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_dh.F90 in branches/2012/dev_r3385_NOCS04_HAMF/NEMOGCM/NEMO/LIM_SRC_3 – NEMO

source: branches/2012/dev_r3385_NOCS04_HAMF/NEMOGCM/NEMO/LIM_SRC_3/limthd_dh.F90 @ 3523

Last change on this file since 3523 was 3523, checked in by gm, 12 years ago

Branch: dev_r3385_NOCS04_HAMF; #665. LIM3 update: bug correction in limtrp and mass flux added in limthd_lac

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 34.6 KB
RevLine 
[825]1MODULE limthd_dh
[1572]2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE limthd_dh ***
4   !!  LIM-3 :   thermodynamic growth and decay of the ice
5   !!======================================================================
6   !! History :  LIM  ! 2003-05 (M. Vancoppenolle) Original code in 1D
7   !!                 ! 2005-06 (M. Vancoppenolle) 3D version
8   !!            3.2  ! 2009-07 (M. Vancoppenolle, Y. Aksenov, G. Madec) bug correction in rdmsnif & rdmicif
[3517]9   !!            3.4  ! 2011-02 (G. Madec) dynamical allocation
10   !!            3.5  ! 2012-10 (G. Madec & co) salt flux + bug fixes
[1572]11   !!----------------------------------------------------------------------
[825]12#if defined key_lim3
[834]13   !!----------------------------------------------------------------------
14   !!   'key_lim3'                                      LIM3 sea-ice model
15   !!----------------------------------------------------------------------
[1572]16   !!   lim_thd_dh  : vertical accr./abl. and lateral ablation of sea ice
[825]17   !!----------------------------------------------------------------------
18   USE par_oce          ! ocean parameters
19   USE phycst           ! physical constants (OCE directory)
[888]20   USE sbc_oce          ! Surface boundary condition: ocean fields
[2715]21   USE ice              ! LIM variables
22   USE par_ice          ! LIM parameters
23   USE thd_ice          ! LIM thermodynamics
24   USE in_out_manager   ! I/O manager
25   USE lib_mpp          ! MPP library
[3294]26   USE wrk_nemo         ! work arrays
[921]27
[825]28   IMPLICIT NONE
29   PRIVATE
30
[1572]31   PUBLIC   lim_thd_dh   ! called by lim_thd
[825]32
[1572]33   REAL(wp) ::   epsi20 = 1e-20   ! constant values
34   REAL(wp) ::   epsi13 = 1e-13   !
35   REAL(wp) ::   epsi16 = 1e-16   !
36   REAL(wp) ::   zzero  = 0.e0    !
37   REAL(wp) ::   zone   = 1.e0    !
[825]38
39   !!----------------------------------------------------------------------
[2715]40   !! NEMO/LIM3 4.0 , UCL - NEMO Consortium (2010)
[1156]41   !! $Id$
[2715]42   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
[825]43   !!----------------------------------------------------------------------
44CONTAINS
45
[2715]46   SUBROUTINE lim_thd_dh( kideb, kiut, jl )
[921]47      !!------------------------------------------------------------------
48      !!                ***  ROUTINE lim_thd_dh  ***
49      !!
[1572]50      !! ** Purpose :   determines variations of ice and snow thicknesses.
[921]51      !!
[1572]52      !! ** Method  :   Ice/Snow surface melting arises from imbalance in surface fluxes
53      !!              Bottom accretion/ablation arises from flux budget
54      !!              Snow thickness can increase by precipitation and decrease by sublimation
55      !!              If snow load excesses Archmiede limit, snow-ice is formed by
56      !!              the flooding of sea-water in the snow
[921]57      !!
[1572]58      !!                 1) Compute available flux of heat for surface ablation
59      !!                 2) Compute snow and sea ice enthalpies
60      !!                 3) Surface ablation and sublimation
61      !!                 4) Bottom accretion/ablation
62      !!                 5) Case of Total ablation
63      !!                 6) Snow ice formation
[921]64      !!
[1572]65      !! References : Bitz and Lipscomb, 1999, J. Geophys. Res.
66      !!              Fichefet T. and M. Maqueda 1997, J. Geophys. Res., 102(C6), 12609-12646   
67      !!              Vancoppenolle, Fichefet and Bitz, 2005, Geophys. Res. Let.
68      !!              Vancoppenolle et al.,2009, Ocean Modelling
[921]69      !!------------------------------------------------------------------
[1572]70      INTEGER , INTENT(in) ::   kideb, kiut   ! Start/End point on which the  the computation is applied
71      INTEGER , INTENT(in) ::   jl            ! Thickness cateogry number
72      !!
73      INTEGER  ::   ji , jk        ! dummy loop indices
[3517]74      INTEGER  ::   ii, ij       ! 2D corresponding indices to ji
[1572]75      INTEGER  ::   isnow          ! switch for presence (1) or absence (0) of snow
76      INTEGER  ::   isnowic        ! snow ice formation not
77      INTEGER  ::   i_ice_switch   ! ice thickness above a certain treshold or not
78      INTEGER  ::   iter
[825]79
[2715]80      REAL(wp) ::   zzfmass_i, zihgnew                     ! local scalar
81      REAL(wp) ::   zzfmass_s, zhsnew, ztmelts             ! local scalar
[1572]82      REAL(wp) ::   zhn, zdhcf, zdhbf, zhni, zhnfi, zihg   !
[2715]83      REAL(wp) ::   zdhnm, zhnnew, zhisn, zihic, zzc       !
[1572]84      REAL(wp) ::   zfracs       ! fractionation coefficient for bottom salt entrapment
85      REAL(wp) ::   zds          ! increment of bottom ice salinity
86      REAL(wp) ::   zcoeff       ! dummy argument for snowfall partitioning over ice and leads
87      REAL(wp) ::   zsm_snowice  ! snow-ice salinity
88      REAL(wp) ::   zswi1        ! switch for computation of bottom salinity
89      REAL(wp) ::   zswi12       ! switch for computation of bottom salinity
90      REAL(wp) ::   zswi2        ! switch for computation of bottom salinity
91      REAL(wp) ::   zgrr         ! bottom growth rate
92      REAL(wp) ::   ztform       ! bottom formation temperature
[2715]93      !
[3294]94      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zh_i        ! ice layer thickness
95      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zh_s        ! snow layer thickness
96      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   ztfs        ! melting point
97      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zhsold      ! old snow thickness
98      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zqprec      ! energy of fallen snow
99      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zqfont_su   ! incoming, remaining surface energy
100      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zqfont_bo   ! incoming, bottom energy
101      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   z_f_surf    ! surface heat for ablation
102      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zhgnew      ! new ice thickness
103      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zfmass_i    !
104
105      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zdh_s_mel     ! snow melt
106      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zdh_s_pre     ! snow precipitation
107      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zdh_s_sub     ! snow sublimation
108      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zfsalt_melt   ! salt flux due to ice melt
109
110      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:) ::   zdeltah
111
112      ! Pathological cases
113      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zfdt_init   ! total incoming heat for ice melt
114      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zfdt_final  ! total remaing heat for ice melt
115      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zqt_i       ! total ice heat content
116      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zqt_s       ! total snow heat content
117      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zqt_dummy   ! dummy heat content
118
119      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:) ::   zqt_i_lay   ! total ice heat content
120
121      ! Heat conservation
122      INTEGER  ::   num_iter_max, numce_dh
123      REAL(wp) ::   meance_dh
124      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zinnermelt
125      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zfbase, zdq_i
[1572]126      !!------------------------------------------------------------------
[825]127
[3294]128      CALL wrk_alloc( jpij, zh_i, zh_s, ztfs, zhsold, zqprec, zqfont_su, zqfont_bo, z_f_surf, zhgnew, zfmass_i )
129      CALL wrk_alloc( jpij, zdh_s_mel, zdh_s_pre, zdh_s_sub, zfsalt_melt, zfdt_init, zfdt_final, zqt_i, zqt_s, zqt_dummy )
130      CALL wrk_alloc( jpij, zinnermelt, zfbase, zdq_i )
131      CALL wrk_alloc( jpij, jkmax, zdeltah, zqt_i_lay )
[825]132
[2715]133      zfsalt_melt(:)  = 0._wp
134      ftotal_fin(:)   = 0._wp
135      zfdt_init(:)    = 0._wp
136      zfdt_final(:)   = 0._wp
137
[825]138      DO ji = kideb, kiut
139         old_ht_i_b(ji) = ht_i_b(ji)
140         old_ht_s_b(ji) = ht_s_b(ji)
141      END DO
[921]142      !
143      !------------------------------------------------------------------------------!
144      !  1) Calculate available heat for surface ablation                            !
145      !------------------------------------------------------------------------------!
146      !
[2715]147      DO ji = kideb, kiut
[3517]148         isnow         = INT(  1.0 - MAX(  0.0 , SIGN( 1.0 , - ht_s_b(ji) )  )  )
149         ztfs     (ji) = isnow * rtt + ( 1.0 - isnow ) * rtt
150         z_f_surf (ji) = qnsr_ice_1d(ji) + ( 1.0 - i0(ji) ) * qsr_ice_1d(ji) - fc_su(ji)
151         z_f_surf (ji) = MAX(  zzero , z_f_surf(ji)  ) * MAX(  zzero , SIGN( zone , t_su_b(ji) - ztfs(ji) )  )
[1572]152         zfdt_init(ji) = ( z_f_surf(ji) + MAX( fbif_1d(ji) + qlbbq_1d(ji) + fc_bo_i(ji),0.0 ) ) * rdt_ice
[825]153      END DO ! ji
154
[2715]155      zqfont_su  (:) = 0._wp
156      zqfont_bo  (:) = 0._wp
157      dsm_i_se_1d(:) = 0._wp     
158      dsm_i_si_1d(:) = 0._wp   
[921]159      !
160      !------------------------------------------------------------------------------!
161      !  2) Computing layer thicknesses and  snow and sea-ice enthalpies.            !
162      !------------------------------------------------------------------------------!
163      !
[2715]164      DO ji = kideb, kiut     ! Layer thickness
[825]165         zh_i(ji) = ht_i_b(ji) / nlay_i
166         zh_s(ji) = ht_s_b(ji) / nlay_s
167      END DO
[2715]168      !
169      zqt_s(:) = 0._wp        ! Total enthalpy of the snow
[825]170      DO jk = 1, nlay_s
[2715]171         DO ji = kideb, kiut
[1572]172            zqt_s(ji) =  zqt_s(ji) + q_s_b(ji,jk) * ht_s_b(ji) / nlay_s
[825]173         END DO
174      END DO
[2715]175      !
176      zqt_i(:) = 0._wp        ! Total enthalpy of the ice
[825]177      DO jk = 1, nlay_i
[2715]178         DO ji = kideb, kiut
179            zzc = q_i_b(ji,jk) * ht_i_b(ji) / nlay_i
180            zqt_i(ji)        =  zqt_i(ji) + zzc
181            zqt_i_lay(ji,jk) =              zzc
[825]182         END DO
183      END DO
[921]184      !
185      !------------------------------------------------------------------------------|
186      !  3) Surface ablation and sublimation                                         |
187      !------------------------------------------------------------------------------|
188      !
[834]189      !-------------------------
190      ! 3.1 Snow precips / melt
191      !-------------------------
[825]192      ! Snow accumulation in one thermodynamic time step
193      ! snowfall is partitionned between leads and ice
194      ! if snow fall was uniform, a fraction (1-at_i) would fall into leads
195      ! but because of the winds, more snow falls on leads than on sea ice
196      ! and a greater fraction (1-at_i)^beta of the total mass of snow
[834]197      ! (beta < 1) falls in leads.
[825]198      ! In reality, beta depends on wind speed,
199      ! and should decrease with increasing wind speed but here, it is
[834]200      ! considered as a constant. an average value is 0.66
[825]201      ! Martin Vancoppenolle, December 2006
202
203      ! Snow fall
204      DO ji = kideb, kiut
205         zcoeff = ( 1.0 - ( 1.0 - at_i_b(ji) )**betas ) / at_i_b(ji) 
206         zdh_s_pre(ji) = zcoeff * sprecip_1d(ji) * rdt_ice / rhosn
207      END DO
[2715]208      zdh_s_mel(:) =  0._wp
[825]209
210      ! Melt of fallen snow
211      DO ji = kideb, kiut
212         ! tatm_ice is now in K
[1572]213         zqprec   (ji)   =  rhosn * ( cpic * ( rtt - tatm_ice_1d(ji) ) + lfus ) 
214         zqfont_su(ji)   =  z_f_surf(ji) * rdt_ice
215         zdeltah  (ji,1) =  MIN( 0.e0 , - zqfont_su(ji) / MAX( zqprec(ji) , epsi13 ) )
216         zqfont_su(ji)   =  MAX( 0.e0 , - zdh_s_pre(ji) - zdeltah(ji,1)              ) * zqprec(ji)
217         zdeltah  (ji,1) =  MAX( - zdh_s_pre(ji) , zdeltah(ji,1) )
218         zdh_s_mel(ji)   =  zdh_s_mel(ji) + zdeltah(ji,1)
[825]219         ! heat conservation
[1572]220         qt_s_in(ji,jl)  =  qt_s_in(ji,jl) + zqprec(ji) * zdh_s_pre(ji)
221         zqt_s  (ji)     =  zqt_s  (ji)    + zqprec(ji) * zdh_s_pre(ji)
222         zqt_s  (ji)     =  MAX( zqt_s(ji) - zqfont_su(ji) , 0.e0 ) 
[825]223      END DO
224
225
226      ! Snow melt due to surface heat imbalance
227      DO jk = 1, nlay_s
228         DO ji = kideb, kiut
[1572]229            zdeltah  (ji,jk) = - zqfont_su(ji) / q_s_b(ji,jk)
230            zqfont_su(ji)    =  MAX( 0.0 , - zh_s(ji) - zdeltah(ji,jk) ) * q_s_b(ji,jk) 
231            zdeltah  (ji,jk) =  MAX( zdeltah(ji,jk) , - zh_s(ji) )
232            zdh_s_mel(ji)    =  zdh_s_mel(ji) + zdeltah(ji,jk)        ! resulting melt of snow   
[825]233         END DO
234      END DO
235
236      ! Apply snow melt to snow depth
237      DO ji = kideb, kiut
238         dh_s_tot(ji)   =  zdh_s_mel(ji) + zdh_s_pre(ji)
239         ! Old and new snow depths
240         zhsold(ji)     =  ht_s_b(ji)
241         zhsnew         =  ht_s_b(ji) + dh_s_tot(ji)
242         ! If snow is still present zhn = 1, else zhn = 0
[3517]243         zhn            =  1.0 - MAX(  zzero , SIGN( zone , - zhsnew )  )
[825]244         ht_s_b(ji)     =  MAX( zzero , zhsnew )
245         ! Volume and mass variations of snow
[3517]246         dvsbq_1d  (ji) =  a_i_b(ji) * ( ht_s_b(ji) - zhsold(ji) - zdh_s_pre(ji) )
[1572]247         dvsbq_1d  (ji) =  MIN( zzero, dvsbq_1d(ji) )
[3517]248         rdm_snw_1d(ji) =  rdm_snw_1d(ji) + rhosn * dvsbq_1d(ji)
[825]249      END DO ! ji
250
[834]251      !--------------------------
252      ! 3.2 Surface ice ablation
253      !--------------------------
[825]254      DO ji = kideb, kiut 
[2715]255         dh_i_surf(ji) =  0._wp
[3517]256         z_f_surf (ji) =  zqfont_su(ji) * r1_rdtice   ! heat conservation test
[2715]257         zdq_i    (ji) =  0._wp
[825]258      END DO ! ji
259
260      DO jk = 1, nlay_i
261         DO ji = kideb, kiut 
[1572]262            !                                                    ! melt of layer jk
263            zdeltah  (ji,jk) = - zqfont_su(ji) / q_i_b(ji,jk)
264            !                                                    ! recompute heat available
[3517]265            zqfont_su(ji   ) = MAX( 0.0 , - zh_i(ji) - zdeltah(ji,jk) ) * q_i_b(ji,jk) 
[1572]266            !                                                    ! melt of layer jk cannot be higher than its thickness
267            zdeltah  (ji,jk) = MAX( zdeltah(ji,jk) , - zh_i(ji) )
268            !                                                    ! update surface melt
[3517]269            dh_i_surf(ji   ) = dh_i_surf(ji) + zdeltah(ji,jk) 
[1572]270            !                                                    ! for energy conservation
[3517]271            zdq_i    (ji   ) = zdq_i(ji) + zdeltah(ji,jk) * q_i_b(ji,jk) * r1_rdtice
[1572]272            !
[3517]273            !                                                    ! contribution to ice-ocean salt flux
274            zfsalt_melt(ji)  = zfsalt_melt(ji) - sm_i_b(ji) * a_i_b(ji) * MIN( zdeltah(ji,jk) , 0._wp ) * rhoic * r1_rdtice 
[1572]275         END DO
276      END DO
[825]277
[1572]278      !                     !-------------------
279      IF( con_i ) THEN      ! Conservation test
280         !                  !-------------------
281         numce_dh  = 0
[2715]282         meance_dh = 0._wp
[921]283         DO ji = kideb, kiut
284            IF ( ( z_f_surf(ji) + zdq_i(ji) ) .GE. 1.0e-3 ) THEN
285               numce_dh  = numce_dh + 1
286               meance_dh = meance_dh + z_f_surf(ji) + zdq_i(ji)
287            ENDIF
[1572]288            IF( z_f_surf(ji) + zdq_i(ji) .GE. 1.0e-3  ) THEN!
[921]289               WRITE(numout,*) ' ALERTE heat loss for surface melt '
[3517]290               WRITE(numout,*) ' ii, ij, jl :', ii, ij, jl
[2715]291               WRITE(numout,*) ' ht_i_b       : ', ht_i_b(ji)
292               WRITE(numout,*) ' z_f_surf     : ', z_f_surf(ji)
293               WRITE(numout,*) ' zdq_i        : ', zdq_i(ji)
294               WRITE(numout,*) ' ht_i_b       : ', ht_i_b(ji)
295               WRITE(numout,*) ' fc_bo_i      : ', fc_bo_i(ji)
296               WRITE(numout,*) ' fbif_1d      : ', fbif_1d(ji)
297               WRITE(numout,*) ' qlbbq_1d     : ', qlbbq_1d(ji)
298               WRITE(numout,*) ' s_i_new      : ', s_i_new(ji)
[3517]299               WRITE(numout,*) ' sss_m        : ', sss_m(ii,ij)
[921]300            ENDIF
[1572]301         END DO
302         !
303         IF( numce_dh > 0 )   meance_dh = meance_dh / numce_dh
[921]304         WRITE(numout,*) ' Error report - Category : ', jl
305         WRITE(numout,*) ' ~~~~~~~~~~~~ '
306         WRITE(numout,*) ' Number of points where there is sur. me. error : ', numce_dh
307         WRITE(numout,*) ' Mean basal growth error on error points : ', meance_dh
[1572]308         !
309      ENDIF
[825]310
[834]311      !----------------------
312      ! 3.3 Snow sublimation
313      !----------------------
[825]314
315      DO ji = kideb, kiut
316         ! if qla is positive (upwards), heat goes to the atmosphere, therefore
317         ! snow sublimates, if qla is negative (downwards), snow condensates
[1572]318         zdh_s_sub(ji)    =  - parsub * qla_ice_1d(ji) / ( rhosn * lsub ) * rdt_ice
319         dh_s_tot (ji)    =  dh_s_tot(ji) + zdh_s_sub(ji)
320         zdhcf            =  ht_s_b(ji) + zdh_s_sub(ji) 
321         ht_s_b   (ji)    =  MAX( zzero , zdhcf )
[825]322         ! we recompute dh_s_tot
[1572]323         dh_s_tot (ji)    =  ht_s_b(ji) - zhsold(ji)
324         qt_s_in  (ji,jl) =  qt_s_in(ji,jl) + zdh_s_sub(ji)*q_s_b(ji,1)
325      END DO
[825]326
[1572]327      zqt_dummy(:) = 0.e0
[825]328      DO jk = 1, nlay_s
329         DO ji = kideb,kiut
[1572]330            q_s_b    (ji,jk) = rhosn * ( cpic * ( rtt - t_s_b(ji,jk) ) + lfus )
331            zqt_dummy(ji)    =  zqt_dummy(ji) + q_s_b(ji,jk) * ht_s_b(ji) / nlay_s            ! heat conservation
[825]332         END DO
333      END DO
334
[1572]335      DO jk = 1, nlay_s
336         DO ji = kideb, kiut
337            ! In case of disparition of the snow, we have to update the snow temperatures
[3517]338            zhisn  =  MAX(  zzero , SIGN( zone, - ht_s_b(ji) )  )
[825]339            t_s_b(ji,jk) = ( 1.0 - zhisn ) * t_s_b(ji,jk) + zhisn * rtt
340            q_s_b(ji,jk) = ( 1.0 - zhisn ) * q_s_b(ji,jk)
341         END DO
[921]342      END DO
[825]343
[921]344      !
345      !------------------------------------------------------------------------------!
346      ! 4) Basal growth / melt                                                       !
347      !------------------------------------------------------------------------------!
348      !
[825]349      ! Ice basal growth / melt is given by the ratio of heat budget over basal
350      ! ice heat content.  Basal heat budget is given by the difference between
351      ! the inner conductive flux  (fc_bo_i), from the open water heat flux
352      ! (qlbbqb) and the turbulent ocean flux (fbif).
[834]353      ! fc_bo_i is positive downwards. fbif and qlbbq are positive to the ice
[825]354
[834]355      !-----------------------------------------------------
356      ! 4.1 Basal growth - (a) salinity not varying in time
357      !-----------------------------------------------------
[3517]358      IF(  num_sal /= 2  ) THEN   ! ice salinity constant in time
[825]359         DO ji = kideb, kiut
[3517]360            IF(  ( fc_bo_i(ji) + fbif_1d(ji) + qlbbq_1d(ji) ) < 0._wp  ) THEN
[825]361               s_i_new(ji)         =  sm_i_b(ji)
362               ! Melting point in K
363               ztmelts             =  - tmut * s_i_new(ji) + rtt 
364               ! New ice heat content (Bitz and Lipscomb, 1999)
365               ztform              =  t_i_b(ji,nlay_i)  ! t_bo_b crashes in the
[921]366               ! Baltic
[1572]367               q_i_b(ji,nlay_i+1)  = rhoic * (  cpic * ( ztmelts - ztform )                                &
368                  &                           + lfus * (  1.0 - ( ztmelts - rtt ) / ( ztform - rtt )  )    &
369                  &                           - rcp  * ( ztmelts - rtt )                                 )
[825]370               ! Basal growth rate = - F*dt / q
[3517]371               dh_i_bott(ji)       =  - rdt_ice * ( fc_bo_i(ji) + fbif_1d(ji) + qlbbq_1d(ji) ) / q_i_b(ji,nlay_i+1) 
[1572]372            ENDIF
373         END DO
374      ENDIF
[825]375
[834]376      !-------------------------------------------------
377      ! 4.1 Basal growth - (b) salinity varying in time
378      !-------------------------------------------------
[3517]379      IF(  num_sal == 2  ) THEN
380         ! the growth rate (dh_i_bott) is function of the new ice heat content (q_i_b(nlay_i+1)).
381         ! q_i_b depends on the new ice salinity (snewice).
382         ! snewice depends on dh_i_bott ; it converges quickly, so, no problem
[834]383         ! See Vancoppenolle et al., OM08 for more info on this
[825]384
385         ! Initial value (tested 1D, can be anything between 1 and 20)
386         num_iter_max = 4
[1572]387         s_i_new(:)   = 4.0
[825]388
389         ! Iterative procedure
390         DO iter = 1, num_iter_max
391            DO ji = kideb, kiut
[1572]392               IF(  fc_bo_i(ji) + fbif_1d(ji) + qlbbq_1d(ji) < 0.e0  ) THEN
[3517]393                  ii = MOD( npb(ji) - 1, jpi ) + 1
394                  ij = ( npb(ji) - 1 ) / jpi + 1
[825]395                  ! Melting point in K
396                  ztmelts             =   - tmut * s_i_new(ji) + rtt 
397                  ! New ice heat content (Bitz and Lipscomb, 1999)
[1572]398                  q_i_b(ji,nlay_i+1)  =  rhoic * (  cpic * ( ztmelts - t_bo_b(ji) )                             &
399                     &                            + lfus * ( 1.0 - ( ztmelts - rtt ) / ( t_bo_b(ji) - rtt ) )   &
400                     &                            - rcp * ( ztmelts-rtt )                                     )
[825]401                  ! Bottom growth rate = - F*dt / q
[1572]402                  dh_i_bott(ji) =  - rdt_ice * ( fc_bo_i(ji) + fbif_1d(ji) + qlbbq_1d(ji) ) / q_i_b(ji,nlay_i+1)
[825]403                  ! New ice salinity ( Cox and Weeks, JGR, 1988 )
404                  ! zswi2  (1) if dh_i_bott/rdt .GT. 3.6e-7
405                  ! zswi12 (1) if dh_i_bott/rdt .LT. 3.6e-7 and .GT. 2.0e-8
406                  ! zswi1  (1) if dh_i_bott/rdt .LT. 2.0e-8
[3517]407                  zgrr   = MIN( 1.0e-3, MAX ( dh_i_bott(ji) * r1_rdtice , epsi13 ) )
[825]408                  zswi2  = MAX( zzero , SIGN( zone , zgrr - 3.6e-7 ) ) 
409                  zswi12 = MAX( zzero , SIGN( zone , zgrr - 2.0e-8 ) ) * ( 1.0 - zswi2 )
410                  zswi1  = 1. - zswi2 * zswi12 
[1572]411                  zfracs = zswi1  * 0.12 + zswi12 * ( 0.8925 + 0.0568 * LOG( 100.0 * zgrr ) )   &
412                     &                   + zswi2  * 0.26 / ( 0.26 + 0.74 * EXP ( - 724300.0 * zgrr ) ) 
[3517]413                  zds         = zfracs * sss_m(ii,ij) - s_i_new(ji)
414                  s_i_new(ji) = zfracs * sss_m(ii,ij)
[825]415               ENDIF ! fc_bo_i
416            END DO ! ji
417         END DO ! iter
418
419         ! Final values
420         DO ji = kideb, kiut
[1572]421            IF( ( fc_bo_i(ji) + fbif_1d(ji) + qlbbq_1d(ji) ) .LT. 0.0  ) THEN
[825]422               ! New ice salinity must not exceed 15 psu
423               s_i_new(ji) = MIN( s_i_new(ji), s_i_max )
424               ! Metling point in K
425               ztmelts     =   - tmut * s_i_new(ji) + rtt 
426               ! New ice heat content (Bitz and Lipscomb, 1999)
[1572]427               q_i_b(ji,nlay_i+1)  =  rhoic * (  cpic * ( ztmelts - t_bo_b(ji) )                              &
428                  &                            + lfus * ( 1.0 - ( ztmelts - rtt ) / ( t_bo_b(ji) - rtt ) )    &
429                  &                            - rcp * ( ztmelts - rtt )                                    )
[825]430               ! Basal growth rate = - F*dt / q
[3517]431               dh_i_bott(ji)       =  - rdt_ice * ( fc_bo_i(ji) + fbif_1d(ji) + qlbbq_1d(ji) ) / q_i_b(ji,nlay_i+1)
[834]432               ! Salinity update
[825]433               ! entrapment during bottom growth
[1572]434               dsm_i_se_1d(ji) = ( s_i_new(ji) * dh_i_bott(ji) + sm_i_b(ji) * ht_i_b(ji) )    &
435                  &            / MAX( ht_i_b(ji) + dh_i_bott(ji) ,epsi13 ) - sm_i_b(ji)
[825]436            ENDIF ! heat budget
[1572]437         END DO
438      ENDIF
[825]439
[834]440      !----------------
441      ! 4.2 Basal melt
442      !----------------
[2715]443      meance_dh = 0._wp
[1572]444      numce_dh  = 0
[2715]445      zinnermelt(:) = 0._wp
[825]446
447      DO ji = kideb, kiut
448         ! heat convergence at the surface > 0
[2715]449         IF(  ( fc_bo_i(ji) + fbif_1d(ji) + qlbbq_1d(ji) ) >= 0._wp  ) THEN
[825]450            s_i_new(ji)   =  s_i_b(ji,nlay_i)
451            zqfont_bo(ji) =  rdt_ice * ( fc_bo_i(ji) + fbif_1d(ji) + qlbbq_1d(ji) )
[3517]452            zfbase(ji)    =  zqfont_bo(ji) * r1_rdtice     ! heat conservation test
[2715]453            zdq_i(ji)     =  0._wp
454            dh_i_bott(ji) =  0._wp
[825]455         ENDIF
456      END DO
457
458      DO jk = nlay_i, 1, -1
459         DO ji = kideb, kiut
[3517]460            IF(  fc_bo_i(ji) + fbif_1d(ji) + qlbbq_1d(ji)  >=  0._wp  ) THEN
461               ztmelts = - tmut * s_i_b(ji,jk) + rtt 
462               IF( t_i_b(ji,jk) >= ztmelts ) THEN   !!gm : a comment is needed
463                  zdeltah   (ji,jk) = - zh_i(ji)
464                  dh_i_bott (ji   ) = dh_i_bott(ji) + zdeltah(ji,jk)
465                  zinnermelt(ji   ) = 1._wp
466               ELSE                                  ! normal ablation
467                  zdeltah  (ji,jk) = - zqfont_bo(ji) / q_i_b(ji,jk)
468                  zqfont_bo(ji   ) = MAX( 0.0 , - zh_i(ji) - zdeltah(ji,jk) ) * q_i_b(ji,jk)
469                  zdeltah  (ji,jk) = MAX(zdeltah(ji,jk), - zh_i(ji) )
470                  dh_i_bott(ji   ) = dh_i_bott(ji) + zdeltah(ji,jk)
471                  zdq_i    (ji   ) = zdq_i(ji) + zdeltah(ji,jk) * q_i_b(ji,jk) * r1_rdtice
[825]472               ENDIF
[3517]473               ! contribution to salt flux
474               zfsalt_melt(ji) = zfsalt_melt(ji) - sm_i_b(ji) * a_i_b(ji) * MIN( zdeltah(ji,jk) , 0._wp ) * rhoic * r1_rdtice 
[825]475            ENDIF
476         END DO ! ji
477      END DO ! jk
478
[1572]479      !                     !-------------------
480      IF( con_i ) THEN      ! Conservation test
481      !                     !-------------------
[921]482         DO ji = kideb, kiut
[1572]483            IF(  ( fc_bo_i(ji) + fbif_1d(ji) + qlbbq_1d(ji) ) >= 0.e0  ) THEN
484               IF( ( zfbase(ji) + zdq_i(ji) ) >= 1.e-3 ) THEN
485                  numce_dh  = numce_dh + 1
[921]486                  meance_dh = meance_dh + zfbase(ji) + zdq_i(ji)
487               ENDIF
488               IF ( zfbase(ji) + zdq_i(ji) .GE. 1.0e-3  ) THEN
[3517]489                  WRITE(numout,*) ' ALERTE heat loss for basal melt : ii, ij, jl :', ii, ij, jl
[2715]490                  WRITE(numout,*) ' ht_i_b    : ', ht_i_b(ji)
491                  WRITE(numout,*) ' zfbase    : ', zfbase(ji)
492                  WRITE(numout,*) ' zdq_i     : ', zdq_i(ji)
493                  WRITE(numout,*) ' ht_i_b    : ', ht_i_b(ji)
494                  WRITE(numout,*) ' fc_bo_i   : ', fc_bo_i(ji)
495                  WRITE(numout,*) ' fbif_1d   : ', fbif_1d(ji)
496                  WRITE(numout,*) ' qlbbq_1d  : ', qlbbq_1d(ji)
497                  WRITE(numout,*) ' s_i_new   : ', s_i_new(ji)
[3517]498                  WRITE(numout,*) ' sss_m     : ', sss_m(ii,ij)
[921]499                  WRITE(numout,*) ' dh_i_bott : ', dh_i_bott(ji)
[2715]500                  WRITE(numout,*) ' innermelt : ', INT( zinnermelt(ji) )
[921]501               ENDIF
[1572]502            ENDIF
503         END DO
504         IF( numce_dh > 0 )   meance_dh = meance_dh / numce_dh
[921]505         WRITE(numout,*) ' Number of points where there is bas. me. error : ', numce_dh
506         WRITE(numout,*) ' Mean basal melt error on error points : ', meance_dh
507         WRITE(numout,*) ' Remaining bottom heat : ', zqfont_bo(jiindex_1d)
[1572]508         !
509      ENDIF
[825]510
[921]511      !
512      !------------------------------------------------------------------------------!
513      !  5) Pathological cases                                                       !
514      !------------------------------------------------------------------------------!
515      !
[834]516      !----------------------------------------------
517      ! 5.1 Excessive ablation in a 1-category model
518      !----------------------------------------------
[825]519
520      DO ji = kideb, kiut
[1572]521         !                     ! in a 1-category sea ice model, bottom ablation must not exceed hmelt (-0.15)
522         IF( jpl == 1 ) THEN   ;   zdhbf = MAX( hmelt , dh_i_bott(ji) )
523         ELSE                  ;   zdhbf =              dh_i_bott(ji) 
524         ENDIF
525         !                     ! excessive energy is sent to lateral ablation
526         fsup     (ji) =  rhoic * lfus * at_i_b(ji) / MAX( 1.0 - at_i_b(ji) , epsi13 )   &
[3517]527            &                          * ( zdhbf - dh_i_bott(ji) ) * r1_rdtice
[825]528         dh_i_bott(ji)  = zdhbf
[1572]529         !                     !since ice volume is only used for outputs, we keep it global for all categories
530         dvbbq_1d (ji) = a_i_b(ji) * dh_i_bott(ji)
531         !                     !new ice thickness
532         zhgnew   (ji) = ht_i_b(ji) + dh_i_surf(ji) + dh_i_bott(ji)
533         !                     ! diagnostic ( bottom ice growth )
[3517]534         ii = MOD( npb(ji) - 1, jpi ) + 1
535         ij = ( npb(ji) - 1 ) / jpi + 1
536         diag_bot_gr(ii,ij) = diag_bot_gr(ii,ij) + MAX(dh_i_bott(ji),0.0)*a_i_b(ji) * r1_rdtice
537         diag_sur_me(ii,ij) = diag_sur_me(ii,ij) + MIN(dh_i_surf(ji),0.0)*a_i_b(ji) * r1_rdtice
538         diag_bot_me(ii,ij) = diag_bot_me(ii,ij) + MIN(dh_i_bott(ji),0.0)*a_i_b(ji) * r1_rdtice
[825]539      END DO
540
[834]541      !-----------------------------------
542      ! 5.2 More than available ice melts
543      !-----------------------------------
[3517]544      ! then heat applied minus heat content at previous time step should equal heat remaining
[825]545      !
546      DO ji = kideb, kiut
547         ! Adapt the remaining energy if too much ice melts
548         !--------------------------------------------------
[3517]549         zihgnew =  1.0 - MAX( zzero , SIGN( zone , - zhgnew(ji) ) )   ! =1 if ice
[825]550         ! 0 if no more ice
[1572]551         zhgnew    (ji) =         zihgnew   * zhgnew(ji)      ! ice thickness is put to 0
[825]552         ! remaining heat
[834]553         zfdt_final(ji) = ( 1.0 - zihgnew ) * ( zqfont_su(ji) +  zqfont_bo(ji) ) 
[825]554
555         ! If snow remains, energy is used to melt snow
[1572]556         zhni =  ht_s_b(ji)      ! snow depth at previous time step
[3517]557         zihg =  MAX(  zzero , SIGN ( zone , - ht_s_b(ji) )  )   ! =0 if snow
[825]558
559         ! energy of melting of remaining snow
[1572]560         zqt_s(ji) =    ( 1. - zihg ) * zqt_s(ji) / MAX( zhni, epsi13 )
561         zdhnm     =  - ( 1. - zihg ) * ( 1. - zihgnew ) * zfdt_final(ji) / MAX( zqt_s(ji) , epsi13 )
[3517]562         zhnfi     =  zhni + zdhnm
[1572]563         zfdt_final(ji) =  MAX( zfdt_final(ji) + zqt_s(ji) * zdhnm , 0.0 )
[825]564         ht_s_b(ji)     =  MAX( zzero , zhnfi )
565         zqt_s(ji)      =  zqt_s(ji) * ht_s_b(ji)
566
567         ! Mass variations of ice and snow
568         !---------------------------------
[1572]569         !                                              ! mass variation of the jl category
[1571]570         zzfmass_s = - a_i_b(ji) * ( zhni       - ht_s_b(ji) ) * rhosn   ! snow
571         zzfmass_i =   a_i_b(ji) * ( zhgnew(ji) - ht_i_b(ji) ) * rhoic   ! ice 
572         !
573         zfmass_i(ji) = zzfmass_i                       ! ice variation saved to compute salt flux (see below)
574         !
575         !                                              ! mass variation cumulated over category
[3517]576         rdm_snw_1d(ji) = rdm_snw_1d(ji) + zzfmass_s                     ! snow
577         rdm_ice_1d(ji) = rdm_ice_1d(ji) + zzfmass_i                     ! ice
[825]578
579         ! Remaining heat to the ocean
580         !---------------------------------
[3517]581         focea(ji)  = - zfdt_final(ji) * r1_rdtice         ! focea is in W.m-2 * dt
[825]582
583      END DO
584
[3517]585      ftotal_fin (:) = zfdt_final(:)  * r1_rdtice
[825]586
587      !---------------------------
588      ! Salt flux and heat fluxes                   
589      !---------------------------
590      DO ji = kideb, kiut
[3517]591         zihgnew    =  1.0 - MAX( zzero , SIGN( zone , - zhgnew(ji) ) )   ! =1 if ice
592         !
[825]593         ! Salt flux
[3517]594         fseqv_1d(ji) = fseqv_1d(ji) +        zihgnew  * zfsalt_melt(ji)                                &
595            &                        - (1.0 - zihgnew) * zfmass_i   (ji) * sm_i_b(ji) ) * r1_rdtice
596         !
[825]597         ! Heat flux
598         ! excessive bottom ablation energy (fsup) - 0 except if jpl = 1
[3517]599         ! excessive total  ablation energy (focea) sent to the ocean
[1572]600         qfvbq_1d(ji)  = qfvbq_1d(ji) + fsup(ji) + ( 1.0 - zihgnew ) * focea(ji) * a_i_b(ji) * rdt_ice
[825]601
[3517]602         zihic   = 1.0 - MAX(  zzero , SIGN( zone , -ht_i_b(ji) )  )      ! equals 0 if ht_i = 0, 1 if ht_i gt 0
[825]603         fscbq_1d(ji) =  a_i_b(ji) * fstbif_1d(ji)
[3517]604         qldif_1d(ji)  = qldif_1d(ji) + fsup(ji) + ( 1.0 - zihgnew ) * focea   (ji) * a_i_b(ji) * rdt_ice   &
[1572]605            &                                    + ( 1.0 - zihic   ) * fscbq_1d(ji)             * rdt_ice
[825]606      END DO  ! ji
607
608      !-------------------------------------------
609      ! Correct temperature, energy and thickness
610      !-------------------------------------------
611      DO ji = kideb, kiut
[1572]612         zihgnew    =  1.0 - MAX( zzero , SIGN( zone , - zhgnew(ji) ) ) 
613         t_su_b(ji) =  zihgnew * t_su_b(ji) + ( 1.0 - zihgnew ) * rtt
[825]614      END DO  ! ji
615
616      DO jk = 1, nlay_i
617         DO ji = kideb, kiut
[1572]618            zihgnew      =  1.0 - MAX( zzero , SIGN( zone , - zhgnew(ji) ) ) 
619            t_i_b(ji,jk) =  zihgnew * t_i_b(ji,jk) + ( 1.0 - zihgnew ) * rtt
620            q_i_b(ji,jk) =  zihgnew * q_i_b(ji,jk)
[825]621         END DO
622      END DO  ! ji
623
624      DO ji = kideb, kiut
625         ht_i_b(ji) = zhgnew(ji)
626      END DO  ! ji
[921]627      !
628      !------------------------------------------------------------------------------|
629      !  6) Snow-Ice formation                                                       |
630      !------------------------------------------------------------------------------|
[1572]631      ! When snow load excesses Archimede's limit, snow-ice interface goes down under sea-level,
632      ! flooding of seawater transforms snow into ice dh_snowice is positive for the ice
[825]633      DO ji = kideb, kiut
[1572]634         !
635         dh_snowice(ji) = MAX(  zzero , ( rhosn * ht_s_b(ji) + (rhoic-rau0) * ht_i_b(ji) ) / ( rhosn+rau0-rhoic )  )
636         zhgnew(ji)     = MAX(  zhgnew(ji) , zhgnew(ji) + dh_snowice(ji)  )
637         zhnnew         = MIN(  ht_s_b(ji) , ht_s_b(ji) - dh_snowice(ji)  )
[825]638
[921]639         !  Changes in ice volume and ice mass.
[1572]640         dvnbq_1d  (ji) =                a_i_b(ji) * ( zhgnew(ji)-ht_i_b(ji) )
641         dmgwi_1d  (ji) = dmgwi_1d(ji) + a_i_b(ji) * ( ht_s_b(ji) - zhnnew ) * rhosn
[825]642
[3523]643         ! All snow is thrown in the ocean, and seawater is taken to replace the volume
644         rdm_ice_1d(ji) = rdm_ice_1d(ji) + a_i_b(ji) * ( zhgnew(ji) - ht_i_b(ji) ) * rhoic * ( 1. - rhosn / rhoic )
[3517]645         rdm_snw_1d(ji) = rdm_snw_1d(ji) + a_i_b(ji) * ( zhnnew     - ht_s_b(ji) ) * rhosn
[825]646
[921]647         !        Equivalent salt flux (1) Snow-ice formation component
648         !        -----------------------------------------------------
[3517]649         ii = MOD( npb(ji) - 1, jpi ) + 1
650         ij =    ( npb(ji) - 1 ) / jpi + 1
[825]651
[3517]652         IF( num_sal == 2 ) THEN   ;   zsm_snowice = sss_m(ii,ij) * ( rhoic - rhosn ) / rhoic
653         ELSE                      ;   zsm_snowice = sm_i_b(ji)   
[1572]654         ENDIF
[3517]655         fseqv_1d(ji) = fseqv_1d(ji) - zsm_snowice  * a_i_b(ji) * dh_snowice(ji) * rhoic * r1_rdtice
656         !
[825]657         ! entrapment during snow ice formation
[1572]658         i_ice_switch = 1.0 - MAX( 0.e0 , SIGN( 1.0 , - ht_i_b(ji) + 1.0e-6 ) )
659         isnowic      = 1.0 - MAX( 0.e0 , SIGN( 1.0 , - dh_snowice(ji)      ) ) * i_ice_switch
[3517]660         IF(  num_sal == 2  )   &
661            dsm_i_si_1d(ji) = (  zsm_snowice * dh_snowice(ji)    &
662            &                  + sm_i_b(ji) * ht_i_b(ji) / MAX( ht_i_b(ji) + dh_snowice(ji), epsi13 )   &
663            &                  - sm_i_b(ji)  ) * isnowic     
[825]664
[921]665         !  Actualize new snow and ice thickness.
[825]666         ht_s_b(ji)  = zhnnew
667         ht_i_b(ji)  = zhgnew(ji)
668
669         ! Total ablation ! new lines added to debug
[2715]670         IF( ht_i_b(ji) <= 0._wp )   a_i_b(ji) = 0._wp
[825]671
672         ! diagnostic ( snow ice growth )
[3517]673         ii = MOD( npb(ji) - 1, jpi ) + 1
674         ij =    ( npb(ji) - 1 ) / jpi + 1
675         diag_sni_gr(ii,ij)  = diag_sni_gr(ii,ij) + dh_snowice(ji)*a_i_b(ji) * r1_rdtice
[1572]676         !
[825]677      END DO !ji
[2715]678      !
[3294]679      CALL wrk_dealloc( jpij, zh_i, zh_s, ztfs, zhsold, zqprec, zqfont_su, zqfont_bo, z_f_surf, zhgnew, zfmass_i )
680      CALL wrk_dealloc( jpij, zdh_s_mel, zdh_s_pre, zdh_s_sub, zfsalt_melt, zfdt_init, zfdt_final, zqt_i, zqt_s, zqt_dummy )
681      CALL wrk_dealloc( jpij, zinnermelt, zfbase, zdq_i )
682      CALL wrk_dealloc( jpij, jkmax, zdeltah, zqt_i_lay )
[2715]683      !
[921]684   END SUBROUTINE lim_thd_dh
[1572]685   
[825]686#else
[1572]687   !!----------------------------------------------------------------------
688   !!   Default option                               NO  LIM3 sea-ice model
689   !!----------------------------------------------------------------------
[825]690CONTAINS
691   SUBROUTINE lim_thd_dh          ! Empty routine
692   END SUBROUTINE lim_thd_dh
693#endif
[1572]694
695   !!======================================================================
[921]696END MODULE limthd_dh
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.