji,jj) * hicol(ji,jj) - &
250                     zhicrit * zhicrit ) * ztwogp * zvrel2
251
252                  iter = 1
253                  iterate_frazil = .true.
254
255                  DO WHILE ( iter .LT. 100 .AND. iterate_frazil ) 
256                     zf = ( hicol(ji,jj) - zhicrit ) * ( hicol(ji,jj)**2 - zhicrit**2 ) &
257                        - hicol(ji,jj) * zhicrit * ztwogp * zvrel2
258                     zfp = ( hicol(ji,jj) - zhicrit ) * ( 3.0*hicol(ji,jj) + zhicrit ) &
259                        - zhicrit * ztwogp * zvrel2
260                     zhicol_new = hicol(ji,jj) - zf/zfp
261                     hicol(ji,jj)   = zhicol_new
262
263                     iter = iter + 1
264
265                  END DO ! do while
266
267               ENDIF ! end of selection of pixels where ice forms
268
269            END DO ! loop on ji ends
270         END DO ! loop on jj ends
271
272      ENDIF ! End of computation of frazil ice collection thickness
273
274      !------------------------------------------------------------------------------!
275      ! 4) Identify grid points where new ice forms
276      !------------------------------------------------------------------------------!
277
278      !-------------------------------------
279      ! Select points for new ice formation
280      !-------------------------------------
281      ! This occurs if open water energy budget is negative
282      nbpac = 0
283      DO jj = 1, jpj
284         DO ji = 1, jpi
285            IF ( tms(ji,jj) * ( qcmif(ji,jj) - qldif(ji,jj) ) > 0.e0 ) THEN
286               nbpac = nbpac + 1
287               npac( nbpac ) = (jj - 1) * jpi + ji
288               IF ( (ji.eq.jiindx).AND.(jj.eq.jjindx) ) THEN
289                  jiindex_1d = nbpac
290               ENDIF
291            ENDIF
292         END DO
293      END DO
294
295      IF( ln_nicep ) THEN
296         WRITE(numout,*) 'lim_thd_lac : nbpac = ', nbpac
297      ENDIF
298
299      !------------------------------
300      ! Move from 2-D to 1-D vectors
301      !------------------------------
302      ! If ocean gains heat do nothing
303      ! 0therwise compute new ice formation
304
305      IF ( nbpac > 0 ) THEN
306
307         CALL tab_2d_1d( nbpac, zat_i_ac  (1:nbpac)     , at_i         ,       &
308            jpi, jpj, npac(1:nbpac) )
309         DO jl = 1, jpl
310            CALL tab_2d_1d( nbpac, za_i_ac(1:nbpac,jl)  , a_i(:,:,jl)  ,       &
311               jpi, jpj, npac(1:nbpac) )
312            CALL tab_2d_1d( nbpac, zv_i_ac(1:nbpac,jl)  , v_i(:,:,jl)  ,       &
313               jpi, jpj, npac(1:nbpac) )
314            CALL tab_2d_1d( nbpac, zoa_i_ac(1:nbpac,jl) , oa_i(:,:,jl) ,       &
315               jpi, jpj, npac(1:nbpac) )
316            CALL tab_2d_1d( nbpac, zsmv_i_ac(1:nbpac,jl), smv_i(:,:,jl),       &
317               jpi, jpj, npac(1:nbpac) )
318            DO jk = 1, nlay_i
319               CALL tab_2d_1d( nbpac, ze_i_ac(1:nbpac,jk,jl), e_i(:,:,jk,jl) , &
320                  jpi, jpj, npac(1:nbpac) )
321            END DO ! jk
322         END DO ! jl
323
324         CALL tab_2d_1d( nbpac, qldif_1d  (1:nbpac)     , qldif ,              &
325            jpi, jpj, npac(1:nbpac) )
326         CALL tab_2d_1d( nbpac, qcmif_1d  (1:nbpac)     , qcmif ,              &
327            jpi, jpj, npac(1:nbpac) )
328         CALL tab_2d_1d( nbpac, t_bo_b    (1:nbpac)     , t_bo  ,              &
329            jpi, jpj, npac(1:nbpac) )
330         CALL tab_2d_1d( nbpac, fseqv_1d  (1:nbpac)     , fseqv ,              &
331            jpi, jpj, npac(1:nbpac) )
332         CALL tab_2d_1d( nbpac, hicol_b   (1:nbpac)     , hicol ,              &
333            jpi, jpj, npac(1:nbpac) )
334         CALL tab_2d_1d( nbpac, zvrel_ac  (1:nbpac)     , zvrel ,              &
335            jpi, jpj, npac(1:nbpac) )
336
337         !------------------------------------------------------------------------------!
338         ! 5) Compute thickness, salinity, enthalpy, age, area and volume of new ice
339         !------------------------------------------------------------------------------!
340
341         !----------------------
342         ! Thickness of new ice
343         !----------------------
344         DO ji = 1, nbpac
345            zh_newice(ji)     = hiccrit(1)
346         END DO
347         IF ( fraz_swi .EQ. 1.0 ) zh_newice(:) = hicol_b(:)
348
349         !----------------------
350         ! Salinity of new ice
351         !----------------------
352
353         IF ( num_sal .EQ. 1 ) THEN
354            zs_newice(:)      =   bulk_sal
355         ENDIF ! num_sal
356
357         IF ( ( num_sal .EQ. 2 ) .OR. ( num_sal .EQ. 4 ) ) THEN
358
359            DO ji = 1, nbpac
360               zs_newice(ji)  =   MIN( 4.606 + 0.91 / zh_newice(ji) , s_i_max )
361               zji            =   MOD( npac(ji) - 1, jpi ) + 1
362               zjj            =   ( npac(ji) - 1 ) / jpi + 1
363               zs_newice(ji)  =   MIN( 0.5*sss_m(zji,zjj) , zs_newice(ji) )
364            END DO ! jl
365
366         ENDIF ! num_sal
367
368         IF ( num_sal .EQ. 3 ) THEN
369            zs_newice(:)      =   2.3
370         ENDIF ! num_sal
371
372         !-------------------------
373         ! Heat content of new ice
374         !-------------------------
375         ! We assume that new ice is formed at the seawater freezing point
376         DO ji = 1, nbpac
377            ztmelts           = - tmut * zs_newice(ji) + rtt ! Melting point (K)
378            ze_newice(ji)     =   rhoic * ( cpic * ( ztmelts - t_bo_b(ji) )    &
379               + lfus * ( 1.0 - ( ztmelts - rtt )   &
380               / ( t_bo_b(ji) - rtt ) )           &
381               - rcp * ( ztmelts-rtt ) )
382            ze_newice(ji)     =   MAX( ze_newice(ji) , 0.0 ) +                 &
383               MAX( 0.0 , SIGN( 1.0 , - ze_newice(ji) ) )   & 
384               * rhoic * lfus
385         END DO ! ji
386         !----------------
387         ! Age of new ice
388         !----------------
389         DO ji = 1, nbpac
390            zo_newice(ji)     = 0.0
391         END DO ! ji
392
393         !--------------------------
394         ! Open water energy budget
395         !--------------------------
396         DO ji = 1, nbpac
397            zqbgow(ji)        = qldif_1d(ji) - qcmif_1d(ji) !<0
398         END DO ! ji
399
400         !-------------------
401         ! Volume of new ice
402         !-------------------
403         DO ji = 1, nbpac
404            zv_newice(ji)     = - zqbgow(ji) / ze_newice(ji)
405
406            ! A fraction zfrazb of frazil ice is accreted at the ice bottom
407            zfrazb        = ( TANH ( Cfrazb * ( zvrel_ac(ji) - vfrazb ) )     & 
408               + 1.0 ) / 2.0 * maxfrazb
409            zdh_frazb(ji) = zfrazb*zv_newice(ji)
410            zv_newice(ji) = ( 1.0 - zfrazb ) * zv_newice(ji)
411         END DO
412
413         !---------------------------------
414         ! Salt flux due to new ice growth
415         !---------------------------------
416         IF ( ( num_sal .EQ. 4 ) ) THEN
417            DO ji = 1, nbpac
418               zji            = MOD( npac(ji) - 1, jpi ) + 1
419               zjj            = ( npac(ji) - 1 ) / jpi + 1
420               fseqv_1d(ji)   = fseqv_1d(ji) +                                     &
421                  ( sss_m(zji,zjj) - bulk_sal      ) * rhoic *       &
422                  zv_newice(ji) / rdt_ice
423            END DO
424         ELSE
425            DO ji = 1, nbpac
426               zji            = MOD( npac(ji) - 1, jpi ) + 1
427               zjj            = ( npac(ji) - 1 ) / jpi + 1
428               fseqv_1d(ji)   = fseqv_1d(ji) +                                     &
429                  ( sss_m(zji,zjj) - zs_newice(ji) ) * rhoic *       &
430                  zv_newice(ji) / rdt_ice
431            END DO ! ji
432         ENDIF
433
434         !------------------------------------
435         ! Diags for energy conservation test
436         !------------------------------------
437         DO ji = 1, nbpac
438            ! Volume
439            zji                  = MOD( npac(ji) - 1, jpi ) + 1
440            zjj                  = ( npac(ji) - 1 ) / jpi + 1
441            vt_i_init(zji,zjj)   = vt_i_init(zji,zjj) + zv_newice(ji)
442            ! Energy
443            zde                  = ze_newice(ji) / unit_fac
444            zde                  = zde * area(zji,zjj) * zv_newice(ji)
445            et_i_init(zji,zjj)   = et_i_init(zji,zjj) + zde
446         END DO
447
448         ! keep new ice volume in memory
449         CALL tab_1d_2d( nbpac, v_newice , npac(1:nbpac), zv_newice(1:nbpac) , &
450            jpi, jpj )
451
452         !-----------------
453         ! Area of new ice
454         !-----------------
455         DO ji = 1, nbpac
456            za_newice(ji)     = zv_newice(ji) / zh_newice(ji)
457            ! diagnostic
458            zji                  = MOD( npac(ji) - 1, jpi ) + 1
459            zjj                  = ( npac(ji) - 1 ) / jpi + 1
460            diag_lat_gr(zji,zjj) = zv_newice(ji) / rdt_ice
461         END DO !ji
462
463         !------------------------------------------------------------------------------!
464         ! 6) Redistribute new ice area and volume into ice categories                  !
465         !------------------------------------------------------------------------------!
466
467         !-----------------------------------------
468         ! Keep old ice areas and volume in memory
469         !-----------------------------------------
470         zv_old(:,:) = zv_i_ac(:,:) 
471         za_old(:,:) = za_i_ac(:,:)
472
473         !-------------------------------------------
474         ! Compute excessive new ice area and volume
475         !-------------------------------------------
476         ! If lateral ice growth gives an ice concentration gt 1, then
477         ! we keep the excessive volume in memory and attribute it later
478         ! to bottom accretion
479         DO ji = 1, nbpac
480            ! vectorize
481            IF ( za_newice(ji) .GT. ( 1.0 - zat_i_ac(ji) ) ) THEN
482               zda_res(ji)    = za_newice(ji) - (1.0 - zat_i_ac(ji) )
483               zdv_res(ji)    = zda_res(ji) * zh_newice(ji) 
484               za_newice(ji)  = za_newice(ji) - zda_res(ji)
485               zv_newice(ji)  = zv_newice(ji) - zdv_res(ji)
486            ELSE
487               zda_res(ji) = 0.0
488               zdv_res(ji) = 0.0
489            ENDIF
490         END DO ! ji
491
492         !------------------------------------------------
493         ! Laterally redistribute new ice volume and area
494         !------------------------------------------------
495         zat_i_ac(:) = 0._wp
496         DO jl = 1, jpl
497            DO ji = 1, nbpac
498               IF(  hi_max   (jl-1)  <  zh_newice(ji)   .AND.   &
499                  & zh_newice(ji)    <= hi_max   (jl)         ) THEN
500                  za_i_ac (ji,jl) = za_i_ac (ji,jl) + za_newice(ji)
501                  zv_i_ac (ji,jl) = zv_i_ac (ji,jl) + zv_newice(ji)
502                  zat_i_ac(ji)    = zat_i_ac(ji)    + za_i_ac  (ji,jl)
503                  zcatac  (ji)    = jl
504               ENDIF
505            END DO ! ji
506         END DO ! jl
507
508         !----------------------------------
509         ! Heat content - lateral accretion
510         !----------------------------------
511         DO ji = 1, nbpac
512            jl = zcatac(ji)                                                           ! categroy in which new ice is put
513            zindb = 1._wp - MAX( 0._wp , SIGN( 1._wp , -za_old(ji,jl) ) )             ! zindb=1 if ice =0 otherwise
514            zhice_old(ji,jl) = zv_old(ji,jl) / MAX( za_old(ji,jl) , epsi10 ) * zindb  ! old ice thickness
515            zdhex    (ji) = MAX( 0._wp , zh_newice(ji) - zhice_old(ji,jl) )           ! difference in thickness
516            zswinew  (ji) = MAX( 0._wp , SIGN( 1._wp , - za_old(ji,jl) + epsi11 ) )   ! ice totally new in jl category
517         END DO
518
519         DO jk = 1, nlay_i
520            DO ji = 1, nbpac
521               jl = zcatac(ji)
522               zqold   = ze_i_ac(ji,jk,jl) ! [ J.m-3 ]
523               zalphai = MIN( zhice_old(ji,jl) *   jk       / nlay_i , zh_newice(ji) )   &
524                  &    - MIN( zhice_old(ji,jl) * ( jk - 1 ) / nlay_i , zh_newice(ji) )
525               ze_i_ac(ji,jk,jl) = zswinew(ji) * ze_newice(ji)                                     &
526                  + ( 1.0 - zswinew(ji) ) * ( za_old(ji,jl)  * zqold * zhice_old(ji,jl) / nlay_i   &
527                  + za_newice(ji)  * ze_newice(ji) * zalphai                                       &
528                  + za_newice(ji)  * ze_newice(ji) * zdhex(ji) / nlay_i ) / ( ( zv_i_ac(ji,jl) ) / nlay_i )
529            END DO
530         END DO
531
532         !-----------------------------------------------
533         ! Add excessive volume of new ice at the bottom
534         !-----------------------------------------------
535         ! If the ice concentration exceeds 1, the remaining volume of new ice
536         ! is equally redistributed among all ice categories in which there is
537         ! ice
538
539         ! Fraction of level ice
540         jm = 1
541         zat_i_lev(:) = 0._wp
542
543         DO jl = ice_cat_bounds(jm,1), ice_cat_bounds(jm,2)
544            DO ji = 1, nbpac
545               zat_i_lev(ji) = zat_i_lev(ji) + za_i_ac(ji,jl) 
546            END DO
547         END DO
548
549         IF( ln_nicep ) WRITE(numout,*) ' zv_i_ac : ', zv_i_ac(jiindx, 1:jpl)
550         DO jl = ice_cat_bounds(jm,1), ice_cat_bounds(jm,2)
551            DO ji = 1, nbpac
552               zindb = MAX( 0._wp, SIGN( 1._wp , zdv_res(ji) ) )
553               zv_i_ac(ji,jl) = zv_i_ac(ji,jl) + zindb * zdv_res(ji) * za_i_ac(ji,jl) / MAX( zat_i_lev(ji) , epsi06 )
554            END DO
555         END DO
556         IF( ln_nicep )   WRITE(numout,*) ' zv_i_ac : ', zv_i_ac(jiindx, 1:jpl)
557
558         !---------------------------------
559         ! Heat content - bottom accretion
560         !---------------------------------
561         jm = 1
562         DO jl = ice_cat_bounds(jm,1), ice_cat_bounds(jm,2)
563            DO ji = 1, nbpac
564               zindb =  1._wp - MAX( 0._wp , SIGN( 1._wp , - za_i_ac(ji,jl ) ) )       ! zindb=1 if ice =0 otherwise
565               zhice_old(ji,jl) = zv_i_ac(ji,jl) / MAX( za_i_ac(ji,jl) , epsi10 ) * zindb
566               zdhicbot (ji,jl) = zdv_res(ji)    / MAX( za_i_ac(ji,jl) , epsi10 ) * zindb    &
567                  &             +  zindb * zdh_frazb(ji)                               ! frazil ice may coalesce
568               zdummy(ji,jl)    = zv_i_ac(ji,jl)/MAX(za_i_ac(ji,jl),epsi10)*zindb      ! thickness of residual ice
569            END DO
570         END DO
571
572         ! old layers thicknesses and enthalpies
573         DO jl = ice_cat_bounds(jm,1), ice_cat_bounds(jm,2)
574            DO jk = 1, nlay_i
575               DO ji = 1, nbpac
576                  zthick0(ji,jk,jl) =  zhice_old(ji,jl) / nlay_i
577                  zqm0   (ji,jk,jl) =  ze_i_ac(ji,jk,jl) * zthick0(ji,jk,jl)
578               END DO
579            END DO
580         END DO
581!!gm ???  why the previous do loop  if ocerwriten by the following one ?
582         DO jl = ice_cat_bounds(jm,1), ice_cat_bounds(jm,2)
583            DO ji = 1, nbpac
584               zthick0(ji,nlay_i+1,jl) =  zdhicbot(ji,jl)
585               zqm0   (ji,nlay_i+1,jl) =  ze_newice(ji) * zdhicbot(ji,jl)
586            END DO ! ji
587         END DO ! jl
588
589         ! Redistributing energy on the new grid
590         ze_i_ac(:,:,:) = 0._wp
591         DO jl = ice_cat_bounds(jm,1), ice_cat_bounds(jm,2)
592            DO jk = 1, nlay_i
593               DO layer = 1, nlay_i + 1
594                  DO ji = 1, nbpac
595                     zindb =  1._wp -  MAX( 0._wp , SIGN( 1._wp , - za_i_ac(ji,jl) ) ) 
596                     ! Redistributing energy on the new grid
597                     zweight = MAX (  MIN( zhice_old(ji,jl) * layer , zdummy(ji,jl) * jk )   &
598                        &    - MAX( zhice_old(ji,jl) * ( layer - 1 ) , zdummy(ji,jl) * ( jk - 1 ) ) , 0._wp )   &
599                        &    /( MAX(nlay_i * zthick0(ji,layer,jl),epsi10) ) * zindb
600                     ze_i_ac(ji,jk,jl) =  ze_i_ac(ji,jk,jl) + zweight * zqm0(ji,layer,jl) 
601                  END DO ! ji
602               END DO ! layer
603            END DO ! jk
604         END DO ! jl
605
606         DO jl = ice_cat_bounds(jm,1), ice_cat_bounds(jm,2)
607            DO jk = 1, nlay_i
608               DO ji = 1, nbpac
609                  zindb =  1._wp -  MAX( 0._wp , SIGN( 1._wp , - zv_i_ac(ji,jl) ) ) 
610                  ze_i_ac(ji,jk,jl) = ze_i_ac(ji,jk,jl)   &
611                     &              / MAX( zv_i_ac(ji,jl) , epsi10) * za_i_ac(ji,jl) * nlay_i * zindb
612               END DO
613            END DO
614         END DO
615
616         !------------
617         ! Update age
618         !------------
619         DO jl = 1, jpl
620            DO ji = 1, nbpac
621               zindb = 1._wp - MAX( 0._wp , SIGN( 1._wp , - za_i_ac(ji,jl) ) )  ! 0 if no ice and 1 if yes
622               zoa_i_ac(ji,jl)  = za_old(ji,jl) * zoa_i_ac(ji,jl) / MAX( za_i_ac(ji,jl) , epsi10 ) * zindb   
623            END DO
624         END DO   
625
626         !-----------------
627         ! Update salinity
628         !-----------------
629         IF(  num_sal == 2  .OR.  num_sal == 4  ) THEN
630            DO jl = 1, jpl
631               DO ji = 1, nbpac
632                  zindb = 1._wp - MAX( 0._wp , SIGN( 1._wp , - zv_i_ac(ji,jl) ) )  ! 0 if no ice and 1 if yes
633                  zdv   = zv_i_ac(ji,jl) - zv_old(ji,jl)
634                  zsmv_i_ac(ji,jl) = ( zsmv_i_ac(ji,jl) + zdv * zs_newice(ji) ) * zindb
635               END DO
636            END DO   
637         ENDIF
638
639         !------------------------------------------------------------------------------!
640         ! 8) Change 2D vectors to 1D vectors
641         !------------------------------------------------------------------------------!
642         DO jl = 1, jpl
643            CALL tab_1d_2d( nbpac, a_i (:,:,jl), npac(1:nbpac), za_i_ac (1:nbpac,jl), jpi, jpj )
644            CALL tab_1d_2d( nbpac, v_i (:,:,jl), npac(1:nbpac), zv_i_ac (1:nbpac,jl), jpi, jpj )
645            CALL tab_1d_2d( nbpac, oa_i(:,:,jl), npac(1:nbpac), zoa_i_ac(1:nbpac,jl), jpi, jpj )
646            IF (  num_sal == 2  .OR.  num_sal == 4  )   &
647               CALL tab_1d_2d( nbpac, smv_i (:,:,jl), npac(1:nbpac), zsmv_i_ac(1:nbpac,jl) , jpi, jpj )
648            DO jk = 1, nlay_i
649               CALL tab_1d_2d( nbpac, e_i(:,:,jk,jl), npac(1:nbpac), ze_i_ac(1:nbpac,jk,jl), jpi, jpj )
650            END DO
651         END DO
652         CALL tab_1d_2d( nbpac, fseqv , npac(1:nbpac), fseqv_1d  (1:nbpac) , jpi, jpj )
653         !
654      ENDIF ! nbpac > 0
655
656      !------------------------------------------------------------------------------!
657      ! 9) Change units for e_i
658      !------------------------------------------------------------------------------!   
659      DO jl = 1, jpl
660         DO jk = 1, nlay_i          ! heat content in 10^9 Joules
661            e_i(:,:,jk,jl) = e_i(:,:,jk,jl) * area(:,:) * v_i(:,:,jl) / nlay_i  / unit_fac 
662         END DO
663      END DO
664
665      !------------------------------------------------------------------------------|
666      ! 10) Conservation check and changes in each ice category
667      !------------------------------------------------------------------------------|
668      IF( con_i ) THEN
669         CALL lim_column_sum (jpl,   v_i, vt_i_final)
670         fieldid = 'v_i, limthd_lac'
671         CALL lim_cons_check (vt_i_init, vt_i_final, 1.0e-6, fieldid) 
672         !
673         CALL lim_column_sum_energy(jpl, nlay_i, e_i, et_i_final)
674         fieldid = 'e_i, limthd_lac'
675         CALL lim_cons_check (et_i_final, et_i_final, 1.0e-3, fieldid) 
676         !
677         CALL lim_column_sum (jpl,   v_s, vt_s_final)
678         fieldid = 'v_s, limthd_lac'
679         CALL lim_cons_check (vt_s_init, vt_s_final, 1.0e-6, fieldid) 
680         !
681         !     CALL lim_column_sum (jpl,   e_s(:,:,1,:) , et_s_init)
682         !     fieldid = 'e_s, limthd_lac'
683         !     CALL lim_cons_check (et_s_init, et_s_final, 1.0e-3, fieldid)
684         IF( ln_nicep ) THEN
685            WRITE(numout,*) ' vt_i_init : ', vt_i_init(jiindx,jjindx)
686            WRITE(numout,*) ' vt_i_final: ', vt_i_final(jiindx,jjindx)
687            WRITE(numout,*) ' et_i_init : ', et_i_init(jiindx,jjindx)
688            WRITE(numout,*) ' et_i_final: ', et_i_final(jiindx,jjindx)
689         ENDIF
690         !
691      ENDIF
692      !
693      IF( wrk_not_released(1, 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15) .OR.     &
694          wrk_not_released(2, 1,2,3,4,5,6,7,8)                       )   &
695          CALL ctl_stop( 'lim_thd_lac : failed to release workspace arrays' )
696      !
697   END SUBROUTINE lim_thd_lac
698
699#else
700   !!----------------------------------------------------------------------
701   !!   Default option                               NO  LIM3 sea-ice model
702   !!----------------------------------------------------------------------
703CONTAINS
704   SUBROUTINE lim_thd_lac           ! Empty routine
705   END SUBROUTINE lim_thd_lac
706#endif
707
708   !!======================================================================
709END MODULE limthd_lac
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.