source: branches/2015/dev_r5044_CNRS_LIM3CLEAN/NEMOGCM/NEMO/LIM_SRC_3/limthd.F90 @ 5048

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Line 
1MODULE limthd
2   !!======================================================================
3   !!                  ***  MODULE limthd   ***
4   !!  LIM-3 :   ice thermodynamic
5   !!======================================================================
6   !! History :  LIM  ! 2000-01 (M.A. Morales Maqueda, H. Goosse, T. Fichefet) LIM-1
7   !!            2.0  ! 2002-07 (C. Ethe, G. Madec)  LIM-2 (F90 rewriting)
8   !!            3.0  ! 2005-11 (M. Vancoppenolle)  LIM-3 : Multi-layer thermodynamics + salinity variations
9   !!             -   ! 2007-04 (M. Vancoppenolle) add lim_thd_glohec, lim_thd_con_dh and lim_thd_con_dif
10   !!            3.2  ! 2009-07 (M. Vancoppenolle, Y. Aksenov, G. Madec) bug correction in wfx_snw
11   !!            3.3  ! 2010-11 (G. Madec) corrected snow melting heat (due to factor betas)
12   !!            4.0  ! 2011-02 (G. Madec) dynamical allocation
13   !!             -   ! 2012-05 (C. Rousset) add penetration solar flux
14   !!----------------------------------------------------------------------
15#if defined key_lim3
16   !!----------------------------------------------------------------------
17   !!   'key_lim3'                                      LIM3 sea-ice model
18   !!----------------------------------------------------------------------
19   !!   lim_thd       : thermodynamic of sea ice
20   !!   lim_thd_init  : initialisation of sea-ice thermodynamic
21   !!----------------------------------------------------------------------
22   USE phycst         ! physical constants
23   USE dom_oce        ! ocean space and time domain variables
24   USE oce     , ONLY : fraqsr_1lev 
25   USE ice            ! LIM: sea-ice variables
26   USE par_ice        ! LIM: sea-ice parameters
27   USE sbc_oce        ! Surface boundary condition: ocean fields
28   USE sbc_ice        ! Surface boundary condition: ice fields
29   USE thd_ice        ! LIM thermodynamic sea-ice variables
30   USE dom_ice        ! LIM sea-ice domain
31   USE domvvl         ! domain: variable volume level
32   USE limthd_dif     ! LIM: thermodynamics, vertical diffusion
33   USE limthd_dh      ! LIM: thermodynamics, ice and snow thickness variation
34   USE limthd_sal     ! LIM: thermodynamics, ice salinity
35   USE limthd_ent     ! LIM: thermodynamics, ice enthalpy redistribution
36   USE limtab         ! LIM: 1D <==> 2D transformation
37   USE limvar         ! LIM: sea-ice variables
38   USE lbclnk         ! lateral boundary condition - MPP links
39   USE lib_mpp        ! MPP library
40   USE wrk_nemo       ! work arrays
41   USE in_out_manager ! I/O manager
42   USE prtctl         ! Print control
43   USE lib_fortran    ! Fortran utilities (allows no signed zero when 'key_nosignedzero' defined) 
44   USE timing         ! Timing
45   USE limcons        ! conservation tests
46
47   IMPLICIT NONE
48   PRIVATE
49
50   PUBLIC   lim_thd        ! called by limstp module
51   PUBLIC   lim_thd_init   ! called by iceini module
52
53   !! * Substitutions
54#  include "domzgr_substitute.h90"
55#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
56   !!----------------------------------------------------------------------
57   !! NEMO/LIM3 3.3 , UCL - NEMO Consortium (2010)
58   !! $Id$
59   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
60   !!----------------------------------------------------------------------
61CONTAINS
62
63   SUBROUTINE lim_thd( kt )
64      !!-------------------------------------------------------------------
65      !!                ***  ROUTINE lim_thd  ***       
66      !! 
67      !! ** Purpose : This routine manages ice thermodynamics
68      !!         
69      !! ** Action : - Initialisation of some variables
70      !!             - Some preliminary computation (oceanic heat flux
71      !!               at the ice base, snow acc.,heat budget of the leads)
72      !!             - selection of the icy points and put them in an array
73      !!             - call lim_thd_dif  for vertical heat diffusion
74      !!             - call lim_thd_dh   for vertical ice growth and melt
75      !!             - call lim_thd_ent  for enthalpy remapping
76      !!             - call lim_thd_sal  for ice desalination
77      !!             - call lim_thd_temp to  retrieve temperature from ice enthalpy
78      !!             - back to the geographic grid
79      !!     
80      !! ** References :
81      !!---------------------------------------------------------------------
82      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! number of iteration
83      !!
84      INTEGER  :: ji, jj, jk, jl   ! dummy loop indices
85      INTEGER  :: nbpb             ! nb of icy pts for vertical thermo calculations
86      INTEGER  :: nbplm            ! nb of icy pts for lateral melting calculations (mono-cat)
87      INTEGER  :: ii, ij           ! temporary dummy loop index
88      REAL(wp) :: zfric_umin = 0._wp        ! lower bound for the friction velocity (cice value=5.e-04)
89      REAL(wp) :: zch        = 0.0057_wp    ! heat transfer coefficient
90      REAL(wp) :: zareamin 
91      REAL(wp) :: zfric_u, zqld, zqfr
92      !
93      REAL(wp) :: zvi_b, zsmv_b, zei_b, zfs_b, zfw_b, zft_b 
94      !
95      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:) ::  zqsr, zqns
96      !!-------------------------------------------------------------------
97      CALL wrk_alloc( jpi, jpj, zqsr, zqns )
98
99      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('limthd')
100
101      ! conservation test
102      IF( ln_limdiahsb ) CALL lim_cons_hsm(0, 'limthd', zvi_b, zsmv_b, zei_b, zfw_b, zfs_b, zft_b)
103
104      !------------------------------------------------------------------------!
105      ! 1) Initialization of some variables                                    !
106      !------------------------------------------------------------------------!
107      ftr_ice(:,:,:) = 0._wp  ! part of solar radiation transmitted through the ice
108
109
110      !--------------------
111      ! 1.2) Heat content   
112      !--------------------
113      ! Change the units of heat content; from global units to J.m3
114      DO jl = 1, jpl
115         DO jk = 1, nlay_i
116            DO jj = 1, jpj
117               DO ji = 1, jpi
118                  !0 if no ice and 1 if yes
119                  rswitch = 1.0 - MAX(  0.0 , SIGN( 1.0 , - v_i(ji,jj,jl) + epsi10 )  )
120                  !Energy of melting q(S,T) [J.m-3]
121                  e_i(ji,jj,jk,jl) = rswitch * e_i(ji,jj,jk,jl) / ( area(ji,jj) * MAX( v_i(ji,jj,jl) , epsi10 ) ) * REAL( nlay_i )
122                  !convert units ! very important that this line is here       
123                  e_i(ji,jj,jk,jl) = e_i(ji,jj,jk,jl) * unit_fac 
124               END DO
125            END DO
126         END DO
127         DO jk = 1, nlay_s
128            DO jj = 1, jpj
129               DO ji = 1, jpi
130                  !0 if no ice and 1 if yes
131                  rswitch = 1.0 - MAX(  0.0 , SIGN( 1.0 , - v_s(ji,jj,jl) + epsi10 )  )
132                  !Energy of melting q(S,T) [J.m-3]
133                  e_s(ji,jj,jk,jl) = rswitch * e_s(ji,jj,jk,jl) / ( area(ji,jj) * MAX( v_s(ji,jj,jl) , epsi10 ) ) * REAL( nlay_s )
134                  !convert units ! very important that this line is here
135                  e_s(ji,jj,jk,jl) = e_s(ji,jj,jk,jl) * unit_fac 
136               END DO
137            END DO
138         END DO
139      END DO
140
141      ! 2) Partial computation of forcing for the thermodynamic sea ice model.      !
142      !-----------------------------------------------------------------------------!
143
144      !--- Ocean solar and non solar fluxes to be used in zqld
145      IF ( .NOT. lk_cpl ) THEN   ! --- forced case, fluxes to the lead are the same as over the ocean
146         !
147         zqsr(:,:) = qsr(:,:)      ; zqns(:,:) = qns(:,:)
148         !
149      ELSE                       ! --- coupled case, fluxes to the lead are total - intercepted
150         !
151         zqsr(:,:) = qsr_tot(:,:)  ; zqns(:,:) = qns_tot(:,:)
152         !
153         DO jl = 1, jpl
154            DO jj = 1, jpj
155               DO ji = 1, jpi
156                  zqsr(ji,jj) = zqsr(ji,jj) - qsr_ice(ji,jj,jl) * a_i_b(ji,jj,jl)
157                  zqns(ji,jj) = zqns(ji,jj) - qns_ice(ji,jj,jl) * a_i_b(ji,jj,jl)
158               END DO
159            END DO
160         END DO
161         !
162      ENDIF
163
164!CDIR NOVERRCHK
165      DO jj = 1, jpj
166!CDIR NOVERRCHK
167         DO ji = 1, jpi
168            rswitch          = tms(ji,jj) * ( 1._wp - MAX( 0._wp , SIGN( 1._wp , - at_i(ji,jj) + epsi10 ) ) ) ! 0 if no ice
169            !
170            !           !  solar irradiance transmission at the mixed layer bottom and used in the lead heat budget
171            !           !  practically no "direct lateral ablation"
172            !           
173            !           !  net downward heat flux from the ice to the ocean, expressed as a function of ocean
174            !           !  temperature and turbulent mixing (McPhee, 1992)
175            !
176
177            ! --- Energy received in the lead, zqld is defined everywhere (J.m-2) --- !
178            ! REMARK valid at least in forced mode from clem
179            ! precip is included in qns but not in qns_ice
180            IF ( lk_cpl ) THEN
181               zqld =  tms(ji,jj) * rdt_ice *  &
182                  &    (   zqsr(ji,jj) * fraqsr_1lev(ji,jj) + zqns(ji,jj)               &   ! pfrld already included in coupled mode
183                  &    + ( pfrld(ji,jj)**betas - pfrld(ji,jj) ) * sprecip(ji,jj)  *     &   ! heat content of precip
184                  &      ( cpic * ( MIN( tatm_ice(ji,jj), rt0_snow ) - rtt ) - lfus )   &
185                  &    + ( 1._wp - pfrld(ji,jj) ) * ( tprecip(ji,jj) - sprecip(ji,jj) ) * rcp * ( tatm_ice(ji,jj) - rtt ) )
186            ELSE
187               zqld =  tms(ji,jj) * rdt_ice *  &
188                  &      ( pfrld(ji,jj) * ( zqsr(ji,jj) * fraqsr_1lev(ji,jj) + zqns(ji,jj) )    &
189                  &    + ( pfrld(ji,jj)**betas - pfrld(ji,jj) ) * sprecip(ji,jj)  *             &  ! heat content of precip
190                  &      ( cpic * ( MIN( tatm_ice(ji,jj), rt0_snow ) - rtt ) - lfus )           &
191                  &    + ( 1._wp - pfrld(ji,jj) ) * ( tprecip(ji,jj) - sprecip(ji,jj) ) * rcp * ( tatm_ice(ji,jj) - rtt ) )
192            ENDIF
193
194            !-- Energy needed to bring ocean surface layer until its freezing (<0, J.m-2) --- !
195            zqfr = tms(ji,jj) * rau0 * rcp * fse3t_m(ji,jj) * ( t_bo(ji,jj) - ( sst_m(ji,jj) + rt0 ) )
196
197            !-- Energy Budget of the leads (J.m-2). Must be < 0 to form ice
198            qlead(ji,jj) = MIN( 0._wp , zqld - zqfr ) 
199
200            ! If there is ice and leads are warming, then transfer energy from the lead budget and use it for bottom melting
201            IF( at_i(ji,jj) > epsi10 .AND. zqld > 0._wp ) THEN
202               fhld (ji,jj) = zqld * r1_rdtice / at_i(ji,jj) ! divided by at_i since this is (re)multiplied by a_i in limthd_dh.F90
203               qlead(ji,jj) = 0._wp
204            ELSE
205               fhld (ji,jj) = 0._wp
206            ENDIF
207            !
208            !-- Energy from the turbulent oceanic heat flux --- !
209            !clem zfric_u        = MAX ( MIN( SQRT( ust2s(ji,jj) ) , zfric_umax ) , zfric_umin )
210            zfric_u      = MAX( SQRT( ust2s(ji,jj) ), zfric_umin ) 
211            fhtur(ji,jj) = MAX( 0._wp, rswitch * rau0 * rcp * zch  * zfric_u * ( ( sst_m(ji,jj) + rt0 ) - t_bo(ji,jj) ) ) ! W.m-2
212            ! upper bound for fhtur: we do not want SST to drop below Tfreeze.
213            ! So we say that the heat retrieved from the ocean (fhtur+fhld) must be < to the heat necessary to reach Tfreeze (zqfr)   
214            ! This is not a clean budget, so that should be corrected at some point
215            fhtur(ji,jj) = rswitch * MIN( fhtur(ji,jj), - fhld(ji,jj) - zqfr * r1_rdtice / MAX( at_i(ji,jj), epsi10 ) )
216
217            ! -----------------------------------------
218            ! Net heat flux on top of ice-ocean [W.m-2]
219            ! -----------------------------------------
220            !     First  step here      : heat flux at the ocean surface + precip
221            !     Second step below     : heat flux at the ice   surface (after limthd_dif)
222            hfx_in(ji,jj) = hfx_in(ji,jj)                                                                                         & 
223               ! heat flux above the ocean
224               &    +             pfrld(ji,jj)   * ( zqns(ji,jj) + zqsr(ji,jj) )                                                  &
225               ! latent heat of precip (note that precip is included in qns but not in qns_ice)
226               &    +   ( 1._wp - pfrld(ji,jj) ) * sprecip(ji,jj) * ( cpic * ( MIN( tatm_ice(ji,jj), rt0_snow ) - rtt ) - lfus )  &
227               &    +   ( 1._wp - pfrld(ji,jj) ) * ( tprecip(ji,jj) - sprecip(ji,jj) ) * rcp * ( tatm_ice(ji,jj) - rtt )
228
229            ! -----------------------------------------------------------------------------
230            ! Net heat flux that is retroceded to the ocean or taken from the ocean [W.m-2]
231            ! -----------------------------------------------------------------------------
232            !     First  step here              :  non solar + precip - qlead - qturb
233            !     Second step in limthd_dh      :  heat remaining if total melt (zq_rema)
234            !     Third  step in limsbc         :  heat from ice-ocean mass exchange (zf_mass) + solar
235            hfx_out(ji,jj) = hfx_out(ji,jj)                                                                                       & 
236               ! Non solar heat flux received by the ocean
237               &    +        pfrld(ji,jj) * qns(ji,jj)                                                                            &
238               ! latent heat of precip (note that precip is included in qns but not in qns_ice)
239               &    +      ( pfrld(ji,jj)**betas - pfrld(ji,jj) ) * sprecip(ji,jj)       &
240               &         * ( cpic * ( MIN( tatm_ice(ji,jj), rt0_snow ) - rtt ) - lfus )  &
241               &    +      ( 1._wp - pfrld(ji,jj) ) * ( tprecip(ji,jj) - sprecip(ji,jj) ) * rcp * ( tatm_ice(ji,jj) - rtt )       &
242               ! heat flux taken from the ocean where there is open water ice formation
243               &    -      qlead(ji,jj) * r1_rdtice                                                                               &
244               ! heat flux taken from the ocean during bottom growth/melt (fhld should be 0 while bott growth)
245               &    -      at_i(ji,jj) * fhtur(ji,jj)                                                                             &
246               &    -      at_i(ji,jj) *  fhld(ji,jj)
247
248         END DO
249      END DO
250
251      !------------------------------------------------------------------------------!
252      ! 3) Select icy points and fulfill arrays for the vectorial grid.           
253      !------------------------------------------------------------------------------!
254
255      DO jl = 1, jpl      !loop over ice categories
256
257         IF( kt == nit000 .AND. lwp ) THEN
258            WRITE(numout,*) ' lim_thd : transfer to 1D vectors. Category no : ', jl 
259            WRITE(numout,*) ' ~~~~~~~~'
260         ENDIF
261
262         zareamin = epsi10
263         nbpb = 0
264         DO jj = 1, jpj
265            DO ji = 1, jpi
266               IF ( a_i(ji,jj,jl) .gt. zareamin ) THEN     
267                  nbpb      = nbpb  + 1
268                  npb(nbpb) = (jj - 1) * jpi + ji
269               ENDIF
270            END DO
271         END DO
272
273         ! debug point to follow
274         jiindex_1d = 0
275         IF( ln_nicep ) THEN
276            DO ji = mi0(jiindx), mi1(jiindx)
277               DO jj = mj0(jjindx), mj1(jjindx)
278                  jiindex_1d = (jj - 1) * jpi + ji
279                  WRITE(numout,*) ' lim_thd : Category no : ', jl 
280               END DO
281            END DO
282         ENDIF
283
284         !------------------------------------------------------------------------------!
285         ! 4) Thermodynamic computation
286         !------------------------------------------------------------------------------!
287
288         IF( lk_mpp )   CALL mpp_ini_ice( nbpb , numout )
289
290         IF( nbpb > 0 ) THEN  ! If there is no ice, do nothing.
291
292            !-------------------------
293            ! 4.1 Move to 1D arrays
294            !-------------------------
295
296            CALL tab_2d_1d( nbpb, at_i_1d     (1:nbpb), at_i            , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
297            CALL tab_2d_1d( nbpb, a_i_1d      (1:nbpb), a_i(:,:,jl)     , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
298            CALL tab_2d_1d( nbpb, ht_i_1d     (1:nbpb), ht_i(:,:,jl)    , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
299            CALL tab_2d_1d( nbpb, ht_s_1d     (1:nbpb), ht_s(:,:,jl)    , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
300
301            CALL tab_2d_1d( nbpb, t_su_1d     (1:nbpb), t_su(:,:,jl)    , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
302            CALL tab_2d_1d( nbpb, sm_i_1d     (1:nbpb), sm_i(:,:,jl)    , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
303            DO jk = 1, nlay_s
304               CALL tab_2d_1d( nbpb, t_s_1d(1:nbpb,jk), t_s(:,:,jk,jl)  , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
305               CALL tab_2d_1d( nbpb, q_s_1d(1:nbpb,jk), e_s(:,:,jk,jl)  , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
306            END DO
307            DO jk = 1, nlay_i
308               CALL tab_2d_1d( nbpb, t_i_1d(1:nbpb,jk), t_i(:,:,jk,jl)  , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
309               CALL tab_2d_1d( nbpb, q_i_1d(1:nbpb,jk), e_i(:,:,jk,jl)  , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
310               CALL tab_2d_1d( nbpb, s_i_1d(1:nbpb,jk), s_i(:,:,jk,jl)  , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
311            END DO
312
313            CALL tab_2d_1d( nbpb, tatm_ice_1d(1:nbpb), tatm_ice(:,:)   , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
314            CALL tab_2d_1d( nbpb, qsr_ice_1d (1:nbpb), qsr_ice(:,:,jl) , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
315            CALL tab_2d_1d( nbpb, fr1_i0_1d  (1:nbpb), fr1_i0          , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
316            CALL tab_2d_1d( nbpb, fr2_i0_1d  (1:nbpb), fr2_i0          , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
317            CALL tab_2d_1d( nbpb, qns_ice_1d (1:nbpb), qns_ice(:,:,jl) , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
318            CALL tab_2d_1d( nbpb, ftr_ice_1d (1:nbpb), ftr_ice(:,:,jl) , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
319            IF( .NOT. lk_cpl ) THEN
320               CALL tab_2d_1d( nbpb, qla_ice_1d (1:nbpb), qla_ice(:,:,jl) , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
321               CALL tab_2d_1d( nbpb, dqla_ice_1d(1:nbpb), dqla_ice(:,:,jl), jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
322            ENDIF
323            CALL tab_2d_1d( nbpb, dqns_ice_1d(1:nbpb), dqns_ice(:,:,jl), jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
324            CALL tab_2d_1d( nbpb, t_bo_1d     (1:nbpb), t_bo            , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
325            CALL tab_2d_1d( nbpb, sprecip_1d (1:nbpb), sprecip         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) ) 
326            CALL tab_2d_1d( nbpb, fhtur_1d   (1:nbpb), fhtur           , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
327            CALL tab_2d_1d( nbpb, qlead_1d   (1:nbpb), qlead           , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
328            CALL tab_2d_1d( nbpb, fhld_1d    (1:nbpb), fhld            , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
329
330            CALL tab_2d_1d( nbpb, wfx_snw_1d (1:nbpb), wfx_snw         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
331            CALL tab_2d_1d( nbpb, wfx_sub_1d (1:nbpb), wfx_sub         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
332
333            CALL tab_2d_1d( nbpb, wfx_bog_1d (1:nbpb), wfx_bog         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
334            CALL tab_2d_1d( nbpb, wfx_bom_1d (1:nbpb), wfx_bom         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
335            CALL tab_2d_1d( nbpb, wfx_sum_1d (1:nbpb), wfx_sum         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
336            CALL tab_2d_1d( nbpb, wfx_sni_1d (1:nbpb), wfx_sni         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
337            CALL tab_2d_1d( nbpb, wfx_res_1d (1:nbpb), wfx_res         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
338            CALL tab_2d_1d( nbpb, wfx_spr_1d (1:nbpb), wfx_spr         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
339
340            CALL tab_2d_1d( nbpb, sfx_bog_1d (1:nbpb), sfx_bog         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
341            CALL tab_2d_1d( nbpb, sfx_bom_1d (1:nbpb), sfx_bom         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
342            CALL tab_2d_1d( nbpb, sfx_sum_1d (1:nbpb), sfx_sum         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
343            CALL tab_2d_1d( nbpb, sfx_sni_1d (1:nbpb), sfx_sni         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
344            CALL tab_2d_1d( nbpb, sfx_bri_1d (1:nbpb), sfx_bri         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
345            CALL tab_2d_1d( nbpb, sfx_res_1d (1:nbpb), sfx_res         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
346
347            CALL tab_2d_1d( nbpb, hfx_thd_1d (1:nbpb), hfx_thd         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
348            CALL tab_2d_1d( nbpb, hfx_spr_1d (1:nbpb), hfx_spr         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
349            CALL tab_2d_1d( nbpb, hfx_sum_1d (1:nbpb), hfx_sum         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
350            CALL tab_2d_1d( nbpb, hfx_bom_1d (1:nbpb), hfx_bom         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
351            CALL tab_2d_1d( nbpb, hfx_bog_1d (1:nbpb), hfx_bog         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
352            CALL tab_2d_1d( nbpb, hfx_dif_1d (1:nbpb), hfx_dif         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
353            CALL tab_2d_1d( nbpb, hfx_opw_1d (1:nbpb), hfx_opw         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
354            CALL tab_2d_1d( nbpb, hfx_snw_1d (1:nbpb), hfx_snw         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
355            CALL tab_2d_1d( nbpb, hfx_sub_1d (1:nbpb), hfx_sub         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
356            CALL tab_2d_1d( nbpb, hfx_err_1d (1:nbpb), hfx_err         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
357            CALL tab_2d_1d( nbpb, hfx_res_1d (1:nbpb), hfx_res         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
358            CALL tab_2d_1d( nbpb, hfx_err_rem_1d (1:nbpb), hfx_err_rem , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
359
360            !--------------------------------
361            ! 4.3) Thermodynamic processes
362            !--------------------------------
363
364            !---------------------------------!
365            ! Ice/Snow Temperature profile    !
366            !---------------------------------!
367            CALL lim_thd_dif( 1, nbpb )
368
369            !---------------------------------!
370            ! Ice/Snow thicnkess              !
371            !---------------------------------!
372            CALL lim_thd_dh( 1, nbpb )   
373
374            ! --- Ice enthalpy remapping --- !
375            CALL lim_thd_ent( 1, nbpb, q_i_1d(1:nbpb,:) ) 
376                                           
377            !---------------------------------!
378            ! --- Ice salinity --- !
379            !---------------------------------!
380            CALL lim_thd_sal( 1, nbpb )   
381
382            !---------------------------------!
383            ! --- temperature update --- !
384            !---------------------------------!
385            CALL lim_thd_temp( 1, nbpb )
386
387            !--------------------------------
388            ! 4.4) Move 1D to 2D vectors
389            !--------------------------------
390
391               CALL tab_1d_2d( nbpb, at_i          , npb, at_i_1d    (1:nbpb)   , jpi, jpj )
392               CALL tab_1d_2d( nbpb, ht_i(:,:,jl)  , npb, ht_i_1d    (1:nbpb)   , jpi, jpj )
393               CALL tab_1d_2d( nbpb, ht_s(:,:,jl)  , npb, ht_s_1d    (1:nbpb)   , jpi, jpj )
394               CALL tab_1d_2d( nbpb, a_i (:,:,jl)  , npb, a_i_1d     (1:nbpb)   , jpi, jpj )
395               CALL tab_1d_2d( nbpb, t_su(:,:,jl)  , npb, t_su_1d    (1:nbpb)   , jpi, jpj )
396               CALL tab_1d_2d( nbpb, sm_i(:,:,jl)  , npb, sm_i_1d    (1:nbpb)   , jpi, jpj )
397            DO jk = 1, nlay_s
398               CALL tab_1d_2d( nbpb, t_s(:,:,jk,jl), npb, t_s_1d     (1:nbpb,jk), jpi, jpj)
399               CALL tab_1d_2d( nbpb, e_s(:,:,jk,jl), npb, q_s_1d     (1:nbpb,jk), jpi, jpj)
400            END DO
401            DO jk = 1, nlay_i
402               CALL tab_1d_2d( nbpb, t_i(:,:,jk,jl), npb, t_i_1d     (1:nbpb,jk), jpi, jpj)
403               CALL tab_1d_2d( nbpb, e_i(:,:,jk,jl), npb, q_i_1d     (1:nbpb,jk), jpi, jpj)
404               CALL tab_1d_2d( nbpb, s_i(:,:,jk,jl), npb, s_i_1d     (1:nbpb,jk), jpi, jpj)
405            END DO
406               CALL tab_1d_2d( nbpb, qlead         , npb, qlead_1d  (1:nbpb)   , jpi, jpj )
407
408               CALL tab_1d_2d( nbpb, wfx_snw       , npb, wfx_snw_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
409               CALL tab_1d_2d( nbpb, wfx_sub       , npb, wfx_sub_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
410
411               CALL tab_1d_2d( nbpb, wfx_bog       , npb, wfx_bog_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
412               CALL tab_1d_2d( nbpb, wfx_bom       , npb, wfx_bom_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
413               CALL tab_1d_2d( nbpb, wfx_sum       , npb, wfx_sum_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
414               CALL tab_1d_2d( nbpb, wfx_sni       , npb, wfx_sni_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
415               CALL tab_1d_2d( nbpb, wfx_res       , npb, wfx_res_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
416               CALL tab_1d_2d( nbpb, wfx_spr       , npb, wfx_spr_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
417
418               CALL tab_1d_2d( nbpb, sfx_bog       , npb, sfx_bog_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
419               CALL tab_1d_2d( nbpb, sfx_bom       , npb, sfx_bom_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
420               CALL tab_1d_2d( nbpb, sfx_sum       , npb, sfx_sum_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
421               CALL tab_1d_2d( nbpb, sfx_sni       , npb, sfx_sni_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
422               CALL tab_1d_2d( nbpb, sfx_res       , npb, sfx_res_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
423               CALL tab_1d_2d( nbpb, sfx_bri       , npb, sfx_bri_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
424
425              CALL tab_1d_2d( nbpb, hfx_thd       , npb, hfx_thd_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
426              CALL tab_1d_2d( nbpb, hfx_spr       , npb, hfx_spr_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
427              CALL tab_1d_2d( nbpb, hfx_sum       , npb, hfx_sum_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
428              CALL tab_1d_2d( nbpb, hfx_bom       , npb, hfx_bom_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
429              CALL tab_1d_2d( nbpb, hfx_bog       , npb, hfx_bog_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
430              CALL tab_1d_2d( nbpb, hfx_dif       , npb, hfx_dif_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
431              CALL tab_1d_2d( nbpb, hfx_opw       , npb, hfx_opw_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
432              CALL tab_1d_2d( nbpb, hfx_snw       , npb, hfx_snw_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
433              CALL tab_1d_2d( nbpb, hfx_sub       , npb, hfx_sub_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
434              CALL tab_1d_2d( nbpb, hfx_err       , npb, hfx_err_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
435              CALL tab_1d_2d( nbpb, hfx_res       , npb, hfx_res_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
436              CALL tab_1d_2d( nbpb, hfx_err_rem   , npb, hfx_err_rem_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
437
438            IF ( ( ( nn_monocat .EQ. 1 ) .OR. ( nn_monocat .EQ. 4 ) ) .AND. ( jpl == 1 ) ) THEN
439              CALL tab_1d_2d( nbpb, dh_i_melt(:,:,jl) , npb, dh_i_melt_1d(1:nbpb) , jpi, jpj )
440            ENDIF
441            !
442              CALL tab_1d_2d( nbpb, qns_ice(:,:,jl), npb, qns_ice_1d(1:nbpb) , jpi, jpj)
443              CALL tab_1d_2d( nbpb, ftr_ice(:,:,jl), npb, ftr_ice_1d(1:nbpb) , jpi, jpj )
444            !
445            IF( lk_mpp )   CALL mpp_comm_free( ncomm_ice ) !RB necessary ??
446         ENDIF
447         !
448      END DO
449
450      !------------------------------------------------------------------------------!
451      ! 5) Global variables, diagnostics
452      !------------------------------------------------------------------------------!
453
454      !------------------------
455      ! 5.1) Ice heat content             
456      !------------------------
457      ! Enthalpies are global variables we have to readjust the units (heat content in Joules)
458      DO jl = 1, jpl
459         DO jk = 1, nlay_i
460            e_i(:,:,jk,jl) = e_i(:,:,jk,jl) * area(:,:) * a_i(:,:,jl) * ht_i(:,:,jl) / ( unit_fac * REAL( nlay_i ) )
461         END DO
462      END DO
463
464      !------------------------
465      ! 5.2) Snow heat content             
466      !------------------------
467      ! Enthalpies are global variables we have to readjust the units (heat content in Joules)
468      DO jl = 1, jpl
469         DO jk = 1, nlay_s
470            e_s(:,:,jk,jl) = e_s(:,:,jk,jl) * area(:,:) * a_i(:,:,jl) * ht_s(:,:,jl) / ( unit_fac * REAL( nlay_s ) )
471         END DO
472      END DO
473
474      !----------------------------------
475      ! 5.3) Change thickness to volume
476      !----------------------------------
477      CALL lim_var_eqv2glo
478
479      !----------------------------------
480      ! 5.X) Lateral melting
481      !----------------------------------
482      !!! declare dh_i_melt (ok), dh_i_melt_1d (ok), nbplm (ok), nplm (ok), zda(ok)
483
484      IF ( ( ( nn_monocat .EQ. 1 ) .OR. ( nn_monocat .EQ. 4 ) ) .AND. ( jpl == 1 ) ) THEN
485
486         WRITE(numout,*) ' Lateral melting ON '
487
488         ! select points where lateral melting occurs
489         jl = 1
490
491         nbplm = 0
492         DO jj = 1, jpj
493            DO ji = 1, jpi
494               IF ( ( dh_i_melt(ji,jj,jl)                  .LT.-epsi10 ) .AND.    &
495     &              ( ht_i(ji,jj,jl) - dh_i_melt(ji,jj,jl) .GT. epsi10 ) .AND.    & 
496     &              ( ht_i(ji,jj,jl)                       .GT. epsi10 ) ) THEN     
497                  nbplm   = nbplm  + 1
498                  nplm(nbplm) = (jj - 1) * jpi + ji
499               ENDIF
500            END DO
501         END DO
502
503         IF( nbplm > 0 ) THEN  ! If there is no net melting, do nothing
504
505            ! Move to 1D arrays
506            !-------------------------
507
508            CALL tab_2d_1d( nbplm, a_i_1d      (1:nbplm), a_i(:,:,jl)       , jpi, jpj, nplm(1:nbplm) )
509            CALL tab_2d_1d( nbplm, ht_i_1d     (1:nbplm), ht_i(:,:,jl)      , jpi, jpj, nplm(1:nbplm) )
510            CALL tab_2d_1d( nbplm, dh_i_melt_1d(1:nbplm), dh_i_melt(:,:,jl) , jpi, jpj, nplm(1:nbplm) )
511
512            ! Compute lateral melting (dA = A/2h dh )
513            DO ji = 1, nbplm
514               zda        = a_i_1d(ji) * dh_i_melt_1d(ji) / ( 2._wp * ht_i_1d(ji) )
515               a_i_1d(ji) = a_i_1d(ji) + zda
516            END DO
517
518            ! Move back to 2D arrays
519            !-------------------------
520            CALL tab_1d_2d( nbplm, a_i (:,:,jl)  , nplm, a_i_1d     (1:nbplm)   , jpi, jpj )
521            at_i(:,:) = a_i(:,:,jl)
522
523         ENDIF
524
525      ENDIF
526
527      !--------------------------------------------
528      ! 5.4) Diagnostic thermodynamic growth rates
529      !--------------------------------------------
530      IF(ln_ctl) THEN            ! Control print
531         CALL prt_ctl_info(' ')
532         CALL prt_ctl_info(' - Cell values : ')
533         CALL prt_ctl_info('   ~~~~~~~~~~~~~ ')
534         CALL prt_ctl(tab2d_1=area , clinfo1=' lim_thd  : cell area :')
535         CALL prt_ctl(tab2d_1=at_i , clinfo1=' lim_thd  : at_i      :')
536         CALL prt_ctl(tab2d_1=vt_i , clinfo1=' lim_thd  : vt_i      :')
537         CALL prt_ctl(tab2d_1=vt_s , clinfo1=' lim_thd  : vt_s      :')
538         DO jl = 1, jpl
539            CALL prt_ctl_info(' ')
540            CALL prt_ctl_info(' - Category : ', ivar1=jl)
541            CALL prt_ctl_info('   ~~~~~~~~~~')
542            CALL prt_ctl(tab2d_1=a_i   (:,:,jl)   , clinfo1= ' lim_thd  : a_i      : ')
543            CALL prt_ctl(tab2d_1=ht_i  (:,:,jl)   , clinfo1= ' lim_thd  : ht_i     : ')
544            CALL prt_ctl(tab2d_1=ht_s  (:,:,jl)   , clinfo1= ' lim_thd  : ht_s     : ')
545            CALL prt_ctl(tab2d_1=v_i   (:,:,jl)   , clinfo1= ' lim_thd  : v_i      : ')
546            CALL prt_ctl(tab2d_1=v_s   (:,:,jl)   , clinfo1= ' lim_thd  : v_s      : ')
547            CALL prt_ctl(tab2d_1=e_s   (:,:,1,jl) , clinfo1= ' lim_thd  : e_s      : ')
548            CALL prt_ctl(tab2d_1=t_su  (:,:,jl)   , clinfo1= ' lim_thd  : t_su     : ')
549            CALL prt_ctl(tab2d_1=t_s   (:,:,1,jl) , clinfo1= ' lim_thd  : t_snow   : ')
550            CALL prt_ctl(tab2d_1=sm_i  (:,:,jl)   , clinfo1= ' lim_thd  : sm_i     : ')
551            CALL prt_ctl(tab2d_1=smv_i (:,:,jl)   , clinfo1= ' lim_thd  : smv_i    : ')
552            DO jk = 1, nlay_i
553               CALL prt_ctl_info(' ')
554               CALL prt_ctl_info(' - Layer : ', ivar1=jk)
555               CALL prt_ctl_info('   ~~~~~~~')
556               CALL prt_ctl(tab2d_1=t_i(:,:,jk,jl) , clinfo1= ' lim_thd  : t_i      : ')
557               CALL prt_ctl(tab2d_1=e_i(:,:,jk,jl) , clinfo1= ' lim_thd  : e_i      : ')
558            END DO
559         END DO
560      ENDIF
561      !
562      !
563      CALL wrk_dealloc( jpi, jpj, zqsr, zqns )
564
565      !
566      ! conservation test
567      IF( ln_limdiahsb ) CALL lim_cons_hsm(1, 'limthd', zvi_b, zsmv_b, zei_b, zfw_b, zfs_b, zft_b)
568      !
569      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('limthd')
570
571   END SUBROUTINE lim_thd 
572
573   SUBROUTINE lim_thd_temp( kideb, kiut )
574      !!-----------------------------------------------------------------------
575      !!                   ***  ROUTINE lim_thd_temp ***
576      !!                 
577      !! ** Purpose :   Computes sea ice temperature (Kelvin) from enthalpy
578      !!
579      !! ** Method  :   Formula (Bitz and Lipscomb, 1999)
580      !!-------------------------------------------------------------------
581      INTEGER, INTENT(in) ::   kideb, kiut   ! bounds for the spatial loop
582      !!
583      INTEGER  ::   ji, jk   ! dummy loop indices
584      REAL(wp) ::   ztmelts, zaaa, zbbb, zccc, zdiscrim  ! local scalar
585      !!-------------------------------------------------------------------
586      ! Recover ice temperature
587      DO jk = 1, nlay_i
588         DO ji = kideb, kiut
589            ztmelts       =  -tmut * s_i_1d(ji,jk) + rtt
590            ! Conversion q(S,T) -> T (second order equation)
591            zaaa          =  cpic
592            zbbb          =  ( rcp - cpic ) * ( ztmelts - rtt ) + q_i_1d(ji,jk) / rhoic - lfus
593            zccc          =  lfus * ( ztmelts - rtt )
594            zdiscrim      =  SQRT( MAX( zbbb * zbbb - 4._wp * zaaa * zccc, 0._wp ) )
595            t_i_1d(ji,jk) =  rtt - ( zbbb + zdiscrim ) / ( 2._wp * zaaa )
596           
597            ! mask temperature
598            rswitch       =  1._wp - MAX( 0._wp , SIGN( 1._wp , - ht_i_1d(ji) ) ) 
599            t_i_1d(ji,jk) =  rswitch * t_i_1d(ji,jk) + ( 1._wp - rswitch ) * rtt
600         END DO
601      END DO
602
603   END SUBROUTINE lim_thd_temp
604
605   SUBROUTINE lim_thd_init
606      !!-----------------------------------------------------------------------
607      !!                   ***  ROUTINE lim_thd_init ***
608      !!                 
609      !! ** Purpose :   Physical constants and parameters linked to the ice
610      !!              thermodynamics
611      !!
612      !! ** Method  :   Read the namicethd namelist and check the ice-thermo
613      !!              parameter values called at the first timestep (nit000)
614      !!
615      !! ** input   :   Namelist namicether
616      !!-------------------------------------------------------------------
617      INTEGER  ::   ios                 ! Local integer output status for namelist read
618      NAMELIST/namicethd/ hiccrit, fraz_swi, maxfrazb, vfrazb, Cfrazb,    &
619         &                hiclim, parsub, betas,                          & 
620         &                kappa_i, nconv_i_thd, maxer_i_thd, thcon_i_swi, &
621         &                nn_monocat
622      !!-------------------------------------------------------------------
623      !
624      IF(lwp) THEN
625         WRITE(numout,*)
626         WRITE(numout,*) 'lim_thd : Ice Thermodynamics'
627         WRITE(numout,*) '~~~~~~~'
628      ENDIF
629      !
630      REWIND( numnam_ice_ref )              ! Namelist namicethd in reference namelist : Ice thermodynamics
631      READ  ( numnam_ice_ref, namicethd, IOSTAT = ios, ERR = 901)
632901   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namicethd in reference namelist', lwp )
633
634      REWIND( numnam_ice_cfg )              ! Namelist namicethd in configuration namelist : Ice thermodynamics
635      READ  ( numnam_ice_cfg, namicethd, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
636902   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namicethd in configuration namelist', lwp )
637      IF(lwm) WRITE ( numoni, namicethd )
638      !
639      IF ( ( jpl > 1 ) .AND. ( nn_monocat == 1 ) ) THEN
640         nn_monocat = 0
641         WRITE(numout, *) ' nn_monocat must be 0 in multi-category case '
642      ENDIF
643
644      IF( lk_cpl .AND. parsub /= 0.0 )   CALL ctl_stop( 'In coupled mode, use parsub = 0. or send dqla' )
645      !
646      IF(lwp) THEN                          ! control print
647         WRITE(numout,*)
648         WRITE(numout,*)'   Namelist of ice parameters for ice thermodynamic computation '
649         WRITE(numout,*)'      ice thick. for lateral accretion                        hiccrit      = ', hiccrit
650         WRITE(numout,*)'      Frazil ice thickness as a function of wind or not       fraz_swi     = ', fraz_swi
651         WRITE(numout,*)'      Maximum proportion of frazil ice collecting at bottom   maxfrazb     = ', maxfrazb
652         WRITE(numout,*)'      Thresold relative drift speed for collection of frazil  vfrazb       = ', vfrazb
653         WRITE(numout,*)'      Squeezing coefficient for collection of frazil          Cfrazb       = ', Cfrazb
654         WRITE(numout,*)'      minimum ice thickness                                   hiclim       = ', hiclim 
655         WRITE(numout,*)'      numerical carac. of the scheme for diffusion in ice '
656         WRITE(numout,*)'      switch for snow sublimation  (=1) or not (=0)           parsub       = ', parsub 
657         WRITE(numout,*)'      coefficient for ice-lead partition of snowfall          betas        = ', betas
658         WRITE(numout,*)'      extinction radiation parameter in sea ice               kappa_i      = ', kappa_i
659         WRITE(numout,*)'      maximal n. of iter. for heat diffusion computation      nconv_i_thd  = ', nconv_i_thd
660         WRITE(numout,*)'      maximal err. on T for heat diffusion computation        maxer_i_thd  = ', maxer_i_thd
661         WRITE(numout,*)'      switch for comp. of thermal conductivity in the ice     thcon_i_swi  = ', thcon_i_swi
662         WRITE(numout,*)'      check heat conservation in the ice/snow                 con_i        = ', con_i
663         WRITE(numout,*)'      virtual ITD mono-category parameterizations (1) or not  nn_monocat   = ', nn_monocat
664      ENDIF
665      !
666   END SUBROUTINE lim_thd_init
667
668#else
669   !!----------------------------------------------------------------------
670   !!   Default option         Dummy module          NO  LIM3 sea-ice model
671   !!----------------------------------------------------------------------
672#endif
673
674   !!======================================================================
675END MODULE limthd
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.