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limthd_lac.F90 in branches/2013/dev_r4028_CNRS_LIM3/NEMOGCM/NEMO/LIM_SRC_3 – NEMO

source: branches/2013/dev_r4028_CNRS_LIM3/NEMOGCM/NEMO/LIM_SRC_3/limthd_lac.F90 @ 4635

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major changes in heat budget

  • Property svn:keywords set to Id
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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 in_out_manager ! I/O manager
29   USE lib_mpp        ! MPP library
30   USE wrk_nemo       ! work arrays
31   USE lib_fortran    ! Fortran utilities (allows no signed zero when 'key_nosignedzero' defined) 
32
33   IMPLICIT NONE
34   PRIVATE
35
36   PUBLIC lim_thd_lac     ! called by lim_thd
37
38   REAL(wp) ::   epsi10 = 1.e-10_wp   !
39   REAL(wp) ::   epsi20 = 1.e-20_wp   !
40
41   !!----------------------------------------------------------------------
42   !! NEMO/LIM3 4.0 , UCL - NEMO Consortium (2011)
43   !! $Id$
44   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
45   !!----------------------------------------------------------------------
46CONTAINS
47
48   SUBROUTINE lim_thd_lac
49      !!-------------------------------------------------------------------
50      !!               ***   ROUTINE lim_thd_lac  ***
51      !! 
52      !! ** Purpose : Computation of the evolution of the ice thickness and
53      !!      concentration as a function of the heat balance in the leads.
54      !!      It is only used for lateral accretion
55      !!       
56      !! ** Method  : Ice is formed in the open water when ocean lose heat
57      !!      (heat budget of open water Bl is negative) .
58      !!      Computation of the increase of 1-A (ice concentration) fol-
59      !!      lowing the law :
60      !!      (dA/dt)acc = F[ (1-A)/(1-a) ] * [ Bl / (Li*h0) ]
61      !!       where - h0 is the thickness of ice created in the lead
62      !!             - a is a minimum fraction for leads
63      !!             - F is a monotonic non-increasing function defined as:
64      !!                  F(X)=( 1 - X**exld )**(1.0/exld)
65      !!             - exld is the exponent closure rate (=2 default val.)
66      !!
67      !! ** Action : - Adjustment of snow and ice thicknesses and heat
68      !!                content in brine pockets
69      !!             - Updating ice internal temperature
70      !!             - Computation of variation of ice volume and mass
71      !!             - Computation of frldb after lateral accretion and
72      !!               update ht_s_b, ht_i_b and tbif_1d(:,:)     
73      !!------------------------------------------------------------------------
74      INTEGER ::   ji,jj,jk,jl,jm   ! dummy loop indices
75      INTEGER ::   layer, nbpac     ! local integers
76      INTEGER ::   ii, ij, iter   !   -       -
77      REAL(wp)  ::   ztmelts, zdv, zfrazb, zweight, zindb, zinda, zde  ! local scalars
78      REAL(wp) ::   zgamafr, zvfrx, zvgx, ztaux, ztwogp, zf , zhicol_new        !   -      -
79      REAL(wp) ::   ztenagm, zvfry, zvgy, ztauy, zvrel2, zfp, zsqcd , zhicrit   !   -      -
80      LOGICAL  ::   iterate_frazil   ! iterate frazil ice collection thickness
81      CHARACTER (len = 15) :: fieldid
82
83      REAL(wp) ::   zQm          ! enthalpy exchanged with the ocean (J/m2, >0 towards ocean)
84      REAL(wp) ::   zEi          ! sea ice specific enthalpy (J/kg)
85      REAL(wp) ::   zEw          ! seawater specific enthalpy (J/kg)
86      REAL(wp) ::   zfmdt        ! mass flux x time step (kg/m2, >0 towards ocean)
87       
88      INTEGER , POINTER, DIMENSION(:) ::   zcatac      ! indexes of categories where new ice grows
89      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zswinew     ! switch for new ice or not
90
91      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zv_newice   ! volume of accreted ice
92      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   za_newice   ! fractional area of accreted ice
93      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zh_newice   ! thickness of accreted ice
94      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   ze_newice   ! heat content of accreted ice
95      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zs_newice   ! salinity of accreted ice
96      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zo_newice   ! age of accreted ice
97      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zdv_res     ! residual volume in case of excessive heat budget
98      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zda_res     ! residual area in case of excessive heat budget
99      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zat_i_ac    ! total ice fraction   
100      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zat_i_lev   ! total ice fraction for level ice only (type 1)   
101      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zv_frazb   ! accretion of frazil ice at the ice bottom
102      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zvrel_ac    ! relative ice / frazil velocity (1D vector)
103
104      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:) ::   zv_old      ! old volume of ice in category jl
105      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:) ::   za_old      ! old area of ice in category jl
106      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:) ::   za_i_ac     ! 1-D version of a_i
107      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:) ::   zv_i_ac     ! 1-D version of v_i
108      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:) ::   zoa_i_ac    ! 1-D version of oa_i
109      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:) ::   zsmv_i_ac   ! 1-D version of smv_i
110
111      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::   ze_i_ac   !: 1-D version of e_i
112
113      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::   zqm0      ! old layer-system heat content
114      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) ::   zthick0   ! old ice thickness
115
116      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:) ::   vt_i_init, vt_i_final   ! ice volume summed over categories
117      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:) ::   vt_s_init, vt_s_final   !  snow volume summed over categories
118      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:) ::   et_i_init, et_i_final   !  ice energy summed over categories
119      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:) ::   et_s_init               !  snow energy summed over categories
120      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:) ::   zvrel                   ! relative ice / frazil velocity
121      !!-----------------------------------------------------------------------!
122
123      CALL wrk_alloc( jpij, zcatac )   ! integer
124      CALL wrk_alloc( jpij, zswinew, zv_newice, za_newice, zh_newice, ze_newice, zs_newice, zo_newice )
125      CALL wrk_alloc( jpij, zdv_res, zda_res, zat_i_ac, zat_i_lev, zv_frazb, zvrel_ac )
126      CALL wrk_alloc( jpij,jpl, zv_old, za_old, za_i_ac, zv_i_ac, zoa_i_ac, zsmv_i_ac )
127      CALL wrk_alloc( jpij,jkmax,jpl, ze_i_ac )
128      CALL wrk_alloc( jpij,jkmax+1,jpl, zqm0, zthick0 )
129      CALL wrk_alloc( jpi,jpj, vt_i_init, vt_i_final, vt_s_init, vt_s_final, et_i_init, et_i_final, et_s_init, zvrel )
130
131      et_i_init(:,:) = 0._wp
132      et_s_init(:,:) = 0._wp
133      vt_i_init(:,:) = 0._wp
134      vt_s_init(:,:) = 0._wp
135
136      !------------------------------------------------------------------------------!
137      ! 1) Conservation check and changes in each ice category
138      !------------------------------------------------------------------------------!
139      IF( con_i ) THEN
140         CALL lim_column_sum        ( jpl, v_i          , vt_i_init)
141         CALL lim_column_sum        ( jpl, v_s          , vt_s_init)
142         CALL lim_column_sum_energy ( jpl, nlay_i , e_i , et_i_init)
143         CALL lim_column_sum        ( jpl, e_s(:,:,1,:) , et_s_init)
144      ENDIF
145
146      !------------------------------------------------------------------------------|
147      ! 2) Convert units for ice internal energy
148      !------------------------------------------------------------------------------|
149      DO jl = 1, jpl
150         DO jk = 1, nlay_i
151            DO jj = 1, jpj
152               DO ji = 1, jpi
153                  !Energy of melting q(S,T) [J.m-3]
154                  zindb = 1._wp - MAX(  0._wp , SIGN( 1._wp , -v_i(ji,jj,jl) + epsi10 )  )   !0 if no ice and 1 if yes
155                  e_i(ji,jj,jk,jl) = zindb * e_i(ji,jj,jk,jl) / ( area(ji,jj) * MAX( v_i(ji,jj,jl) ,  epsi10 ) ) * REAL( nlay_i )
156                  e_i(ji,jj,jk,jl) = e_i(ji,jj,jk,jl) * unit_fac
157               END DO
158            END DO
159         END DO
160      END DO
161
162      !------------------------------------------------------------------------------!
163      ! 3) Collection thickness of ice formed in leads and polynyas
164      !------------------------------------------------------------------------------!   
165      ! hicol is the thickness of new ice formed in open water
166      ! hicol can be either prescribed (frazswi = 0)
167      ! or computed (frazswi = 1)
168      ! Frazil ice forms in open water, is transported by wind
169      ! accumulates at the edge of the consolidated ice edge
170      ! where it forms aggregates of a specific thickness called
171      ! collection thickness.
172
173      ! Note : the following algorithm currently breaks vectorization
174      !
175
176      zvrel(:,:) = 0._wp
177
178      ! Default new ice thickness
179      hicol(:,:) = hiccrit(1)
180
181      IF( fraz_swi == 1._wp ) THEN
182
183         !--------------------
184         ! Physical constants
185         !--------------------
186         hicol(:,:) = 0._wp
187
188         zhicrit = 0.04 ! frazil ice thickness
189         ztwogp  = 2. * rau0 / ( grav * 0.3 * ( rau0 - rhoic ) ) ! reduced grav
190         zsqcd   = 1.0 / SQRT( 1.3 * cai ) ! 1/SQRT(airdensity*drag)
191         zgamafr = 0.03
192
193         DO jj = 1, jpj
194            DO ji = 1, jpi
195
196               IF ( qlead(ji,jj) < 0._wp ) THEN
197                  !-------------
198                  ! Wind stress
199                  !-------------
200                  ! C-grid wind stress components
201                  ztaux         = ( utau_ice(ji-1,jj  ) * tmu(ji-1,jj  )   &
202                     &          +   utau_ice(ji  ,jj  ) * tmu(ji  ,jj  ) ) * 0.5_wp
203                  ztauy         = ( vtau_ice(ji  ,jj-1) * tmv(ji  ,jj-1)   &
204                     &          +   vtau_ice(ji  ,jj  ) * tmv(ji  ,jj  ) ) * 0.5_wp
205                  ! Square root of wind stress
206                  ztenagm       =  SQRT( SQRT( ztaux * ztaux + ztauy * ztauy ) )
207
208                  !---------------------
209                  ! Frazil ice velocity
210                  !---------------------
211                  zvfrx         = zgamafr * zsqcd * ztaux / MAX(ztenagm,epsi10)
212                  zvfry         = zgamafr * zsqcd * ztauy / MAX(ztenagm,epsi10)
213
214                  !-------------------
215                  ! Pack ice velocity
216                  !-------------------
217                  ! C-grid ice velocity
218                  zindb = MAX(  0._wp, SIGN( 1._wp , at_i(ji,jj) )  )
219                  zvgx  = zindb * (  u_ice(ji-1,jj  ) * tmu(ji-1,jj  )    &
220                     &             + u_ice(ji,jj    ) * tmu(ji  ,jj  )  ) * 0.5_wp
221                  zvgy  = zindb * (  v_ice(ji  ,jj-1) * tmv(ji  ,jj-1)    &
222                     &             + v_ice(ji,jj    ) * tmv(ji  ,jj  )  ) * 0.5_wp
223
224                  !-----------------------------------
225                  ! Relative frazil/pack ice velocity
226                  !-----------------------------------
227                  ! absolute relative velocity
228                  zvrel2 = MAX(  ( zvfrx - zvgx ) * ( zvfrx - zvgx )   &
229                     &         + ( zvfry - zvgy ) * ( zvfry - zvgy ) , 0.15 * 0.15 )
230                  zvrel(ji,jj)  = SQRT( zvrel2 )
231
232                  !---------------------
233                  ! Iterative procedure
234                  !---------------------
235                  hicol(ji,jj) = zhicrit + 0.1 
236                  hicol(ji,jj) = zhicrit +   hicol(ji,jj)    &
237                     &                   / ( hicol(ji,jj) * hicol(ji,jj) -  zhicrit * zhicrit ) * ztwogp * zvrel2
238
239!!gm better coding: above: hicol(ji,jj) * hicol(ji,jj) = (zhicrit + 0.1)*(zhicrit + 0.1)
240!!gm                                                   = zhicrit**2 + 0.2*zhicrit +0.01
241!!gm                therefore the 2 lines with hicol can be replaced by 1 line:
242!!gm              hicol(ji,jj) = zhicrit + (zhicrit + 0.1) / ( 0.2 * zhicrit + 0.01 ) * ztwogp * zvrel2
243!!gm further more (zhicrit + 0.1)/(0.2 * zhicrit + 0.01 )*ztwogp can be computed one for all outside the DO loop
244
245                  iter = 1
246                  iterate_frazil = .true.
247
248                  DO WHILE ( iter .LT. 100 .AND. iterate_frazil ) 
249                     zf = ( hicol(ji,jj) - zhicrit ) * ( hicol(ji,jj)**2 - zhicrit**2 ) &
250                        - hicol(ji,jj) * zhicrit * ztwogp * zvrel2
251                     zfp = ( hicol(ji,jj) - zhicrit ) * ( 3.0*hicol(ji,jj) + zhicrit ) &
252                        - zhicrit * ztwogp * zvrel2
253                     zhicol_new = hicol(ji,jj) - zf/zfp
254                     hicol(ji,jj)   = zhicol_new
255
256                     iter = iter + 1
257
258                  END DO ! do while
259
260               ENDIF ! end of selection of pixels where ice forms
261
262            END DO ! loop on ji ends
263         END DO ! loop on jj ends
264
265      ENDIF ! End of computation of frazil ice collection thickness
266
267      !------------------------------------------------------------------------------!
268      ! 4) Identify grid points where new ice forms
269      !------------------------------------------------------------------------------!
270
271      !-------------------------------------
272      ! Select points for new ice formation
273      !-------------------------------------
274      ! This occurs if open water energy budget is negative
275      nbpac = 0
276      DO jj = 1, jpj
277         DO ji = 1, jpi
278            IF ( qlead(ji,jj)  <  0._wp ) THEN
279               nbpac = nbpac + 1
280               npac( nbpac ) = (jj - 1) * jpi + ji
281            ENDIF
282         END DO
283      END DO
284
285      ! debug point to follow
286      jiindex_1d = 0
287      IF( ln_nicep ) THEN
288         DO ji = mi0(jiindx), mi1(jiindx)
289            DO jj = mj0(jjindx), mj1(jjindx)
290               IF ( qlead(ji,jj)  <  0._wp ) THEN
291                  jiindex_1d = (jj - 1) * jpi + ji
292               ENDIF
293            END DO
294         END DO
295      ENDIF
296   
297      IF( ln_nicep ) WRITE(numout,*) 'lim_thd_lac : nbpac = ', nbpac
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         , jpi, jpj, npac(1:nbpac) )
308         DO jl = 1, jpl
309            CALL tab_2d_1d( nbpac, za_i_ac  (1:nbpac,jl), a_i  (:,:,jl), jpi, jpj, npac(1:nbpac) )
310            CALL tab_2d_1d( nbpac, zv_i_ac  (1:nbpac,jl), v_i  (:,:,jl), jpi, jpj, npac(1:nbpac) )
311            CALL tab_2d_1d( nbpac, zoa_i_ac (1:nbpac,jl), oa_i (:,:,jl), jpi, jpj, npac(1:nbpac) )
312            CALL tab_2d_1d( nbpac, zsmv_i_ac(1:nbpac,jl), smv_i(:,:,jl), jpi, jpj, npac(1:nbpac) )
313            DO jk = 1, nlay_i
314               CALL tab_2d_1d( nbpac, ze_i_ac(1:nbpac,jk,jl), e_i(:,:,jk,jl) , jpi, jpj, npac(1:nbpac) )
315            END DO ! jk
316         END DO ! jl
317
318         CALL tab_2d_1d( nbpac, qlead_1d  (1:nbpac)     , qlead  , jpi, jpj, npac(1:nbpac) )
319         CALL tab_2d_1d( nbpac, t_bo_b    (1:nbpac)     , t_bo   , jpi, jpj, npac(1:nbpac) )
320         CALL tab_2d_1d( nbpac, sfx_opw_1d(1:nbpac)     , sfx_opw, jpi, jpj, npac(1:nbpac) )
321         CALL tab_2d_1d( nbpac, wfx_opw_1d(1:nbpac)     , wfx_opw, jpi, jpj, npac(1:nbpac) )
322         CALL tab_2d_1d( nbpac, wfx_opw_1d(1:nbpac)     , wfx_opw, jpi, jpj, npac(1:nbpac) )
323         CALL tab_2d_1d( nbpac, hicol_b   (1:nbpac)     , hicol  , jpi, jpj, npac(1:nbpac) )
324         CALL tab_2d_1d( nbpac, zvrel_ac  (1:nbpac)     , zvrel  , jpi, jpj, npac(1:nbpac) )
325
326         CALL tab_2d_1d( nbpac, hfx_thd_1d(1:nbpac)     , hfx_thd, jpi, jpj, npac(1:nbpac) )
327         CALL tab_2d_1d( nbpac, hfx_tot_1d(1:nbpac)     , hfx_tot, jpi, jpj, npac(1:nbpac) )
328
329         !------------------------------------------------------------------------------!
330         ! 5) Compute thickness, salinity, enthalpy, age, area and volume of new ice
331         !------------------------------------------------------------------------------!
332
333         !-----------------------------------------
334         ! Keep old ice areas and volume in memory
335         !-----------------------------------------
336         zv_old(:,:) = zv_i_ac(:,:) 
337         za_old(:,:) = za_i_ac(:,:)
338
339         !----------------------
340         ! Thickness of new ice
341         !----------------------
342         DO ji = 1, nbpac
343            zh_newice(ji) = hiccrit(1)
344         END DO
345         IF( fraz_swi == 1.0 )   zh_newice(:) = hicol_b(:)
346
347         !----------------------
348         ! Salinity of new ice
349         !----------------------
350
351         SELECT CASE ( num_sal )
352         CASE ( 1 )                    ! Sice = constant
353            zs_newice(:) = bulk_sal
354         CASE ( 2 )                    ! Sice = F(z,t) [Vancoppenolle et al (2005)]
355            DO ji = 1, nbpac
356               ii =   MOD( npac(ji) - 1 , jpi ) + 1
357               ij =      ( npac(ji) - 1 ) / jpi + 1
358               zs_newice(ji) = MIN(  4.606 + 0.91 / zh_newice(ji) , s_i_max , 0.5 * sss_m(ii,ij)  )
359            END DO
360         CASE ( 3 )                    ! Sice = F(z) [multiyear ice]
361            zs_newice(:) =   2.3
362         END SELECT
363
364
365         !-------------------------
366         ! Heat content of new ice
367         !-------------------------
368         ! We assume that new ice is formed at the seawater freezing point
369         DO ji = 1, nbpac
370            ztmelts       = - tmut * zs_newice(ji) + rtt                  ! Melting point (K)
371            ze_newice(ji) =   rhoic * (  cpic * ( ztmelts - t_bo_b(ji) )                             &
372               &                       + lfus * ( 1.0 - ( ztmelts - rtt ) / ( t_bo_b(ji) - rtt ) )   &
373               &                       - rcp  *         ( ztmelts - rtt )  )
374            ! MV HC 2014 comment I dont see why this line below is here... ?
375            ! This implies that ze_newice gets to rhoic*Lfus if it was negative, but this should never happen
376            ze_newice(ji) =   MAX( ze_newice(ji) , 0._wp )    &
377               &          +   MAX(  0.0 , SIGN( 1.0 , - ze_newice(ji) )  ) * rhoic * lfus
378         END DO ! ji
379         !----------------
380         ! Age of new ice
381         !----------------
382         DO ji = 1, nbpac
383            zo_newice(ji) = 0._wp
384         END DO ! ji
385
386         !-------------------
387         ! Volume of new ice
388         !-------------------
389         DO ji = 1, nbpac
390
391            zEi           = - ze_newice(ji) / rhoic                ! specific enthalpy of forming ice [J/kg]
392
393            zEw           = rcp * ( t_bo_b(ji) - rt0 )             ! specific enthalpy of seawater at t_bo_b [J/kg]
394                                                                   ! clem: we suppose we are already at the freezing point (condition qlead<0 is satisfyied)
395                                                                   
396            zdE           = zEi - zEw                              ! specific enthalpy difference [J/kg]
397                                             
398            zfmdt         = - qlead_1d(ji) / zdE                   ! Fm.dt [kg/m2] (<0)
399                                                                   ! clem: we use qlead instead of zqld (limthd) because we suppose we are at the freezing point   
400            zv_newice(ji) = - zfmdt / rhoic
401
402            zQm           = zfmdt * zEw                            ! heat to the ocean >0 associated with mass flux 
403
404            ! Contribution to heat flux to the ocean [W.m-2], >0 
405            hfx_thd_1d(ji) = hfx_thd_1d(ji) + zfmdt * zEw * r1_rdtice
406            ! Total heat flux used in this process [W.m-2] 
407            hfx_tot_1d(ji) = hfx_tot_1d(ji) - zfmdt * zdE * r1_rdtice
408            ! mass flux
409            wfx_opw_1d(ji) = wfx_opw_1d(ji) + zv_newice(ji) * rhoic * r1_rdtice
410            ! salt flux
411            sfx_opw_1d(ji) = sfx_opw_1d(ji) - zv_newice(ji) * rhoic * zs_newice(ji) * r1_rdtice
412
413            ! A fraction zfrazb of frazil ice is accreted at the ice bottom
414            zfrazb        = ( TANH ( Cfrazb * ( zvrel_ac(ji) - vfrazb ) ) + 1.0 ) * 0.5 * maxfrazb
415            zv_frazb(ji)  =         zfrazb   * zv_newice(ji)
416            zv_newice(ji) = ( 1.0 - zfrazb ) * zv_newice(ji)
417         END DO
418
419         !------------------------------------
420         ! Diags for energy conservation test
421         !------------------------------------
422         DO ji = 1, nbpac
423            ii = MOD( npac(ji) - 1 , jpi ) + 1
424            ij =    ( npac(ji) - 1 ) / jpi + 1
425            !
426            zde = ze_newice(ji) / unit_fac * area(ii,ij) * zv_newice(ji)
427            !zde = ze_newice(ji) * area(ii,ij) * zv_newice(ji)
428            !
429            ! clem: change that?
430            vt_i_init(ii,ij) = vt_i_init(ii,ij) + zv_newice(ji)             ! volume
431            et_i_init(ii,ij) = et_i_init(ii,ij) + zde                       ! Energy
432
433         END DO
434
435         !-----------------
436         ! Area of new ice
437         !-----------------
438         DO ji = 1, nbpac
439            za_newice(ji) = zv_newice(ji) / zh_newice(ji)
440         END DO !ji
441
442         !------------------------------------------------------------------------------!
443         ! 6) Redistribute new ice area and volume into ice categories                  !
444         !------------------------------------------------------------------------------!
445
446         !-------------------------------------------
447         ! Compute excessive new ice area and volume
448         !-------------------------------------------
449         ! If lateral ice growth gives an ice concentration gt 1, then
450         ! we keep the excessive volume in memory and attribute it later to bottom accretion
451         DO ji = 1, nbpac
452            IF ( za_newice(ji) >  ( amax - zat_i_ac(ji) ) ) THEN
453               zda_res(ji)   = za_newice(ji) - ( amax - zat_i_ac(ji) )
454               zdv_res(ji)   = zda_res  (ji) * zh_newice(ji) 
455               za_newice(ji) = za_newice(ji) - zda_res  (ji)
456               zv_newice(ji) = zv_newice(ji) - zdv_res  (ji)
457            ELSE
458               zda_res(ji) = 0._wp
459               zdv_res(ji) = 0._wp
460            ENDIF
461         END DO ! ji
462
463         !------------------------------------------------
464         ! Laterally redistribute new ice volume and area
465         !------------------------------------------------
466         zat_i_ac(:) = 0._wp
467         DO jl = 1, jpl
468            DO ji = 1, nbpac
469               IF(  hi_max   (jl-1)  <   zh_newice(ji)   .AND.   &
470                  & zh_newice(ji)    <=  hi_max   (jl)         ) THEN
471                  za_i_ac (ji,jl) = za_i_ac (ji,jl) + za_newice(ji)
472                  zv_i_ac (ji,jl) = zv_i_ac (ji,jl) + zv_newice(ji)
473                  zcatac  (ji)    = jl
474               ENDIF
475               zat_i_ac(ji)    = zat_i_ac(ji)    + za_i_ac  (ji,jl)
476            END DO
477         END DO
478
479         !----------------------------------
480         ! Heat content - lateral accretion
481         !----------------------------------
482         DO ji = 1, nbpac
483            jl = zcatac(ji)                                                           ! categroy in which new ice is put
484            zswinew  (ji) = MAX( 0._wp , SIGN( 1._wp , - za_old(ji,jl) + epsi10 ) )   ! 0 if old ice
485         END DO
486
487         DO jk = 1, nlay_i
488            DO ji = 1, nbpac
489               jl = zcatac(ji)
490               ze_i_ac(ji,jk,jl) = zswinew(ji)   *   ze_newice(ji)                &
491                  &      + ( 1.0 - zswinew(ji) ) * ( ze_newice(ji) * zv_newice(ji) + ze_i_ac(ji,jk,jl) * zv_old(ji,jl) ) / zv_i_ac(ji,jl)
492            END DO
493         END DO
494
495         !-----------------------------------------------
496         ! Add excessive volume of new ice at the bottom
497         !-----------------------------------------------
498         jm = 1
499
500         ! ---  Redistributing energy on the new grid (energy is equally distributed in every layer) --- !
501!         DO jl = ice_cat_bounds(jm,1), ice_cat_bounds(jm,2)
502!            DO jk = 1, nlay_i
503!               DO ji = 1, nbpac
504!                  ze_i_ac(ji,jk,jl) = ( ze_i_ac(ji,jk,jl) * zv_i_ac(ji,jl) + ze_newice(ji) * ( zdv_res(ji) + zv_frazb(ji) ) ) / &
505!                     &                ( zv_i_ac(ji,jl) + ( zdv_res(ji) + zv_frazb(ji) ) )
506!               END DO
507!            END DO
508!         END DO
509
510         ! --- Redistributing energy on the new grid (energy is sent to the bottom) PART 1 --- !
511         DO jl = ice_cat_bounds(jm,1), ice_cat_bounds(jm,2)
512            DO jk = 1, nlay_i
513               DO ji = 1, nbpac
514                  zthick0(ji,jk,jl) =  zv_i_ac(ji,jl) / REAL( nlay_i )
515                  zqm0   (ji,jk,jl) =  ze_i_ac(ji,jk,jl) * zthick0(ji,jk,jl)
516               END DO
517            END DO
518         END DO
519         DO jl = ice_cat_bounds(jm,1), ice_cat_bounds(jm,2)
520            DO ji = 1, nbpac
521               zinda = MAX( 0._wp, SIGN( 1._wp , zat_i_ac(ji) - epsi10 ) )
522               zthick0(ji,nlay_i+1,jl) =  zinda * ( zdv_res(ji) + zv_frazb(ji) ) * za_i_ac(ji,jl) / MAX( zat_i_ac(ji) , epsi10 )
523               zqm0   (ji,nlay_i+1,jl) =  ze_newice(ji) * zthick0(ji,nlay_i+1,jl)
524            END DO ! ji
525         END DO ! jl
526
527         ze_i_ac(:,:,:) = 0._wp
528         DO jl = ice_cat_bounds(jm,1), ice_cat_bounds(jm,2)
529            DO jk = 1, nlay_i
530               DO layer = 1, nlay_i + 1
531                  DO ji = 1, nbpac
532                      zindb   =  1._wp -  MAX( 0._wp , SIGN( 1._wp , - zthick0(ji,layer,jl) + epsi10 ) ) 
533                      zweight = zindb * MAX( 0._wp,                                                                                              &
534                         &      MIN( zv_i_ac(ji,jl) * REAL( layer     ), ( zv_i_ac(ji,jl) +  zthick0(ji,nlay_i+1,jl) ) * REAL( jk     ) )     &
535                         &    - MAX( zv_i_ac(ji,jl) * REAL( layer - 1 ), ( zv_i_ac(ji,jl) +  zthick0(ji,nlay_i+1,jl) ) * REAL( jk - 1 ) ) )   &
536                         &  / ( REAL( nlay_i ) * MAX( zthick0(ji,layer,jl), epsi10 ) )
537                      ze_i_ac(ji,jk,jl) = ze_i_ac(ji,jk,jl) + zweight * zqm0(ji,layer,jl) 
538                  END DO
539               END DO
540            END DO
541         END DO
542
543         ! --- new volumes and layer thickness ---
544         DO jl = ice_cat_bounds(jm,1), ice_cat_bounds(jm,2)
545            DO ji = 1, nbpac
546               zinda = MAX( 0._wp, SIGN( 1._wp , zat_i_ac(ji) - epsi10 ) )
547               zv_i_ac(ji,jl) = zv_i_ac(ji,jl) + zinda * ( zdv_res(ji) + zv_frazb(ji) ) * za_i_ac(ji,jl) / MAX( zat_i_ac(ji) , epsi10 )
548            END DO
549         END DO
550
551         ! --- Redistributing energy on the new grid (energy is sent to the bottom) PART 2 --- !
552         DO jl = ice_cat_bounds(jm,1), ice_cat_bounds(jm,2)
553            DO jk = 1, nlay_i
554               DO ji = 1, nbpac
555                  zindb =  1._wp -  MAX( 0._wp , SIGN( 1._wp , - zv_i_ac(ji,jl) + epsi10 ) ) 
556                  ze_i_ac(ji,jk,jl) = zindb * ze_i_ac(ji,jk,jl) / MAX( zv_i_ac(ji,jl), epsi10 ) * REAL( nlay_i )
557               END DO
558            END DO
559         END DO
560
561
562         !------------
563         ! Update age
564         !------------
565         DO jl = 1, jpl
566            DO ji = 1, nbpac
567               zindb = 1._wp - MAX( 0._wp , SIGN( 1._wp , - za_i_ac(ji,jl) + epsi10 ) )  ! 0 if no ice and 1 if yes
568               zoa_i_ac(ji,jl)  = za_old(ji,jl) * zoa_i_ac(ji,jl) / MAX( za_i_ac(ji,jl) , epsi10 ) * zindb   
569            END DO
570         END DO   
571
572         !-----------------
573         ! Update salinity
574         !-----------------
575         !clem IF(  num_sal == 2  ) THEN
576            DO jl = 1, jpl
577               DO ji = 1, nbpac
578                  zdv   = zv_i_ac(ji,jl) - zv_old(ji,jl)
579                  zsmv_i_ac(ji,jl) = zsmv_i_ac(ji,jl) + zdv * zs_newice(ji)
580               END DO
581            END DO   
582         !clem ENDIF
583
584         !------------------------------------------------------------------------------!
585         ! 8) Change 2D vectors to 1D vectors
586         !------------------------------------------------------------------------------!
587         DO jl = 1, jpl
588            CALL tab_1d_2d( nbpac, a_i (:,:,jl), npac(1:nbpac), za_i_ac (1:nbpac,jl), jpi, jpj )
589            CALL tab_1d_2d( nbpac, v_i (:,:,jl), npac(1:nbpac), zv_i_ac (1:nbpac,jl), jpi, jpj )
590            CALL tab_1d_2d( nbpac, oa_i(:,:,jl), npac(1:nbpac), zoa_i_ac(1:nbpac,jl), jpi, jpj )
591            CALL tab_1d_2d( nbpac, smv_i (:,:,jl), npac(1:nbpac), zsmv_i_ac(1:nbpac,jl) , jpi, jpj )
592            DO jk = 1, nlay_i
593               CALL tab_1d_2d( nbpac, e_i(:,:,jk,jl), npac(1:nbpac), ze_i_ac(1:nbpac,jk,jl), jpi, jpj )
594            END DO
595         END DO
596         CALL tab_1d_2d( nbpac, sfx_opw, npac(1:nbpac), sfx_opw_1d(1:nbpac), jpi, jpj )
597         CALL tab_1d_2d( nbpac, wfx_opw, npac(1:nbpac), wfx_opw_1d(1:nbpac), jpi, jpj )
598         CALL tab_1d_2d( nbpac, wfx_opw, npac(1:nbpac), wfx_opw_1d(1:nbpac), jpi, jpj )
599
600         CALL tab_1d_2d( nbpac, hfx_thd, npac(1:nbpac), hfx_thd_1d(1:nbpac), jpi, jpj )
601         CALL tab_1d_2d( nbpac, hfx_tot, npac(1:nbpac), hfx_tot_1d(1:nbpac), jpi, jpj )
602         !
603      ENDIF ! nbpac > 0
604
605      !------------------------------------------------------------------------------!
606      ! 9) Change units for e_i
607      !------------------------------------------------------------------------------!   
608      DO jl = 1, jpl
609         DO jk = 1, nlay_i
610            DO jj = 1, jpj
611               DO ji = 1, jpi
612                  ! heat content in Joules
613                  e_i(ji,jj,jk,jl) = e_i(ji,jj,jk,jl) * area(ji,jj) * v_i(ji,jj,jl) / ( REAL( nlay_i ) * unit_fac ) 
614                  !e_i(ji,jj,jk,jl) = e_i(ji,jj,jk,jl) * area(ji,jj) * v_i(ji,jj,jl) / ( REAL( nlay_i ) )
615               END DO
616            END DO
617         END DO
618      END DO
619
620      !------------------------------------------------------------------------------|
621      ! 10) Conservation check and changes in each ice category
622      !------------------------------------------------------------------------------|
623      IF( con_i ) THEN
624         CALL lim_column_sum (jpl,   v_i, vt_i_final)
625         fieldid = 'v_i, limthd_lac'
626         CALL lim_cons_check (vt_i_init, vt_i_final, 1.0e-6, fieldid) 
627         !
628         CALL lim_column_sum_energy(jpl, nlay_i, e_i, et_i_final)
629         fieldid = 'e_i, limthd_lac'
630         CALL lim_cons_check (et_i_final, et_i_final, 1.0e-3, fieldid) 
631         !
632         CALL lim_column_sum (jpl,   v_s, vt_s_final)
633         fieldid = 'v_s, limthd_lac'
634         CALL lim_cons_check (vt_s_init, vt_s_final, 1.0e-6, fieldid) 
635         !
636         !     CALL lim_column_sum (jpl,   e_s(:,:,1,:) , et_s_init)
637         !     fieldid = 'e_s, limthd_lac'
638         !     CALL lim_cons_check (et_s_init, et_s_final, 1.0e-3, fieldid)
639         IF( ln_nicep ) THEN
640            DO ji = mi0(jiindx), mi1(jiindx)
641               DO jj = mj0(jjindx), mj1(jjindx)
642                  WRITE(numout,*) ' vt_i_init : ', vt_i_init (ji,jj)
643                  WRITE(numout,*) ' vt_i_final: ', vt_i_final(ji,jj)
644                  WRITE(numout,*) ' et_i_init : ', et_i_init (ji,jj)
645                  WRITE(numout,*) ' et_i_final: ', et_i_final(ji,jj)
646               END DO
647            END DO
648         ENDIF
649         !
650      ENDIF
651      !
652      CALL wrk_dealloc( jpij, zcatac )   ! integer
653      CALL wrk_dealloc( jpij, zswinew, zv_newice, za_newice, zh_newice, ze_newice, zs_newice, zo_newice )
654      CALL wrk_dealloc( jpij, zdv_res, zda_res, zat_i_ac, zat_i_lev, zv_frazb, zvrel_ac )
655      CALL wrk_dealloc( jpij,jpl, zv_old, za_old, za_i_ac, zv_i_ac, zoa_i_ac, zsmv_i_ac )
656      CALL wrk_dealloc( jpij,jkmax,jpl, ze_i_ac )
657      CALL wrk_dealloc( jpij,jkmax+1,jpl, zqm0, zthick0 )
658      CALL wrk_dealloc( jpi,jpj, vt_i_init, vt_i_final, vt_s_init, vt_s_final, et_i_init, et_i_final, et_s_init, zvrel )
659      !
660   END SUBROUTINE lim_thd_lac
661
662#else
663   !!----------------------------------------------------------------------
664   !!   Default option                               NO  LIM3 sea-ice model
665   !!----------------------------------------------------------------------
666CONTAINS
667   SUBROUTINE lim_thd_lac           ! Empty routine
668   END SUBROUTINE lim_thd_lac
669#endif
670
671   !!======================================================================
672END MODULE limthd_lac
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.