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limmp.F90 in branches/2016/dev_r6859_LIM3_meltponds/NEMOGCM/NEMO/LIM_SRC_3 – NEMO

source: branches/2016/dev_r6859_LIM3_meltponds/NEMOGCM/NEMO/LIM_SRC_3/limmp.F90 @ 8098

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Further melt pond work

File size: 91.0 KB
RevLine 
[7293]1MODULE limmp 
2   !!======================================================================
3   !!                     ***  MODULE  limmp   ***
4   !!   Melt ponds
5   !!======================================================================
6   !! history :       ! Original code by Daniela Flocco and Adrian Turner
7   !!            1.0  ! 2012    (O. Lecomte) Adaptation for scientific tests (NEMO3.1)
8   !!            2.0  ! 2016    (O. Lecomte, C. Rousset, M. Vancoppenolle) Implementation in NEMO3.6
9   !!----------------------------------------------------------------------
10#if defined key_lim3
11   !!----------------------------------------------------------------------
12   !!   'key_lim3' :                                 LIM3 sea-ice model
13   !!----------------------------------------------------------------------
14   !!   lim_mp_init      : some initialization and namelist read
15   !!   lim_mp           : main calling routine
[7325]16   !!   lim_mp_topo      : main melt pond routine for the "topographic" formulation (FloccoFeltham)
17   !!   lim_mp_area      : ??? compute melt pond fraction per category
18   !!   lim_mp_perm      : computes permeability (should be a FUNCTION!)
[7293]19   !!   calc_hpond       : computes melt pond depth
20   !!   permeability_phy : computes permeability
21
22   !!----------------------------------------------------------------------
[7325]23   USE phycst           ! physical constants
24   USE dom_oce          ! ocean space and time domain
[7293]25!  USE sbc_ice          ! Surface boundary condition: ice   fields
26   USE ice              ! LIM-3 variables
27   USE lbclnk           ! lateral boundary conditions - MPP exchanges
28   USE lib_mpp          ! MPP library
29   USE wrk_nemo         ! work arrays
30   USE in_out_manager   ! I/O manager
31   USE lib_fortran      ! glob_sum
32   USE timing           ! Timing
33!  USE limcons          ! conservation tests
34!  USE limctl           ! control prints
35!  USE limvar
36
37!OLI_CODE    USE ice_oce, ONLY: rdt_ice, tatm_ice
38!OLI_CODE    USE phycst
39!OLI_CODE    USE dom_ice
40!OLI_CODE    USE dom_oce
41!OLI_CODE    USE sbc_oce
42!OLI_CODE    USE sbc_ice
43!OLI_CODE    USE par_ice
44!OLI_CODE    USE par_oce
45!OLI_CODE    USE ice
46!OLI_CODE    USE thd_ice
47!OLI_CODE    USE in_out_manager
48!OLI_CODE    USE lbclnk
49!OLI_CODE    USE lib_mpp
50!OLI_CODE
51!OLI_CODE    IMPLICIT NONE
52!OLI_CODE    PRIVATE
53!OLI_CODE
54!OLI_CODE    PUBLIC   lim_mp_init
55!OLI_CODE    PUBLIC   lim_mp
56
57   IMPLICIT NONE
58   PRIVATE
59
60   PUBLIC   lim_mp_init    ! routine called by sbcice_lim.F90
[7325]61   PUBLIC   lim_mp         ! routine called by sbcice_lim.F90
[7293]62
63   !! * Substitutions
64#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
65   !!----------------------------------------------------------------------
66   !! NEMO/LIM3 4.0 , UCL - NEMO Consortium (2011)
67   !! $Id: limdyn.F90 6994 2016-10-05 13:07:10Z clem $
68   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
69   !!----------------------------------------------------------------------
70CONTAINS
71
72   SUBROUTINE lim_mp_init 
73      !!-------------------------------------------------------------------
74      !!                  ***  ROUTINE lim_mp_init   ***
75      !!
76      !! ** Purpose : Physical constants and parameters linked to melt ponds
77      !!      over sea ice
78      !!
79      !! ** Method  :  Read the namicemp  namelist and check the melt pond 
80      !!       parameter values called at the first timestep (nit000)
81      !!
82      !! ** input   :   Namelist namicemp 
83      !!-------------------------------------------------------------------
84      INTEGER  ::   ios                 ! Local integer output status for namelist read
[8098]85      NAMELIST/namicemp/  ln_pnd, nn_pnd_scheme, nn_pnd_cpl, rn_apnd, rn_hpnd
[7293]86      !!-------------------------------------------------------------------
87
88      REWIND( numnam_ice_ref )              ! Namelist namicemp  in reference namelist : Melt Ponds 
89      READ  ( numnam_ice_ref, namicemp, IOSTAT = ios, ERR = 901)
90901   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namicemp  in reference namelist', lwp )
91
92      REWIND( numnam_ice_cfg )              ! Namelist namicemp  in configuration namelist : Melt Ponds
93      READ  ( numnam_ice_cfg, namicemp, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
94902   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namicemp in configuration namelist', lwp )
95      IF(lwm) WRITE ( numoni, namicemp )
96     
97      IF(lwp) THEN                        ! control print
98         WRITE(numout,*)
99         WRITE(numout,*) 'lim_mp_init : ice parameters for melt ponds'
100         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~'
[8061]101         WRITE(numout,*)'    Activate melt ponds                                         ln_pnd        = ', ln_pnd
102         WRITE(numout,*)'    Type of melt pond scheme =0 presc, =1 empirical = 2 topo    nn_pnd_scheme = ', nn_pnd_scheme
[8085]103         WRITE(numout,*)'    Type of melt pond coupling =0 pass., =1 full, =2 rad, 3=fw  nn_pnd_cpl    = ', nn_pnd_cpl
[8061]104         WRITE(numout,*)'    Prescribed pond fraction                                    rn_apnd       = ', rn_apnd
[8098]105         WRITE(numout,*)'    Prescribed pond depth                                       rn_hpnd       = ', rn_hpnd
[7293]106      ENDIF
[8085]107
[8098]108      IF ( .NOT. ln_pnd ) THEN
109         WRITE(numout,*) ' Melt ponds are not activated '
110         WRITE(numout,*) ' nn_pnd_scheme, nn_pnd_cpl, rn_apnd and rn_hpnd are set to zero '
[8085]111         nn_pnd_scheme = 0
112         nn_pnd_cpl    = 0
113         rn_apnd       = 0._wp
[8098]114         rn_hpnd       = 0._wp
[8085]115      ENDIF
[8098]116
[7293]117      !
118   END SUBROUTINE lim_mp_init
[8098]119   
[7293]120
[8061]121
[7325]122   SUBROUTINE lim_mp( kt )
123      !!-------------------------------------------------------------------
124      !!               ***  ROUTINE lim_mp   ***
125      !!               
126      !! ** Purpose :   change melt pond fraction
127      !!               
128      !! ** Method  :   brutal force
129      !!
130      !! ** Action  : -
131      !!              -
132      !!------------------------------------------------------------------------------------
[7293]133
[7325]134      INTEGER, INTENT(in) :: kt    ! number of iteration
135      INTEGER  ::   ji, jj, jl     ! dummy loop indices
[7293]136
[7325]137!     REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:) ::   zfsurf  ! surface heat flux(obsolete, should be droped)
138      !
139      !!-------------------------------------------------------------------
[7293]140
[7325]141      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('limthd')
[7293]142
[7325]143      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('lim_mp')
[7293]144
[8061]145      SELECT CASE ( nn_pnd_scheme )
[7325]146
[8098]147         CASE (0)
148
149            CALL lim_mp_cstt       ! staircase melt ponds
150
[8085]151         CASE (1)
[8060]152
[8098]153            CALL lim_mp_cesm       ! empirical melt ponds
[8060]154
[8085]155         CASE (2)
[8061]156
[8098]157            CALL lim_mp_topo   &   ! topographic melt ponds
158                      &          (at_i, a_i,                                       &
159                      &          vt_i, v_i, v_s,            t_i, s_i, a_ip_frac,   &
[8085]160                      &          h_ip,     t_su)
[8061]161
162      END SELECT
163
[7325]164      ! we should probably not aggregate here since we do it in lim_var_agg
165      ! before output, unless we need the total volume and faction else where
166
167      ! we should also make sure a_ip and v_ip are properly updated at the end
168      ! of the routine
169
170   END SUBROUTINE lim_mp 
171
[8098]172   SUBROUTINE lim_mp_cstt 
173       !!-------------------------------------------------------------------
174       !!                ***  ROUTINE lim_mp_cstt  ***
175       !!
176       !! ** Purpose    : Compute melt pond evolution
177       !!
178       !! ** Method     : Melt pond fraction and thickness are prescribed
179       !!                 to non-zero values when t_su = 0C
180       !!
181       !! ** Tunable parameters : pond fraction (rn_apnd), pond depth (rn_hpnd)
182       !!               
183       !! ** Note       : Coupling with such melt ponds is only radiative
184       !!                 Advection, ridging, rafting... are bypassed
185       !!
186       !! ** References : Bush, G.W., and Trump, D.J. (2017)
187       !!   
188       !!-------------------------------------------------------------------
189       INTEGER                             :: ji, jj, jl
190       REAL(wp)                            :: z1_jpl            ! 1/jpl
191       !!-------------------------------------------------------------------
[8061]192
[8098]193       z1_jpl     = 1. / FLOAT(jpl)
[8061]194
[8098]195       WHERE ( ( a_i > epsi10 ) .AND. ( t_su >= rt0-epsi06 ) ) 
196          a_ip      = rn_apnd * z1_jpl 
197          h_ip      = rn_hpnd   
198          v_ip      = a_ip * h_ip 
199          a_ip_frac = a_ip / a_i
200       ELSE WHERE
201          a_ip      = 0._wp
202          h_ip      = 0._wp
203          v_ip      = 0._wp
204          a_ip_frac = 0._wp
205       END WHERE
206
207       wfx_pnd(:,:) = 0._wp
208
209   END SUBROUTINE lim_mp_cstt
210
[8060]211   SUBROUTINE lim_mp_cesm
212       !!-------------------------------------------------------------------
213       !!                ***  ROUTINE lim_mp_cesm  ***
214       !!
215       !! ** Purpose    : Compute melt pond evolution
216       !!
[8061]217       !! ** Method     : Empirical method. A fraction of meltwater is accumulated
218       !!                 in pond volume. It is then released exponentially when
[8098]219       !!                 surface is freezing.
[8060]220       !!
[8098]221       !! ** Tunable parameters : (no expertise yet)
[8060]222       !!
223       !! ** Note       : Stolen from CICE for quick test of the melt pond
[8061]224       !!                 radiation and freshwater interfaces
[8098]225       !!                 Coupling can be radiative AND freshwater
226       !!                 Advection, ridging, rafting are called
[8060]227       !!
228       !! ** References : Holland, M. M. et al (J Clim 2012)
229       !!   
230       !!-------------------------------------------------------------------
231
[8061]232       INTEGER, POINTER, DIMENSION(:)      :: indxi             ! compressed indices for cells with ice melting
233       INTEGER, POINTER, DIMENSION(:)      :: indxj             !
[8060]234
235       REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:)   :: zwfx_mlw          ! available meltwater for melt ponding
236       REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) :: zrfrac            ! fraction of available meltwater retained for melt ponding
237
238       REAL(wp), PARAMETER                 :: zrmin  = 0.15_wp  ! minimum fraction of available meltwater retained for melt ponding
239       REAL(wp), PARAMETER                 :: zrmax  = 0.70_wp  ! maximum   ''           ''       ''        ''            ''
240       REAL(wp), PARAMETER                 :: zrexp  = 0.01_wp  ! rate constant to refreeze melt ponds
241       REAL(wp), PARAMETER                 :: zpnd_aspect = 0.8_wp ! pond aspect ratio
242
243       REAL(wp)                            :: zhi               ! dummy ice thickness
244       REAL(wp)                            :: zhs               ! dummy snow depth
245       REAL(wp)                            :: zTp               ! reference temperature
246       REAL(wp)                            :: zdTs              ! dummy temperature difference
247       REAL(wp)                            :: z1_rhofw          ! inverse freshwater density
248       REAL(wp)                            :: z1_zpnd_aspect    ! inverse pond aspect ratio
[8085]249       REAL(wp)                            :: zvpold            ! dummy pond volume
[8060]250
[8061]251       INTEGER                             :: ji, jj, jl, ij    ! loop indices
252       INTEGER                             :: icells            ! size of dummy array
253
[8060]254       !!-------------------------------------------------------------------
255
256       CALL wrk_alloc( jpi*jpj, indxi, indxj)
[8061]257       CALL wrk_alloc( jpi,jpj,     zwfx_mlw )
258       CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpl, zrfrac   )
[8060]259
260       z1_rhofw       = 1. / rhofw 
261       z1_zpnd_aspect = 1. / zpnd_aspect
[8061]262       zTp            = -2. 
[8060]263
264       !------------------------------------------------------------------
265       ! Available melt water for melt ponding and corresponding fraction
266       !------------------------------------------------------------------
267
268       zwfx_mlw(:,:) = wfx_sum(:,:) + wfx_snw(:,:)        ! available meltwater for melt ponding
269
270       zrfrac(:,:,:) = zrmin + ( zrmax - zrmin ) * a_i(:,:,:) 
271
272       DO jl = 1, jpl   
273
274          ! v_ip(:,:,jl) ! Initialize things
275          ! a_ip(:,:,jl)
276          ! volpn(:,:) = hpnd(:,:) * apnd(:,:) * aicen(:,:)
277
278          !------------------------------------------------------------------------------
279          ! Identify grid cells where ponds should be updated (can probably be improved)
280          !------------------------------------------------------------------------------
281
282          indxi(:) = 0
283          indxj(:) = 0
284          icells   = 0
285
286          DO jj = 1, jpj
287            DO ji = 1, jpi
288               IF ( a_i(ji,jj,jl) > epsi10 ) THEN
289                  icells = icells + 1
[8061]290                  indxi(icells) = ji
291                  indxj(icells) = jj
[8060]292               ENDIF
293            END DO                 ! ji
294         END DO                    ! jj
295
296         DO ij = 1, icells
297
298            ji = indxi(ij)
299            jj = indxj(ij)
300
301            zhi = v_i(ji,jj,jl) / a_i(ji,jj,jl)
302            zhs = v_s(ji,jj,jl) / a_i(ji,jj,jl)
303
304            IF ( zhi < rn_himin) THEN   !--- Remove ponds on thin ice if ice is too thin
305
[8061]306               a_ip(ji,jj,jl)      = 0._wp                               !--- Dump ponds
[8060]307               v_ip(ji,jj,jl)      = 0._wp
308               a_ip_frac(ji,jj,jl) = 0._wp
309               h_ip(ji,jj,jl)      = 0._wp
310
[8063]311               IF ( ( nn_pnd_cpl == 1 ) .OR. ( nn_pnd_cpl == 3 ) ) & !--- Give freshwater to the ocean
[8061]312                  wfx_pnd(ji,jj)   = wfx_pnd(ji,jj) + v_ip(ji,jj,jl) 
313
314
[8060]315            ELSE                        !--- Update pond characteristics
316
[8085]317               !--- Add retained melt water to melt ponds
[8061]318               v_ip(ji,jj,jl)      = v_ip(ji,jj,jl) + zrfrac(ji,jj,jl) * z1_rhofw * zwfx_mlw(ji,jj) * a_i(ji,jj,jl) * rdt_ice
[8060]319
320               !--- Shrink pond due to refreezing
[8061]321               zdTs                = MAX ( zTp - t_su(ji,jj,jl) + rt0 , 0. )
[8060]322               
[8061]323               zvpold              = v_ip(ji,jj,jl)
324
325               v_ip(ji,jj,jl)      = v_ip(ji,jj,jl) * EXP( zrexp * zdTs / zTp )
326
327               !--- Dump meltwater due to refreezing ( of course this is wrong
328               !--- but this parameterization is too simple )
[8063]329               IF ( ( nn_pnd_cpl == 1 ) .OR. ( nn_pnd_cpl == 3 ) ) THEN
[8061]330
331                  wfx_pnd(ji,jj)   = wfx_pnd(ji,jj) + rhofw * ( v_ip(ji,jj,jl) - zvpold ) * r1_rdtice
332
333               ENDIF
334
[8060]335               a_ip_frac(ji,jj,jl) = MIN( 1._wp , SQRT( v_ip(ji,jj,jl) * z1_zpnd_aspect / a_i(ji,jj,jl) ) )
336
337               h_ip(ji,jj,jl)      = zpnd_aspect * a_ip_frac(ji,jj,jl)
338
339               a_ip(ji,jj,jl)      = a_ip_frac(ji,jj,jl) * a_i(ji,jj,jl)
340
341            !-----------------------------------------------------------
342            ! Limit pond depth
343            !-----------------------------------------------------------
344            ! hpondn = min(hpondn, dpthhi*hi)
345
346            !--- Give freshwater to the ocean ?
347
348            ENDIF
349
[8061]350          END DO
[8060]351
[8061]352       END DO ! jpl
[8060]353
[8061]354       !--- Remove retained meltwater from surface fluxes
355
356       IF ( ( nn_pnd_cpl .EQ. 1 ) .OR. ( nn_pnd_cpl .EQ. 3 ) ) THEN
357
358           wfx_snw(:,:) = wfx_snw(:,:) *  ( 1. - zrmin - ( zrmax - zrmin ) * at_i(:,:) )
359
360           wfx_sum(:,:) = wfx_sum(:,:) *  ( 1. - zrmin - ( zrmax - zrmin ) * at_i(:,:) )
361
362       ENDIF
363
[8060]364   END SUBROUTINE lim_mp_cesm
365
[7325]366   SUBROUTINE lim_mp_topo    (aice,      aicen,     &
367                              vice,      vicen,     &
368                              vsnon,                &
369                              ticen,     salin,     &
370                              a_ip_frac, h_ip,      &
371                                         Tsfc )
372       !!-------------------------------------------------------------------
373       !!                ***  ROUTINE lim_mp_topo  ***
374       !!
375       !! ** Purpose :   Compute melt pond evolution based on the ice
376       !!                topography as inferred from the ice thickness
377       !!                distribution. 
378       !!
379       !! ** Method  :   This code is initially based on Flocco and Feltham
380       !!                (2007) and Flocco et al. (2010). More to come...
381       !!
382       !! ** Tunable parameters :
383       !!
384       !! ** Note :
385       !!
386       !! ** References
387       !!    Flocco, D. and D. L. Feltham, 2007.  A continuum model of melt pond
388       !!    evolution on Arctic sea ice.  J. Geophys. Res. 112, C08016, doi:
389       !!    10.1029/2006JC003836.
390       !!    Flocco, D., D. L. Feltham and A. K. Turner, 2010.  Incorporation of
391       !!    a physically based melt pond scheme into the sea ice component of a
392       !!    climate model.  J. Geophys. Res. 115, C08012,
393       !!    doi: 10.1029/2009JC005568.
394       !!   
395       !!-------------------------------------------------------------------
396 
397       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj), &
398          INTENT(IN) :: &
399          aice, &    ! total ice area fraction
400          vice       ! total ice volume (m)
401 
402       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj,jpl), &
403          INTENT(IN) :: &
404          aicen, &   ! ice area fraction, per category
405          vsnon, &   ! snow volume, per category (m)
406          vicen      ! ice volume, per category (m)
407 
408       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj,nlay_i,jpl), &
409          INTENT(IN) :: &
410          ticen, &   ! ice enthalpy, per category
411          salin
412 
413       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj,jpl), &
414          INTENT(INOUT) :: &
415          a_ip_frac , &   ! pond area fraction of ice, per ice category
416          h_ip       ! pond depth, per ice category (m)
417 
418       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj,jpl), &
419          INTENT(IN) :: &
420          Tsfc       ! snow/sea ice surface temperature
421 
422       ! local variables
423       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj,jpl) :: &
424          zTsfcn, & ! ice/snow surface temperature (C)
425          zvolpn, & ! pond volume per unit area, per category (m)
426          zvuin     ! water-equivalent volume of ice lid on melt pond ('upper ice', m)
427 
428       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj,jpl) :: &
429          zapondn,& ! pond area fraction, per category
430          zhpondn   ! pond depth, per category (m)
431 
432       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj) :: &
433          zvolp       ! total volume of pond, per unit area of pond (m)
434 
435       REAL (wp) :: &
436          zhi,    & ! ice thickness (m)
437          zdHui,  & ! change in thickness of ice lid (m)
438          zomega, & ! conduction
439          zdTice, & ! temperature difference across ice lid (C)
440          zdvice, & ! change in ice volume (m)
441          zTavg,  & ! mean surface temperature across categories (C)
442          zTp,    & ! pond freezing temperature (C)
443          zdvn      ! change in melt pond volume for fresh water budget
444       INTEGER, DIMENSION (jpi*jpj) :: &
445          indxi, indxj    ! compressed indices for cells with ice melting
446 
447       INTEGER :: n,k,i,j,ij,icells,indxij ! loop indices
448 
449       INTEGER, DIMENSION (jpl) :: &
450          kcells          ! cells where ice lid combines with vice
451 
452       INTEGER, DIMENSION (jpi*jpj,jpl) :: &
453          indxii, indxjj  ! i,j indices for kcells loop
454 
455       REAL (wp), parameter :: &
456          zhicemin  = 0.1_wp , & ! minimum ice thickness with ponds (m)
457          zTd       = 0.15_wp, & ! temperature difference for freeze-up (C)
458          zr1_rlfus = 1._wp / 0.334e+6 / 917._wp , & ! (J/m^3)
459          zmin_volp = 1.e-4_wp, & ! minimum pond volume (m)
460          z0       = 0._wp,    & 
461          zTimelt   = 0._wp,    &
462          z01      = 0.01_wp,  &
463          z25      = 0.25_wp,  &
464          z5       = 0.5_wp
465
466       !---------------------------------------------------------------
467       ! Initialization
468       !---------------------------------------------------------------
469 
470       zhpondn(:,:,:) = 0._wp
471       zapondn(:,:,:) = 0._wp
472       indxii(:,:) = 0
473       indxjj(:,:) = 0
474       kcells(:)   = 0
475
476       zvolp(:,:) = wfx_sum(:,:) + wfx_snw(:,:) + vt_ip(:,:) ! Total available melt water, to be distributed as melt ponds
477       zTsfcn(:,:,:) = zTsfcn(:,:,:) - rt0                   ! Convert in Celsius
478 
479       ! The freezing temperature for meltponds is assumed slightly below 0C,
480       ! as if meltponds had a little salt in them.  The salt budget is not
481       ! altered for meltponds, but if it were then an actual pond freezing
482       ! temperature could be computed.
483 
484       ! zTp = zTimelt - zTd  ---> for lids
485 
486       !-----------------------------------------------------------------
487       ! Identify grid cells with ponds
488       !-----------------------------------------------------------------
489 
490       icells = 0
491       DO j = 1, jpj
492       DO i = 1, jpi
493          zhi = z0
494          IF (aice(i,j) > epsi10 ) zhi = vice(i,j)/aice(i,j)
495          IF ( aice(i,j) > z01 .and. zhi > zhicemin .and. &
496             zvolp(i,j) > zmin_volp*aice(i,j)) THEN
497             icells = icells + 1
498             indxi(icells) = i
499             indxj(icells) = j
500          ELSE  ! remove ponds on thin ice
501             !fpond(i,j) = fpond(i,j) - zvolp(i,j)
502             zvolpn(i,j,:) = z0
503             zvuin (i,j,:) = z0
504             zvolp (i,j) = z0
505          END IF
506       END DO                     ! i
507       END DO                     ! j
508 
509       DO ij = 1, icells
510          i = indxi(ij)
511          j = indxj(ij)
512 
513          !--------------------------------------------------------------
514          ! calculate pond area and depth
515          !--------------------------------------------------------------
516          CALL lim_mp_area(aice(i,j),vice(i,j), &
517                    aicen(i,j,:), vicen(i,j,:), vsnon(i,j,:), &
518                    ticen(i,j,:,:), salin(i,j,:,:), &
519                    zvolpn(i,j,:), zvolp(i,j), &
520                    zapondn(i,j,:),zhpondn(i,j,:), zdvn)
521         ! outputs are
522         ! - zdvn
523         ! - zvolpn
524         ! - zvolp
525         ! - zapondn
526         ! - zhpondn
527
528          wfx_pnd(i,j) = wfx_pnd(i,j) + zdvn ! update flux from ponds to ocean
529 
[8060]530          ! mean surface temperature MV - why do we need that ? --> for the lid
531
532          ! zTavg = z0
533          ! DO n = 1, jpl
534          !   zTavg = zTavg + zTsfcn(i,j,n)*aicen(i,j,n)
535          ! END DO
536          ! zTavg = zTavg / aice(i,j)
[7325]537 
538       END DO ! ij
539 
540       !---------------------------------------------------------------
541       ! Update pond volume and fraction
542       !---------------------------------------------------------------
543 
544       a_ip(:,:,:) = zapondn(:,:,:)
545       v_ip(:,:,:) = zapondn(:,:,:) * zhpondn(:,:,:)
546       a_ip_frac(:,:,:) = 0._wp
547       h_ip     (:,:,:) = 0._wp
548
549    END SUBROUTINE lim_mp_topo
550
551    SUBROUTINE lim_mp_area(aice,vice, &
552                         aicen, vicen, vsnon, ticen, &
553                         salin, zvolpn, zvolp,         &
554                         zapondn,zhpondn,dvolp)
555
556       !!-------------------------------------------------------------------
557       !!                ***  ROUTINE lim_mp_area ***
558       !!
559       !! ** Purpose : Given the total volume of meltwater, update
560       !!              pond fraction (a_ip) and depth (should be volume)
561       !!
562       !! **
563       !!             
564       !!------------------------------------------------------------------
565
566       REAL (wp), INTENT(IN) :: &
567          aice,vice
568 
569       REAL (wp), DIMENSION(jpl), INTENT(IN) :: &
570          aicen, vicen, vsnon
571 
572       REAL (wp), DIMENSION(nlay_i,jpl), INTENT(IN) :: &
573          ticen, salin
574 
575       REAL (wp), DIMENSION(jpl), INTENT(INOUT) :: &
576          zvolpn
577 
578       REAL (wp), INTENT(INOUT) :: &
579          zvolp, dvolp
580 
581       REAL (wp), DIMENSION(jpl), INTENT(OUT) :: &
582          zapondn, zhpondn
583 
584       INTEGER :: &
585          n, ns,   &
586          m_index, &
587          permflag
588 
589       REAL (wp), DIMENSION(jpl) :: &
590          hicen, &
591          hsnon, &
592          asnon, &
593          alfan, &
594          betan, &
595          cum_max_vol, &
596          reduced_aicen       
597 
598       REAL (wp), DIMENSION(0:jpl) :: &
599          cum_max_vol_tmp
600 
601       REAL (wp) :: &
602          hpond, &
603          drain, &
604          floe_weight, &
605          pressure_head, &
606          hsl_rel, &
607          deltah, &
608          perm, &
609          msno
610 
611       REAL (wp), parameter :: & 
612          viscosity = 1.79e-3_wp, &  ! kinematic water viscosity in kg/m/s
613          z0        = 0.0_wp    , &
614          c1        = 1.0_wp    , &
615          p4        = 0.4_wp    , &
616          p6        = 0.6_wp    , &
617          epsi10      = 1.0e-11_wp
618         
619      !-----------|
620      !           |
621      !           |-----------|
622      !___________|___________|______________________________________sea-level
623      !           |           |
624      !           |           |---^--------|
625      !           |           |   |        |
626      !           |           |   |        |-----------|              |-------
627      !           |           |   |alfan(n)|           |              |
628      !           |           |   |        |           |--------------|
629      !           |           |   |        |           |              |
630      !---------------------------v-------------------------------------------
631      !           |           |   ^        |           |              |
632      !           |           |   |        |           |--------------|
633      !           |           |   |betan(n)|           |              |
634      !           |           |   |        |-----------|              |-------
635      !           |           |   |        |
636      !           |           |---v------- |
637      !           |           |
638      !           |-----------|
639      !           |
640      !-----------|
641     
642       !-------------------------------------------------------------------
643       ! initialize
644       !-------------------------------------------------------------------
645 
646       DO n = 1, jpl
647 
648          zapondn(n) = z0
649          zhpondn(n) = z0
650 
651          !----------------------------------------
652          ! X) compute the effective snow fraction
653          !----------------------------------------
654          IF (aicen(n) < epsi10)  THEN
655             hicen(n) =  z0 
656             hsnon(n) = z0
657             reduced_aicen(n) = z0
658          ELSE
659             hicen(n) = vicen(n) / aicen(n)
660             hsnon(n) = vsnon(n) / aicen(n)
661             reduced_aicen(n) = c1 ! n=jpl
662             IF (n < jpl) reduced_aicen(n) = aicen(n) &
663                                  * (-0.024_wp*hicen(n) + 0.832_wp) 
664             asnon(n) = reduced_aicen(n)  ! effective snow fraction (empirical)
[8060]665             ! MV should check whether this makes sense to have the same effective snow fraction in here
[7325]666          END IF
667 
668 ! This choice for alfa and beta ignores hydrostatic equilibium of categories.
669 ! Hydrostatic equilibium of the entire ITD is accounted for below, assuming
670 ! a surface topography implied by alfa=0.6 and beta=0.4, and rigidity across all
671 ! categories.  alfa and beta partition the ITD - they are areas not thicknesses!
672 ! Multiplying by hicen, alfan and betan (below) are thus volumes per unit area.
673 ! Here, alfa = 60% of the ice area (and since hice is constant in a category,
674 ! alfan = 60% of the ice volume) in each category lies above the reference line,
675 ! and 40% below. Note: p6 is an arbitrary choice, but alfa+beta=1 is required.
[8060]676
677 ! MV: 
678 ! Note that this choice is not in the original FF07 paper and has been adopted in CICE
679 ! No reason why is explained in the doc, but I guess there is a reason. I'll try to investigate, maybe
680
681 ! Where does that choice come from
[7325]682 
[8060]683          alfan(n) = 0.6 * hicen(n)
684          betan(n) = 0.4 * hicen(n)
[7325]685       
686          cum_max_vol(n)     = z0
687          cum_max_vol_tmp(n) = z0
688     
689       END DO ! jpl
690 
691       cum_max_vol_tmp(0) = z0
692       drain = z0
693       dvolp = z0
694
695       !----------------------------------------------------------
696       ! x) Drain overflow water, update pond fraction and volume
697       !----------------------------------------------------------
698       
699       !--------------------------------------------------------------------------
700       ! the maximum amount of water that can be contained up to each ice category
701       !--------------------------------------------------------------------------
702
703       ! MV
704       ! If melt ponds are too deep to be sustainable given the ITD (OVERFLOW)
705       ! Then the excess volume cum_max_vol(jl) drains out of the system
706       ! It should be added to wfx_pnd
707       ! END MV
708     
709       DO n = 1, jpl-1 ! last category can not hold any volume
710 
711          IF (alfan(n+1) >= alfan(n) .and. alfan(n+1) > z0) THEN
712 
713             ! total volume in level including snow
714             cum_max_vol_tmp(n) = cum_max_vol_tmp(n-1) + &
715                (alfan(n+1) - alfan(n)) * sum(reduced_aicen(1:n)) 
716 
717             ! subtract snow solid volumes from lower categories in current level
718             DO ns = 1, n 
719                cum_max_vol_tmp(n) = cum_max_vol_tmp(n) &
720                   - rhosn/rhofw * &   ! free air fraction that can be filled by water
721                     asnon(ns)  * &    ! effective areal fraction of snow in that category
722                     max(min(hsnon(ns)+alfan(ns)-alfan(n), alfan(n+1)- &
723                                   alfan(n)), z0) 
724             END DO
725
726          ELSE ! assume higher categories unoccupied
727             cum_max_vol_tmp(n) = cum_max_vol_tmp(n-1)
728          END IF
729          !IF (cum_max_vol_tmp(n) < z0) THEN
730          !   call abort_ice('negative melt pond volume')
731          !END IF
732       END DO
733       cum_max_vol_tmp(jpl) = cum_max_vol_tmp(jpl-1)  ! last category holds no volume
734       cum_max_vol  (1:jpl) = cum_max_vol_tmp(1:jpl)
735     
736       !----------------------------------------------------------------
737       ! is there more meltwater than can be held in the floe?
738       !----------------------------------------------------------------
739       IF (zvolp >= cum_max_vol(jpl)) THEN
740          drain = zvolp - cum_max_vol(jpl) + epsi10
741          zvolp = zvolp - drain ! update meltwater volume available
742          dvolp = drain         ! this is the drained water
743          IF (zvolp < epsi10) THEN
744             dvolp = dvolp + zvolp
745             zvolp = z0
746          END IF
747       END IF
748     
749       ! height and area corresponding to the remaining volume
750 
751!      call calc_hpond(reduced_aicen, asnon, hsnon, rhos, alfan, &
752!           zvolp, cum_max_vol, hpond, m_index)
753     
754       DO n=1, m_index
755          zhpondn(n) = hpond - alfan(n) + alfan(1) ! here oui choulde update
756                                                   !  volume instead, no ?
757          zapondn(n) = reduced_aicen(n) 
758          ! in practise, pond fraction depends on the empirical snow fraction
759          ! so in turn on ice thickness
760       END DO
761     
762       !------------------------------------------------------------------------
763       ! Drainage through brine network (permeability)
764       !------------------------------------------------------------------------
765       !!! drainage due to ice permeability - Darcy's law
766     
767       ! sea water level
768       msno = z0
769       DO n=1,jpl
770         msno = msno + vsnon(n) * rhosn
771       END DO
772       floe_weight = (msno + rhoic*vice + rau0*zvolp) / aice
773       hsl_rel = floe_weight / rau0 &
774               - ((sum(betan(:)*aicen(:))/aice) + alfan(1))
775     
776       deltah = hpond - hsl_rel
777       pressure_head = grav * rau0 * max(deltah, z0)
778 
779       ! drain IF ice is permeable   
780       permflag = 0
781       IF (pressure_head > z0) THEN
782       DO n = 1, jpl-1
783          IF (hicen(n) /= z0) THEN
784             perm = 0. ! MV ugly dummy patch
785             CALL lim_mp_perm(ticen(:,n), salin(:,n), vicen(n), perm)
786             IF (perm > z0) permflag = 1
787
788             drain = perm*zapondn(n)*pressure_head*rdt_ice / &
789                                      (viscosity*hicen(n))
790             dvolp = dvolp + min(drain, zvolp)
791             zvolp = max(zvolp - drain, z0)
792             IF (zvolp < epsi10) THEN
793                dvolp = dvolp + zvolp
794                zvolp = z0
795             END IF
796          END IF
797       END DO
798 
799       ! adjust melt pond DIMENSIONs
800       IF (permflag > 0) THEN
801          ! recompute pond depth   
802!         CALL calc_hpond(reduced_aicen, asnon, hsnon, rhos, alfan, &
803!                         zvolp, cum_max_vol, hpond, m_index)
804          DO n=1, m_index
805             zhpondn(n) = hpond - alfan(n) + alfan(1)
806             zapondn(n) = reduced_aicen(n) 
807          END DO
808       END IF
809       END IF ! pressure_head
810 
811       !-------------------------------
812       ! X) remove water from the snow
813       !-------------------------------
814       !------------------------------------------------------------------------
815       ! total melt pond volume in category DOes not include snow volume
816       ! snow in melt ponds is not melted
817       !------------------------------------------------------------------------
818 
819       ! Calculate pond volume for lower categories
820       DO n=1,m_index-1
821          zvolpn(n) = zapondn(n) * zhpondn(n) & ! what is not in the snow
822                   - (rhosn/rhofw) * asnon(n) * min(hsnon(n), zhpondn(n))
823       END DO
824 
825       ! Calculate pond volume for highest category = remaining pond volume
826
827       ! The following is completely unclear to Martin at least
828       ! Could we redefine properly and recode in a more readable way ?
829
830       ! m_index = last category with melt pond
831
832       IF (m_index == 1) zvolpn(m_index) = zvolp ! volume of mw in 1st category is the total volume of melt water
833
834       IF (m_index > 1) THEN
835         IF (zvolp > sum(zvolpn(1:m_index-1))) THEN
836           zvolpn(m_index) = zvolp - sum(zvolpn(1:m_index-1)) !
837         ELSE
838           zvolpn(m_index) = z0
839           zhpondn(m_index) = z0
840           zapondn(m_index) = z0
841           ! If remaining pond volume is negative reduce pond volume of
842           ! lower category
843           IF (zvolp+epsi10 < sum(zvolpn(1:m_index-1))) & 
844             zvolpn(m_index-1) = zvolpn(m_index-1)-sum(zvolpn(1:m_index-1))&
845                                + zvolp
846         END IF
847       END IF
848 
849       DO n=1,m_index
850          IF (zapondn(n) > epsi10) THEN
851              zhpondn(n) = zvolpn(n) / zapondn(n)
852          ELSE
853             dvolp = dvolp + zvolpn(n)
854             zhpondn(n) = z0
855             zvolpn(n) = z0
856             zapondn(n) = z0
857          end IF
858       END DO
859       DO n = m_index+1, jpl
860          zhpondn(n) = z0
861          zapondn(n) = z0
862          zvolpn (n) = z0
863       END DO
864 
865    END SUBROUTINE lim_mp_area
866
867!OLI_CODE   
868!OLI_CODE
869!OLI_CODE    SUBROUTINE calc_hpond(aicen, asnon, hsnon, rhos, alfan, &
870!OLI_CODE                          zvolp, cum_max_vol,                &
871!OLI_CODE                          hpond, m_index)
872!OLI_CODE       !!-------------------------------------------------------------------
873!OLI_CODE       !!                ***  ROUTINE calc_hpond  ***
874!OLI_CODE       !!
875!OLI_CODE       !! ** Purpose :   Compute melt pond depth
876!OLI_CODE       !!-------------------------------------------------------------------
877!OLI_CODE     
878!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION(jpl), INTENT(IN) :: &
879!OLI_CODE          aicen, &
880!OLI_CODE          asnon, &
881!OLI_CODE          hsnon, &
882!OLI_CODE          rhos,  &
883!OLI_CODE          alfan, &
884!OLI_CODE          cum_max_vol
885!OLI_CODE     
886!OLI_CODE       REAL (wp), INTENT(IN) :: &
887!OLI_CODE          zvolp
888!OLI_CODE     
889!OLI_CODE       REAL (wp), INTENT(OUT) :: &
890!OLI_CODE          hpond
891!OLI_CODE     
892!OLI_CODE       INTEGER, INTENT(OUT) :: &
893!OLI_CODE          m_index
894!OLI_CODE     
895!OLI_CODE       INTEGER :: n, ns
896!OLI_CODE     
897!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION(0:jpl+1) :: &
898!OLI_CODE          hitl, &
899!OLI_CODE          aicetl
900!OLI_CODE     
901!OLI_CODE       REAL (wp) :: &
902!OLI_CODE          rem_vol, &
903!OLI_CODE          area, &
904!OLI_CODE          vol, &
905!OLI_CODE          tmp, &
906!OLI_CODE          z0   = 0.0_wp,    &   
907!OLI_CODE          epsi10 = 1.0e-11_wp
908!OLI_CODE     
909!OLI_CODE       !----------------------------------------------------------------
910!OLI_CODE       ! hpond is zero if zvolp is zero - have we fully drained?
911!OLI_CODE       !----------------------------------------------------------------
912!OLI_CODE     
913!OLI_CODE       IF (zvolp < epsi10) THEN
914!OLI_CODE        hpond = z0
915!OLI_CODE        m_index = 0
916!OLI_CODE       ELSE
917!OLI_CODE       
918!OLI_CODE        !----------------------------------------------------------------
919!OLI_CODE        ! Calculate the category where water fills up to
920!OLI_CODE        !----------------------------------------------------------------
921!OLI_CODE       
922!OLI_CODE        !----------|
923!OLI_CODE        !          |
924!OLI_CODE        !          |
925!OLI_CODE        !          |----------|                                     -- --
926!OLI_CODE        !__________|__________|_________________________________________ ^
927!OLI_CODE        !          |          |             rem_vol     ^                | Semi-filled
928!OLI_CODE        !          |          |----------|-- -- -- - ---|-- ---- -- -- --v layer
929!OLI_CODE        !          |          |          |              |
930!OLI_CODE        !          |          |          |              |hpond
931!OLI_CODE        !          |          |          |----------|   |     |-------
932!OLI_CODE        !          |          |          |          |   |     |
933!OLI_CODE        !          |          |          |          |---v-----|
934!OLI_CODE        !          |          | m_index  |          |         |
935!OLI_CODE        !-------------------------------------------------------------
936!OLI_CODE       
937!OLI_CODE        m_index = 0  ! 1:m_index categories have water in them
938!OLI_CODE        DO n = 1, jpl
939!OLI_CODE           IF (zvolp <= cum_max_vol(n)) THEN
940!OLI_CODE              m_index = n
941!OLI_CODE              IF (n == 1) THEN
942!OLI_CODE                 rem_vol = zvolp
943!OLI_CODE              ELSE
944!OLI_CODE                 rem_vol = zvolp - cum_max_vol(n-1)
945!OLI_CODE              END IF
946!OLI_CODE              exit ! to break out of the loop
947!OLI_CODE           END IF
948!OLI_CODE        END DO
949!OLI_CODE        m_index = min(jpl-1, m_index)
950!OLI_CODE       
951!OLI_CODE        !----------------------------------------------------------------
952!OLI_CODE        ! semi-filled layer may have m_index different snow in it
953!OLI_CODE        !----------------------------------------------------------------
954!OLI_CODE       
955!OLI_CODE        !-----------------------------------------------------------  ^
956!OLI_CODE        !                                                             |  alfan(m_index+1)
957!OLI_CODE        !                                                             |
958!OLI_CODE        !hitl(3)-->                             |----------|          |
959!OLI_CODE        !hitl(2)-->                |------------| * * * * *|          |
960!OLI_CODE        !hitl(1)-->     |----------|* * * * * * |* * * * * |          |
961!OLI_CODE        !hitl(0)-->-------------------------------------------------  |  ^
962!OLI_CODE        !                various snow from lower categories          |  |alfa(m_index)
963!OLI_CODE       
964!OLI_CODE        ! hitl - heights of the snow layers from thinner and current categories
965!OLI_CODE        ! aicetl - area of each snow depth in this layer
966!OLI_CODE       
967!OLI_CODE        hitl(:) = z0
968!OLI_CODE        aicetl(:) = z0
969!OLI_CODE        DO n = 1, m_index
970!OLI_CODE           hitl(n)   = max(min(hsnon(n) + alfan(n) - alfan(m_index), &
971!OLI_CODE                                  alfan(m_index+1) - alfan(m_index)), z0)
972!OLI_CODE           aicetl(n) = asnon(n)
973!OLI_CODE           
974!OLI_CODE           aicetl(0) = aicetl(0) + (aicen(n) - asnon(n))
975!OLI_CODE        END DO
976!OLI_CODE        hitl(m_index+1) = alfan(m_index+1) - alfan(m_index)
977!OLI_CODE        aicetl(m_index+1) = z0
978!OLI_CODE       
979!OLI_CODE        !----------------------------------------------------------------
980!OLI_CODE        ! reorder array according to hitl
981!OLI_CODE        ! snow heights not necessarily in height order
982!OLI_CODE        !----------------------------------------------------------------
983!OLI_CODE       
984!OLI_CODE        DO ns = 1, m_index+1
985!OLI_CODE           DO n = 0, m_index - ns + 1
986!OLI_CODE              IF (hitl(n) > hitl(n+1)) THEN ! swap order
987!OLI_CODE                 tmp = hitl(n)
988!OLI_CODE                 hitl(n) = hitl(n+1)
989!OLI_CODE                 hitl(n+1) = tmp
990!OLI_CODE                 tmp = aicetl(n)
991!OLI_CODE                 aicetl(n) = aicetl(n+1)
992!OLI_CODE                 aicetl(n+1) = tmp
993!OLI_CODE              END IF
994!OLI_CODE           END DO
995!OLI_CODE        END DO
996!OLI_CODE       
997!OLI_CODE        !----------------------------------------------------------------
998!OLI_CODE        ! divide semi-filled layer into set of sublayers each vertically homogenous
999!OLI_CODE        !----------------------------------------------------------------
1000!OLI_CODE       
1001!OLI_CODE        !hitl(3)----------------------------------------------------------------
1002!OLI_CODE        !                                                       | * * * * * * * * 
1003!OLI_CODE        !                                                       |* * * * * * * * *
1004!OLI_CODE        !hitl(2)----------------------------------------------------------------
1005!OLI_CODE        !                                    | * * * * * * * *  | * * * * * * * * 
1006!OLI_CODE        !                                    |* * * * * * * * * |* * * * * * * * *
1007!OLI_CODE        !hitl(1)----------------------------------------------------------------
1008!OLI_CODE        !                 | * * * * * * * *  | * * * * * * * *  | * * * * * * * * 
1009!OLI_CODE        !                 |* * * * * * * * * |* * * * * * * * * |* * * * * * * * *
1010!OLI_CODE        !hitl(0)----------------------------------------------------------------
1011!OLI_CODE        !    aicetl(0)         aicetl(1)           aicetl(2)          aicetl(3)           
1012!OLI_CODE       
1013!OLI_CODE        ! move up over layers incrementing volume
1014!OLI_CODE        DO n = 1, m_index+1
1015!OLI_CODE           
1016!OLI_CODE           area = sum(aicetl(:)) - &                 ! total area of sub-layer
1017!OLI_CODE                (rhos(n)/rau0) * sum(aicetl(n:jpl+1)) ! area of sub-layer occupied by snow
1018!OLI_CODE           
1019!OLI_CODE           vol = (hitl(n) - hitl(n-1)) * area      ! thickness of sub-layer times area
1020!OLI_CODE           
1021!OLI_CODE           IF (vol >= rem_vol) THEN  ! have reached the sub-layer with the depth within
1022!OLI_CODE              hpond = rem_vol / area + hitl(n-1) + alfan(m_index) - &
1023!OLI_CODE                           alfan(1)
1024!OLI_CODE              exit
1025!OLI_CODE           ELSE  ! still in sub-layer below the sub-layer with the depth
1026!OLI_CODE              rem_vol = rem_vol - vol
1027!OLI_CODE           END IF
1028!OLI_CODE           
1029!OLI_CODE        END DO
1030!OLI_CODE       
1031!OLI_CODE       END IF
1032!OLI_CODE     
1033!OLI_CODE    END SUBROUTINE calc_hpond
1034!OLI_CODE   
1035!OLI_CODE
1036    SUBROUTINE lim_mp_perm(ticen, salin, vicen, perm)
1037       !!-------------------------------------------------------------------
1038       !!                ***  ROUTINE lim_mp_perm ***
1039       !!
1040       !! ** Purpose :   Determine the liquid fraction of brine in the ice
1041       !!                and its permeability
1042       !!-------------------------------------------------------------------
1043       REAL (wp), DIMENSION(nlay_i), INTENT(IN) :: &
1044          ticen,  & ! energy of melting for each ice layer (J/m2)
1045          salin
1046 
1047       REAL (wp), INTENT(IN) :: &
1048          vicen     ! ice volume
1049     
1050       REAL (wp), INTENT(OUT) :: &
1051          perm      ! permeability
1052 
1053       REAL (wp) ::   &
1054          Sbr        ! brine salinity
1055 
1056       REAL (wp), DIMENSION(nlay_i) ::   &
1057          Tin, &    ! ice temperature
1058          phi       ! liquid fraction
1059 
1060       INTEGER :: k
1061     
1062       REAL (wp) :: &
1063          c2    = 2.0_wp
1064 
1065       !-----------------------------------------------------------------
1066       ! Compute ice temperatures from enthalpies using quadratic formula
1067       !-----------------------------------------------------------------
1068 
1069       DO k = 1,nlay_i
1070          Tin(k) = ticen(k) 
1071       END DO
1072 
1073       !-----------------------------------------------------------------
1074       ! brine salinity and liquid fraction
1075       !-----------------------------------------------------------------
1076 
1077       IF (maxval(Tin-rtt) <= -c2) THEN
1078 
1079          DO k = 1,nlay_i
1080             Sbr = - 1.2_wp                 &
1081                   -21.8_wp     * (Tin(k)-rtt)    &
1082                   - 0.919_wp   * (Tin(k)-rtt)**2 &
1083                   - 0.01878_wp * (Tin(k)-rtt)**3
1084             phi(k) = salin(k)/Sbr ! liquid fraction
1085          END DO ! k
1086       
1087       ELSE
1088 
1089          DO k = 1,nlay_i
1090             Sbr = -17.6_wp    * (Tin(k)-rtt)    &
1091                   - 0.389_wp  * (Tin(k)-rtt)**2 &
1092                   - 0.00362_wp* (Tin(k)-rtt)**3
1093             phi(k) = salin(k)/Sbr ! liquid fraction
1094          END DO
1095 
1096       END IF
1097     
1098       !-----------------------------------------------------------------
1099       ! permeability
1100       !-----------------------------------------------------------------
1101 
1102       perm = 3.0e-08_wp * (minval(phi))**3 ! REFERENCE PLEASE (this fucking
1103                                            ! bastard of Golden)
1104     
1105    END SUBROUTINE lim_mp_perm
1106!OLI_CODE   
1107!OLI_CODE #else
1108!OLI_CODE    !!----------------------------------------------------------------------
1109!OLI_CODE    !!   Default option         Dummy Module          No LIM-3 sea-ice model
1110!OLI_CODE    !!----------------------------------------------------------------------
1111!OLI_CODE CONTAINS
1112!OLI_CODE    SUBROUTINE lim_mp_init          ! Empty routine
1113!OLI_CODE    END SUBROUTINE lim_mp_init   
1114!OLI_CODE    SUBROUTINE lim_mp               ! Empty routine
1115!OLI_CODE    END SUBROUTINE lim_mp
1116!OLI_CODE    SUBROUTINE compute_mp_topo      ! Empty routine
1117!OLI_CODE    END SUBROUTINE compute_mp_topo       
1118!OLI_CODE    SUBROUTINE pond_area            ! Empty routine
1119!OLI_CODE    END SUBROUTINE pond_area   
1120!OLI_CODE    SUBROUTINE calc_hpond           ! Empty routine
1121!OLI_CODE    END SUBROUTINE calc_hpond   
1122!OLI_CODE    SUBROUTINE permeability_phy     ! Empty routine
1123!OLI_CODE    END SUBROUTINE permeability_phy   
1124!OLI_CODE #endif
1125!OLI_CODE    !!======================================================================
1126!OLI_CODE END MODULE limmp_topo
1127
1128
[7293]1129!OLI_CODE MODULE limmp_topo
1130!OLI_CODE    !!======================================================================
1131!OLI_CODE    !!                       ***  MODULE limmp_topo ***
1132!OLI_CODE    !! LIM-3 sea-ice :  computation of melt ponds' properties
1133!OLI_CODE    !!======================================================================
1134!OLI_CODE    !! History :  Original code by Daniela Flocco and Adrian Turner
1135!OLI_CODE    !!            ! 2012-09 (O. Lecomte) Adaptation for routine inclusion in
1136!OLI_CODE    !!                      NEMO-LIM3.1
1137!OLI_CODE    !!            ! 2016-11 (O. Lecomte, C. Rousset, M. Vancoppenolle)
1138!OLI_CODE    !!                      Adaptation for merge with NEMO-LIM3.6
1139!OLI_CODE    !!----------------------------------------------------------------------
1140!OLI_CODE #if defined key_lim3
1141!OLI_CODE    !!----------------------------------------------------------------------
1142!OLI_CODE    !!   'key_lim3'                                      LIM-3 sea-ice model
1143!OLI_CODE    !!----------------------------------------------------------------------
1144!OLI_CODE    !!   lim_mp_init     : melt pond properties initialization
1145!OLI_CODE    !!   lim_mp          : melt pond routine caller
1146!OLI_CODE    !!   compute_mp_topo : Actual melt pond routine
1147!OLI_CODE    !!----------------------------------------------------------------------
1148!OLI_CODE    USE ice_oce, ONLY: rdt_ice, tatm_ice
1149!OLI_CODE    USE phycst
1150!OLI_CODE    USE dom_ice
1151!OLI_CODE    USE dom_oce
1152!OLI_CODE    USE sbc_oce
1153!OLI_CODE    USE sbc_ice
1154!OLI_CODE    USE par_ice
1155!OLI_CODE    USE par_oce
1156!OLI_CODE    USE ice
1157!OLI_CODE    USE thd_ice
1158!OLI_CODE    USE in_out_manager
1159!OLI_CODE    USE lbclnk
1160!OLI_CODE    USE lib_mpp
1161!OLI_CODE
1162!OLI_CODE    IMPLICIT NONE
1163!OLI_CODE    PRIVATE
1164!OLI_CODE
1165!OLI_CODE    PUBLIC   lim_mp_init
1166!OLI_CODE    PUBLIC   lim_mp
1167!OLI_CODE
1168!OLI_CODE CONTAINS
1169!OLI_CODE
1170!OLI_CODE    SUBROUTINE lim_mp_init
1171!OLI_CODE       !!-------------------------------------------------------------------
1172!OLI_CODE       !!                ***  ROUTINE lim_mp_init  ***
1173!OLI_CODE       !!
1174!OLI_CODE       !! ** Purpose :   Initialize melt ponds
1175!OLI_CODE       !!-------------------------------------------------------------------
1176!OLI_CODE       a_ip_frac(:,:,:)    = 0._wp
1177!OLI_CODE       a_ip(:,:,:)         = 0._wp
1178!OLI_CODE       h_ip(:,:,:)         = 0._wp
1179!OLI_CODE       v_ip(:,:,:)         = 0._wp
1180!OLI_CODE       h_il(:,:,:)         = 0._wp
1181!OLI_CODE       v_il(:,:,:)         = 0._wp
1182!OLI_CODE         
1183!OLI_CODE    END SUBROUTINE lim_mp_init
1184!OLI_CODE
1185!OLI_CODE
1186!OLI_CODE    SUBROUTINE lim_mp
1187!OLI_CODE       !!-------------------------------------------------------------------
1188!OLI_CODE       !!                ***  ROUTINE lim_mp  ***
1189!OLI_CODE       !!
1190!OLI_CODE       !! ** Purpose :   Compute surface heat flux and call main melt pond
1191!OLI_CODE       !!                routine
1192!OLI_CODE       !!-------------------------------------------------------------------
1193!OLI_CODE
1194!OLI_CODE       INTEGER  ::   ji, jj, jl   ! dummy loop indices
1195!OLI_CODE
1196!OLI_CODE       fsurf(:,:) = 0.e0
1197!OLI_CODE       DO jl = 1, jpl
1198!OLI_CODE          DO jj = 1, jpj
1199!OLI_CODE             DO ji = 1, jpi
1200!OLI_CODE                fsurf(ji,jj) = fsurf(ji,jj) + a_i(ji,jj,jl) * &
1201!OLI_CODE                      (qns_ice(ji,jj,jl) + (1.0 - izero(ji,jj,jl)) &
1202!OLI_CODE                        * qsr_ice(ji,jj,jl))
1203!OLI_CODE             END DO
1204!OLI_CODE          END DO
1205!OLI_CODE       END DO
1206!OLI_CODE
1207!OLI_CODE       CALL compute_mp_topo(at_i, a_i,                               &
1208!OLI_CODE                          vt_i, v_i, v_s, rhosn_glo, t_i, s_i, a_ip_frac,  &
1209!OLI_CODE                       h_ip, h_il, t_su, tatm_ice, diag_sur_me*rdt_ice, &
1210!OLI_CODE                          fsurf, fwoc)
1211!OLI_CODE
1212!OLI_CODE       at_ip(:,:) = 0.0
1213!OLI_CODE       vt_ip(:,:) = 0.0
1214!OLI_CODE       vt_il(:,:) = 0.0
1215!OLI_CODE       DO jl = 1, jpl
1216!OLI_CODE         DO jj = 1, jpj
1217!OLI_CODE            DO ji = 1, jpi
1218!OLI_CODE               a_ip(ji,jj,jl) = MAX(0.0_wp, a_ip_frac(ji,jj,jl) * &
1219!OLI_CODE                                                   a_i(ji,jj,jl))
1220!OLI_CODE               v_ip(ji,jj,jl) = MAX(0.0_wp, a_ip_frac(ji,jj,jl) * &
1221!OLI_CODE                                   a_i(ji,jj,jl) * h_ip(ji,jj,jl))
1222!OLI_CODE               v_il(ji,jj,jl) = MAX(0.0_wp, a_ip_frac(ji,jj,jl) * &
1223!OLI_CODE                                   a_i(ji,jj,jl) * h_il(ji,jj,jl))
1224!OLI_CODE               at_ip(ji,jj)   = at_ip(ji,jj) + a_ip(ji,jj,jl)
1225!OLI_CODE               vt_ip(ji,jj)   = vt_ip(ji,jj) + v_ip(ji,jj,jl)
1226!OLI_CODE               vt_il(ji,jj)   = vt_il(ji,jj) + v_il(ji,jj,jl)
1227!OLI_CODE            END DO
1228!OLI_CODE         END DO
1229!OLI_CODE       END DO
1230!OLI_CODE
1231!OLI_CODE    END SUBROUTINE lim_mp
1232!OLI_CODE
1233!OLI_CODE
1234!OLI_CODE    SUBROUTINE compute_mp_topo(aice,      aicen,     &
1235!OLI_CODE                               vice,      vicen,     &
1236!OLI_CODE                               vsnon,     rhos,      &
1237!OLI_CODE                               ticen,     salin,     &
1238!OLI_CODE                               a_ip_frac, h_ip,      &
1239!OLI_CODE                               h_il,      Tsfc,      &
1240!OLI_CODE                               potT,      meltt,     &
1241!OLI_CODE                               fsurf,     fwoc)
1242!OLI_CODE       !!-------------------------------------------------------------------
1243!OLI_CODE       !!                ***  ROUTINE compute_mp_topo  ***
1244!OLI_CODE       !!
1245!OLI_CODE       !! ** Purpose :   Compute melt pond evolution based on the ice
1246!OLI_CODE       !!                topography as inferred from the ice thickness
1247!OLI_CODE       !!                distribution. 
1248!OLI_CODE       !!
1249!OLI_CODE       !! ** Method  :   This code is initially based on Flocco and Feltham
1250!OLI_CODE       !!                (2007) and Flocco et al. (2010). More to come...
1251!OLI_CODE       !!
1252!OLI_CODE       !! ** Tunable parameters :
1253!OLI_CODE       !!
1254!OLI_CODE       !! ** Note :
1255!OLI_CODE       !!
1256!OLI_CODE       !! ** References
1257!OLI_CODE       !!    Flocco, D. and D. L. Feltham, 2007.  A continuum model of melt pond
1258!OLI_CODE       !!    evolution on Arctic sea ice.  J. Geophys. Res. 112, C08016, doi:
1259!OLI_CODE       !!    10.1029/2006JC003836.
1260!OLI_CODE       !!    Flocco, D., D. L. Feltham and A. K. Turner, 2010.  Incorporation of
1261!OLI_CODE       !!    a physically based melt pond scheme into the sea ice component of a
1262!OLI_CODE       !!    climate model.  J. Geophys. Res. 115, C08012,
1263!OLI_CODE       !!    doi: 10.1029/2009JC005568.
1264!OLI_CODE       !!   
1265!OLI_CODE       !!-------------------------------------------------------------------
1266!OLI_CODE
1267!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj), &
1268!OLI_CODE          INTENT(IN) :: &
1269!OLI_CODE          aice, &    ! total ice area fraction
1270!OLI_CODE          vice       ! total ice volume (m)
1271!OLI_CODE
1272!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj,jpl), &
1273!OLI_CODE          INTENT(IN) :: &
1274!OLI_CODE          aicen, &   ! ice area fraction, per category
1275!OLI_CODE          vsnon, &   ! snow volume, per category (m)
1276!OLI_CODE          rhos,  &   ! equivalent snow density, per category (kg/m^3)
1277!OLI_CODE          vicen      ! ice volume, per category (m)
1278!OLI_CODE
1279!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj,nlay_i,jpl), &
1280!OLI_CODE          INTENT(IN) :: &
1281!OLI_CODE          ticen, &   ! ice enthalpy, per category
1282!OLI_CODE          salin
1283!OLI_CODE
1284!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj,jpl), &
1285!OLI_CODE          INTENT(INOUT) :: &
1286!OLI_CODE          a_ip_frac , &   ! pond area fraction of ice, per ice category
1287!OLI_CODE          h_ip , &   ! pond depth, per ice category (m)
1288!OLI_CODE          h_il       ! Refrozen ice lid thickness, per ice category (m)
1289!OLI_CODE
1290!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj), &
1291!OLI_CODE          INTENT(IN) :: &
1292!OLI_CODE          potT,  &   ! air potential temperature
1293!OLI_CODE          meltt, &   ! total surface meltwater flux
1294!OLI_CODE          fsurf      ! thermodynamic heat flux at ice/snow surface (W/m^2)
1295!OLI_CODE
1296!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj), &
1297!OLI_CODE          INTENT(INOUT) :: &
1298!OLI_CODE          fwoc      ! fresh water flux to the ocean (from draining and other pond volume adjustments)
1299!OLI_CODE                    ! (m)
1300!OLI_CODE
1301!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj,jpl), &
1302!OLI_CODE          INTENT(IN) :: &
1303!OLI_CODE          Tsfc       ! snow/sea ice surface temperature
1304!OLI_CODE
1305!OLI_CODE       ! local variables
1306!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj,jpl) :: &
1307!OLI_CODE          zTsfcn, & ! ice/snow surface temperature (C)
1308!OLI_CODE          zvolpn, & ! pond volume per unit area, per category (m)
1309!OLI_CODE          zvuin     ! water-equivalent volume of ice lid on melt pond ('upper ice', m)
1310!OLI_CODE
1311!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj,jpl) :: &
1312!OLI_CODE          zapondn,& ! pond area fraction, per category
1313!OLI_CODE          zhpondn   ! pond depth, per category (m)
1314!OLI_CODE
1315!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj) :: &
1316!OLI_CODE          zvolp       ! total volume of pond, per unit area of pond (m)
1317!OLI_CODE
1318!OLI_CODE       REAL (wp) :: &
1319!OLI_CODE          zhi,    & ! ice thickness (m)
1320!OLI_CODE          zdHui,  & ! change in thickness of ice lid (m)
1321!OLI_CODE          zomega, & ! conduction
1322!OLI_CODE          zdTice, & ! temperature difference across ice lid (C)
1323!OLI_CODE          zdvice, & ! change in ice volume (m)
1324!OLI_CODE          zTavg,  & ! mean surface temperature across categories (C)
1325!OLI_CODE          zTp,    & ! pond freezing temperature (C)
1326!OLI_CODE          zdvn      ! change in melt pond volume for fresh water budget
1327!OLI_CODE       INTEGER, DIMENSION (jpi*jpj) :: &
1328!OLI_CODE          indxi, indxj    ! compressed indices for cells with ice melting
1329!OLI_CODE
1330!OLI_CODE       INTEGER :: n,k,i,j,ij,icells,indxij ! loop indices
1331!OLI_CODE
1332!OLI_CODE       INTEGER, DIMENSION (jpl) :: &
1333!OLI_CODE          kcells          ! cells where ice lid combines with vice
1334!OLI_CODE
1335!OLI_CODE       INTEGER, DIMENSION (jpi*jpj,jpl) :: &
1336!OLI_CODE          indxii, indxjj  ! i,j indices for kcells loop
1337!OLI_CODE
1338!OLI_CODE       REAL (wp), parameter :: &
1339!OLI_CODE          zhicemin  = 0.1_wp , & ! minimum ice thickness with ponds (m)
1340!OLI_CODE          zTd       = 0.15_wp, & ! temperature difference for freeze-up (C)
1341!OLI_CODE          zr1_rlfus = 1._wp / 0.334e+6 / 917._wp , & ! (J/m^3)
1342!OLI_CODE          zmin_volp = 1.e-4_wp, & ! minimum pond volume (m)
1343!OLI_CODE          z0       = 0._wp,    &
1344!OLI_CODE          zTimelt   = 0._wp,    &
1345!OLI_CODE          z01      = 0.01_wp,  &
1346!OLI_CODE          z25      = 0.25_wp,  &
1347!OLI_CODE          z5       = 0.5_wp,   &
[7325]1348!OLI_CODE          epsi10     = 1.0e-11_wp
[7293]1349!OLI_CODE       !---------------------------------------------------------------
1350!OLI_CODE       ! initialize
1351!OLI_CODE       !---------------------------------------------------------------
1352!OLI_CODE
1353!OLI_CODE       DO j = 1, jpj
1354!OLI_CODE          DO i = 1, jpi
1355!OLI_CODE             zvolp(i,j) = z0
1356!OLI_CODE          END DO
1357!OLI_CODE       END DO
1358!OLI_CODE       DO n = 1, jpl
1359!OLI_CODE          DO j = 1, jpj
1360!OLI_CODE             DO i = 1, jpi
1361!OLI_CODE                ! load tracers
1362!OLI_CODE                zvolp(i,j) = zvolp(i,j) + h_ip(i,j,n) &
1363!OLI_CODE                                      * a_ip_frac(i,j,n) * aicen(i,j,n)
1364!OLI_CODE                zTsfcn(i,j,n) = Tsfc(i,j,n) - rtt ! convert in Celsius - Oli
1365!OLI_CODE                zvuin (i,j,n) = h_il(i,j,n) &
1366!OLI_CODE                             * a_ip_frac(i,j,n) * aicen(i,j,n)
1367!OLI_CODE
1368!OLI_CODE                zhpondn(i,j,n) = z0     ! pond depth, per category
1369!OLI_CODE                zapondn(i,j,n) = z0     ! pond area,  per category
1370!OLI_CODE             END DO
1371!OLI_CODE          END DO
1372!OLI_CODE          indxii(:,n) = 0
1373!OLI_CODE          indxjj(:,n) = 0
1374!OLI_CODE          kcells  (n) = 0
1375!OLI_CODE       END DO
1376!OLI_CODE
1377!OLI_CODE       ! The freezing temperature for meltponds is assumed slightly below 0C,
1378!OLI_CODE       ! as if meltponds had a little salt in them.  The salt budget is not
1379!OLI_CODE       ! altered for meltponds, but if it were then an actual pond freezing
1380!OLI_CODE       ! temperature could be computed.
1381!OLI_CODE
1382!OLI_CODE       zTp = zTimelt - zTd
1383!OLI_CODE
1384!OLI_CODE       !-----------------------------------------------------------------
1385!OLI_CODE       ! Identify grid cells with ponds
1386!OLI_CODE       !-----------------------------------------------------------------
1387!OLI_CODE
1388!OLI_CODE       icells = 0
1389!OLI_CODE       DO j = 1, jpj
1390!OLI_CODE       DO i = 1, jpi
1391!OLI_CODE          zhi = z0
[7325]1392!OLI_CODE          IF (aice(i,j) > epsi10) zhi = vice(i,j)/aice(i,j)
[7293]1393!OLI_CODE          IF ( aice(i,j) > z01 .and. zhi > zhicemin .and. &
1394!OLI_CODE             zvolp(i,j) > zmin_volp*aice(i,j)) THEN
1395!OLI_CODE             icells = icells + 1
1396!OLI_CODE             indxi(icells) = i
1397!OLI_CODE             indxj(icells) = j
1398!OLI_CODE          ELSE  ! remove ponds on thin ice
1399!OLI_CODE             !fpond(i,j) = fpond(i,j) - zvolp(i,j)
1400!OLI_CODE             zvolpn(i,j,:) = z0
1401!OLI_CODE             zvuin (i,j,:) = z0
1402!OLI_CODE             zvolp (i,j) = z0
1403!OLI_CODE          END IF
1404!OLI_CODE       END DO                     ! i
1405!OLI_CODE       END DO                     ! j
1406!OLI_CODE
1407!OLI_CODE       DO ij = 1, icells
1408!OLI_CODE          i = indxi(ij)
1409!OLI_CODE          j = indxj(ij)
1410!OLI_CODE
1411!OLI_CODE          !--------------------------------------------------------------
1412!OLI_CODE          ! calculate pond area and depth
1413!OLI_CODE          !--------------------------------------------------------------
1414!OLI_CODE          CALL pond_area(aice(i,j),vice(i,j),rhos(i,j,:), &
1415!OLI_CODE                    aicen(i,j,:), vicen(i,j,:), vsnon(i,j,:), &
1416!OLI_CODE                    ticen(i,j,:,:), salin(i,j,:,:), &
1417!OLI_CODE                    zvolpn(i,j,:), zvolp(i,j), &
1418!OLI_CODE                    zapondn(i,j,:),zhpondn(i,j,:), zdvn)
1419!OLI_CODE
1420!OLI_CODE          fwoc(i,j) = fwoc(i,j) + zdvn ! -> Goes to fresh water budget
1421!OLI_CODE
1422!OLI_CODE          ! mean surface temperature
1423!OLI_CODE          zTavg = z0
1424!OLI_CODE          DO n = 1, jpl
1425!OLI_CODE             zTavg = zTavg + zTsfcn(i,j,n)*aicen(i,j,n)
1426!OLI_CODE          END DO
1427!OLI_CODE          zTavg = zTavg / aice(i,j)
1428!OLI_CODE
1429!OLI_CODE          DO n = 1, jpl-1
1430!OLI_CODE                       
[7325]1431!OLI_CODE             IF (zvuin(i,j,n) > epsi10) THEN
[7293]1432!OLI_CODE
1433!OLI_CODE          !----------------------------------------------------------------
1434!OLI_CODE          ! melting: floating upper ice layer melts in whole or part
1435!OLI_CODE          !----------------------------------------------------------------
1436!OLI_CODE !               IF (zTsfcn(i,j,n) > zTp) THEN
1437!OLI_CODE                IF (zTavg > zTp) THEN
1438!OLI_CODE
1439!OLI_CODE                   zdvice = min(meltt(i,j)*zapondn(i,j,n), zvuin(i,j,n))
[7325]1440!OLI_CODE                   IF (zdvice > epsi10) THEN
[7293]1441!OLI_CODE                      zvuin (i,j,n) = zvuin (i,j,n) - zdvice
1442!OLI_CODE                      zvolpn(i,j,n) = zvolpn(i,j,n) + zdvice
1443!OLI_CODE                      zvolp (i,j)   = zvolp (i,j)   + zdvice
1444!OLI_CODE                      !fwoc(i,j)   = fwoc(i,j)   + zdvice
1445!OLI_CODE                       
[7325]1446!OLI_CODE                      IF (zvuin(i,j,n) < epsi10 .and. zvolpn(i,j,n) > puny) THEN
[7293]1447!OLI_CODE                         ! ice lid melted and category is pond covered
1448!OLI_CODE                         zvolpn(i,j,n) = zvolpn(i,j,n) + zvuin(i,j,n)
1449!OLI_CODE                         !fwoc(i,j)   = fwoc(i,j)   + zvuin(i,j,n)
1450!OLI_CODE                         zvuin(i,j,n)  = z0
1451!OLI_CODE                      END IF
1452!OLI_CODE                      zhpondn(i,j,n) = zvolpn(i,j,n) / zapondn(i,j,n)
1453!OLI_CODE                   END IF
1454!OLI_CODE
1455!OLI_CODE          !----------------------------------------------------------------
1456!OLI_CODE          ! freezing: existing upper ice layer grows
1457!OLI_CODE          !----------------------------------------------------------------
[7325]1458!OLI_CODE                ELSE IF (zvolpn(i,j,n) > epsi10) THEN ! zTavg <= zTp
[7293]1459!OLI_CODE
1460!OLI_CODE                 ! dIFferential growth of base of surface floating ice layer
1461!OLI_CODE                   zdTice = max(-zTavg, z0) ! > 0
1462!OLI_CODE                   zomega = rcdic*zdTice * zr1_rlfus
1463!OLI_CODE                   zdHui = sqrt(zomega*rdt_ice + z25*(zvuin(i,j,n)/  &
1464!OLI_CODE                         aicen(i,j,n))**2)- z5 * zvuin(i,j,n)/aicen(i,j,n)
1465!OLI_CODE
1466!OLI_CODE                   zdvice = min(zdHui*zapondn(i,j,n), zvolpn(i,j,n))   
[7325]1467!OLI_CODE                   IF (zdvice > epsi10) THEN
[7293]1468!OLI_CODE                      zvuin (i,j,n) = zvuin (i,j,n) + zdvice
1469!OLI_CODE                      zvolpn(i,j,n) = zvolpn(i,j,n) - zdvice
1470!OLI_CODE                      zvolp (i,j)   = zvolp (i,j)   - zdvice
1471!OLI_CODE                      !fwoc(i,j)   = fwoc(i,j)   - zdvice
1472!OLI_CODE                      zhpondn(i,j,n) = zvolpn(i,j,n) / zapondn(i,j,n)
1473!OLI_CODE                   END IF
1474!OLI_CODE
1475!OLI_CODE                END IF ! zTavg
1476!OLI_CODE
1477!OLI_CODE          !----------------------------------------------------------------
1478!OLI_CODE          ! freezing: upper ice layer begins to form
1479!OLI_CODE          ! note: albedo does not change
1480!OLI_CODE          !----------------------------------------------------------------
[7325]1481!OLI_CODE             ELSE ! zvuin < epsi10
[7293]1482!OLI_CODE                     
1483!OLI_CODE                ! thickness of newly formed ice
1484!OLI_CODE                ! the surface temperature of a meltpond is the same as that
1485!OLI_CODE                ! of the ice underneath (0C), and the thermodynamic surface
1486!OLI_CODE                ! flux is the same
1487!OLI_CODE                zdHui = max(-fsurf(i,j)*rdt_ice*zr1_rlfus, z0)
1488!OLI_CODE                zdvice = min(zdHui*zapondn(i,j,n), zvolpn(i,j,n)) 
[7325]1489!OLI_CODE                IF (zdvice > epsi10) THEN
[7293]1490!OLI_CODE                   zvuin (i,j,n) = zdvice
1491!OLI_CODE                   zvolpn(i,j,n) = zvolpn(i,j,n) - zdvice
1492!OLI_CODE                   zvolp (i,j)   = zvolp (i,j)   - zdvice
1493!OLI_CODE                   !fwoc(i,j)   = fwoc(i,j)   - zdvice
1494!OLI_CODE                   zhpondn(i,j,n)= zvolpn(i,j,n) / zapondn(i,j,n)
1495!OLI_CODE                END IF
1496!OLI_CODE                     
1497!OLI_CODE             END IF  ! zvuin
1498!OLI_CODE
1499!OLI_CODE          END DO ! jpl
1500!OLI_CODE
1501!OLI_CODE       END DO ! ij
1502!OLI_CODE
1503!OLI_CODE       !---------------------------------------------------------------
1504!OLI_CODE       ! remove ice lid if there is no liquid pond
1505!OLI_CODE       ! zvuin may be nonzero on category jpl due to dynamics
1506!OLI_CODE       !---------------------------------------------------------------
1507!OLI_CODE
1508!OLI_CODE       DO j = 1, jpj
1509!OLI_CODE       DO i = 1, jpi
1510!OLI_CODE          DO n = 1, jpl
[7325]1511!OLI_CODE             IF (aicen(i,j,n) > epsi10 .and. zvolpn(i,j,n) < puny &
1512!OLI_CODE                                     .and. zvuin (i,j,n) > epsi10) THEN
[7293]1513!OLI_CODE                kcells(n) = kcells(n) + 1
1514!OLI_CODE                indxij    = kcells(n)
1515!OLI_CODE                indxii(indxij,n) = i
1516!OLI_CODE                indxjj(indxij,n) = j
1517!OLI_CODE             END IF
1518!OLI_CODE          END DO
1519!OLI_CODE       END DO                     ! i
1520!OLI_CODE       END DO                     ! j
1521!OLI_CODE
1522!OLI_CODE       DO n = 1, jpl
1523!OLI_CODE
1524!OLI_CODE          IF (kcells(n) > 0) THEN
1525!OLI_CODE          DO ij = 1, kcells(n)
1526!OLI_CODE             i = indxii(ij,n)
1527!OLI_CODE             j = indxjj(ij,n)
1528!OLI_CODE             fwoc(i,j) = fwoc(i,j) + rhoic/rauw * zvuin(i,j,n) ! Completely refrozen lid goes into ocean (to be changed)
1529!OLI_CODE             zvuin(i,j,n) = z0
1530!OLI_CODE          END DO    ! ij
1531!OLI_CODE          END IF
1532!OLI_CODE
1533!OLI_CODE          ! reload tracers
1534!OLI_CODE          DO j = 1, jpj
1535!OLI_CODE             DO i = 1, jpi
[7325]1536!OLI_CODE                IF (zapondn(i,j,n) > epsi10) THEN
[7293]1537!OLI_CODE                   h_il(i,j,n) = zvuin(i,j,n) / zapondn(i,j,n)
1538!OLI_CODE                ELSE
1539!OLI_CODE                   zvuin(i,j,n) = z0
1540!OLI_CODE                   h_il(i,j,n) = z0
1541!OLI_CODE                END IF
[7325]1542!OLI_CODE                IF (aicen(i,j,n) > epsi10) THEN
[7293]1543!OLI_CODE                   a_ip_frac(i,j,n) = zapondn(i,j,n) / aicen(i,j,n) * &
1544!OLI_CODE                         (1.0_wp - MAX(z0, SIGN(1.0_wp, -zvolpn(i,j,n))))
1545!OLI_CODE                   h_ip(i,j,n) = zhpondn(i,j,n)
1546!OLI_CODE                ELSE
1547!OLI_CODE                   a_ip_frac(i,j,n) = z0
1548!OLI_CODE                   h_ip(i,j,n) = z0
1549!OLI_CODE                   h_il(i,j,n) = z0
1550!OLI_CODE                END IF
1551!OLI_CODE             END DO ! i
1552!OLI_CODE          END DO    ! j
1553!OLI_CODE
1554!OLI_CODE       END DO       ! n
1555!OLI_CODE
1556!OLI_CODE    END SUBROUTINE compute_mp_topo
1557!OLI_CODE
1558!OLI_CODE
1559!OLI_CODE    SUBROUTINE pond_area(aice,vice,rhos,             &
1560!OLI_CODE                         aicen, vicen, vsnon, ticen, &
1561!OLI_CODE                         salin, zvolpn, zvolp,         &
1562!OLI_CODE                         zapondn,zhpondn,dvolp)
1563!OLI_CODE       !!-------------------------------------------------------------------
1564!OLI_CODE       !!                ***  ROUTINE pond_area  ***
1565!OLI_CODE       !!
1566!OLI_CODE       !! ** Purpose :   Compute melt pond area, depth and melting rates
1567!OLI_CODE       !!------------------------------------------------------------------
1568!OLI_CODE       REAL (wp), INTENT(IN) :: &
1569!OLI_CODE          aice,vice
1570!OLI_CODE
1571!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION(jpl), INTENT(IN) :: &
1572!OLI_CODE          aicen, vicen, vsnon, rhos
1573!OLI_CODE
1574!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION(nlay_i,jpl), INTENT(IN) :: &
1575!OLI_CODE          ticen, salin
1576!OLI_CODE
1577!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION(jpl), INTENT(INOUT) :: &
1578!OLI_CODE          zvolpn
1579!OLI_CODE
1580!OLI_CODE       REAL (wp), INTENT(INOUT) :: &
1581!OLI_CODE          zvolp, dvolp
1582!OLI_CODE
1583!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION(jpl), INTENT(OUT) :: &
1584!OLI_CODE          zapondn, zhpondn
1585!OLI_CODE
1586!OLI_CODE       INTEGER :: &
1587!OLI_CODE          n, ns,   &
1588!OLI_CODE          m_index, &
1589!OLI_CODE          permflag
1590!OLI_CODE
1591!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION(jpl) :: &
1592!OLI_CODE          hicen, &
1593!OLI_CODE          hsnon, &
1594!OLI_CODE          asnon, &
1595!OLI_CODE          alfan, &
1596!OLI_CODE          betan, &
1597!OLI_CODE          cum_max_vol, &
1598!OLI_CODE          reduced_aicen       
1599!OLI_CODE
1600!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION(0:jpl) :: &
1601!OLI_CODE          cum_max_vol_tmp
1602!OLI_CODE
1603!OLI_CODE       REAL (wp) :: &
1604!OLI_CODE          hpond, &
1605!OLI_CODE          drain, &
1606!OLI_CODE          floe_weight, &
1607!OLI_CODE          pressure_head, &
1608!OLI_CODE          hsl_rel, &
1609!OLI_CODE          deltah, &
1610!OLI_CODE          perm, &
1611!OLI_CODE          apond, &
1612!OLI_CODE          msno
1613!OLI_CODE
1614!OLI_CODE       REAL (wp), parameter :: &
1615!OLI_CODE          viscosity = 1.79e-3_wp, &  ! kinematic water viscosity in kg/m/s
1616!OLI_CODE          z0        = 0.0_wp    , &
1617!OLI_CODE          c1        = 1.0_wp    , &
1618!OLI_CODE          p4        = 0.4_wp    , &
1619!OLI_CODE          p6        = 0.6_wp    , &
[7325]1620!OLI_CODE          epsi10      = 1.0e-11_wp
[7293]1621!OLI_CODE         
1622!OLI_CODE      !-----------|
1623!OLI_CODE      !           |
1624!OLI_CODE      !           |-----------|
1625!OLI_CODE      !___________|___________|______________________________________sea-level
1626!OLI_CODE      !           |           |
1627!OLI_CODE      !           |           |---^--------|
1628!OLI_CODE      !           |           |   |        |
1629!OLI_CODE      !           |           |   |        |-----------|              |-------
1630!OLI_CODE      !           |           |   |alfan(n)|           |              |
1631!OLI_CODE      !           |           |   |        |           |--------------|
1632!OLI_CODE      !           |           |   |        |           |              |
1633!OLI_CODE      !---------------------------v-------------------------------------------
1634!OLI_CODE      !           |           |   ^        |           |              |
1635!OLI_CODE      !           |           |   |        |           |--------------|
1636!OLI_CODE      !           |           |   |betan(n)|           |              |
1637!OLI_CODE      !           |           |   |        |-----------|              |-------
1638!OLI_CODE      !           |           |   |        |
1639!OLI_CODE      !           |           |---v------- |
1640!OLI_CODE      !           |           |
1641!OLI_CODE      !           |-----------|
1642!OLI_CODE      !           |
1643!OLI_CODE      !-----------|
1644!OLI_CODE     
1645!OLI_CODE       !-------------------------------------------------------------------
1646!OLI_CODE       ! initialize
1647!OLI_CODE       !-------------------------------------------------------------------
1648!OLI_CODE
1649!OLI_CODE       DO n = 1, jpl
1650!OLI_CODE
1651!OLI_CODE          zapondn(n) = z0
1652!OLI_CODE          zhpondn(n) = z0
1653!OLI_CODE
[7325]1654!OLI_CODE          IF (aicen(n) < epsi10)  THEN
[7293]1655!OLI_CODE             hicen(n) =  z0
1656!OLI_CODE             hsnon(n) = z0
1657!OLI_CODE             reduced_aicen(n) = z0
1658!OLI_CODE          ELSE
1659!OLI_CODE             hicen(n) = vicen(n) / aicen(n)
1660!OLI_CODE             hsnon(n) = vsnon(n) / aicen(n)
1661!OLI_CODE             reduced_aicen(n) = c1 ! n=jpl
1662!OLI_CODE             IF (n < jpl) reduced_aicen(n) = aicen(n) &
1663!OLI_CODE                                  * (-0.024_wp*hicen(n) + 0.832_wp)
1664!OLI_CODE             asnon(n) = reduced_aicen(n)
1665!OLI_CODE          END IF
1666!OLI_CODE
1667!OLI_CODE ! This choice for alfa and beta ignores hydrostatic equilibium of categories.
1668!OLI_CODE ! Hydrostatic equilibium of the entire ITD is accounted for below, assuming
1669!OLI_CODE ! a surface topography implied by alfa=0.6 and beta=0.4, and rigidity across all
1670!OLI_CODE ! categories.  alfa and beta partition the ITD - they are areas not thicknesses!
1671!OLI_CODE ! Multiplying by hicen, alfan and betan (below) are thus volumes per unit area.
1672!OLI_CODE ! Here, alfa = 60% of the ice area (and since hice is constant in a category,
1673!OLI_CODE ! alfan = 60% of the ice volume) in each category lies above the reference line,
1674!OLI_CODE ! and 40% below. Note: p6 is an arbitrary choice, but alfa+beta=1 is required.
1675!OLI_CODE
1676!OLI_CODE          alfan(n) = p6 * hicen(n)
1677!OLI_CODE          betan(n) = p4 * hicen(n)
1678!OLI_CODE       
1679!OLI_CODE          cum_max_vol(n)     = z0
1680!OLI_CODE          cum_max_vol_tmp(n) = z0
1681!OLI_CODE     
1682!OLI_CODE       END DO ! jpl
1683!OLI_CODE
1684!OLI_CODE       cum_max_vol_tmp(0) = z0
1685!OLI_CODE       drain = z0
1686!OLI_CODE       dvolp = z0
1687!OLI_CODE     
1688!OLI_CODE       !--------------------------------------------------------------------------
1689!OLI_CODE       ! the maximum amount of water that can be contained up to each ice category
1690!OLI_CODE       !--------------------------------------------------------------------------
1691!OLI_CODE     
1692!OLI_CODE       DO n = 1, jpl-1 ! last category can not hold any volume
1693!OLI_CODE
1694!OLI_CODE          IF (alfan(n+1) >= alfan(n) .and. alfan(n+1) > z0) THEN
1695!OLI_CODE
1696!OLI_CODE             ! total volume in level including snow
1697!OLI_CODE             cum_max_vol_tmp(n) = cum_max_vol_tmp(n-1) + &
1698!OLI_CODE                (alfan(n+1) - alfan(n)) * sum(reduced_aicen(1:n))
1699!OLI_CODE
1700!OLI_CODE
1701!OLI_CODE             ! subtract snow solid volumes from lower categories in current level
1702!OLI_CODE             DO ns = 1, n
1703!OLI_CODE                cum_max_vol_tmp(n) = cum_max_vol_tmp(n) &
1704!OLI_CODE                   - rhos(ns)/rauw  * &    ! fraction of snow that is occupied by solid ??rauw
1705!OLI_CODE                     asnon(ns)  * &    ! area of snow from that category
1706!OLI_CODE                     max(min(hsnon(ns)+alfan(ns)-alfan(n), alfan(n+1)- &
1707!OLI_CODE                                   alfan(n)), z0) 
1708!OLI_CODE                                       ! thickness of snow from ns layer in n layer
1709!OLI_CODE             END DO
1710!OLI_CODE
1711!OLI_CODE          ELSE ! assume higher categories unoccupied
1712!OLI_CODE             cum_max_vol_tmp(n) = cum_max_vol_tmp(n-1)
1713!OLI_CODE          END IF
1714!OLI_CODE          !IF (cum_max_vol_tmp(n) < z0) THEN
1715!OLI_CODE          !   call abort_ice('negative melt pond volume')
1716!OLI_CODE          !END IF
1717!OLI_CODE       END DO
1718!OLI_CODE       cum_max_vol_tmp(jpl) = cum_max_vol_tmp(jpl-1)  ! last category holds no volume
1719!OLI_CODE       cum_max_vol  (1:jpl) = cum_max_vol_tmp(1:jpl)
1720!OLI_CODE     
1721!OLI_CODE       !----------------------------------------------------------------
1722!OLI_CODE       ! is there more meltwater than can be held in the floe?
1723!OLI_CODE       !----------------------------------------------------------------
1724!OLI_CODE       IF (zvolp >= cum_max_vol(jpl)) THEN
[7325]1725!OLI_CODE          drain = zvolp - cum_max_vol(jpl) + epsi10
[7293]1726!OLI_CODE          zvolp = zvolp - drain
1727!OLI_CODE          dvolp = drain
[7325]1728!OLI_CODE          IF (zvolp < epsi10) THEN
[7293]1729!OLI_CODE             dvolp = dvolp + zvolp
1730!OLI_CODE             zvolp = z0
1731!OLI_CODE          END IF
1732!OLI_CODE       END IF
1733!OLI_CODE     
1734!OLI_CODE       ! height and area corresponding to the remaining volume
1735!OLI_CODE
1736!OLI_CODE       call calc_hpond(reduced_aicen, asnon, hsnon, rhos, alfan, &
1737!OLI_CODE            zvolp, cum_max_vol, hpond, m_index)
1738!OLI_CODE     
1739!OLI_CODE       DO n=1, m_index
1740!OLI_CODE          zhpondn(n) = hpond - alfan(n) + alfan(1)
1741!OLI_CODE          zapondn(n) = reduced_aicen(n)
1742!OLI_CODE       END DO
1743!OLI_CODE       apond = sum(zapondn(1:m_index))
1744!OLI_CODE     
1745!OLI_CODE       !------------------------------------------------------------------------
1746!OLI_CODE       ! drainage due to ice permeability - Darcy's law
1747!OLI_CODE       !------------------------------------------------------------------------
1748!OLI_CODE     
1749!OLI_CODE       ! sea water level
1750!OLI_CODE       msno = z0
1751!OLI_CODE       DO n=1,jpl
1752!OLI_CODE         msno = msno + vsnon(n) * rhos(n)
1753!OLI_CODE       END DO
1754!OLI_CODE       floe_weight = (msno + rhoic*vice + rau0*zvolp) / aice
1755!OLI_CODE       hsl_rel = floe_weight / rau0 &
1756!OLI_CODE               - ((sum(betan(:)*aicen(:))/aice) + alfan(1))
1757!OLI_CODE     
1758!OLI_CODE       deltah = hpond - hsl_rel
1759!OLI_CODE       pressure_head = grav * rau0 * max(deltah, z0)
1760!OLI_CODE
1761!OLI_CODE       ! drain IF ice is permeable   
1762!OLI_CODE       permflag = 0
1763!OLI_CODE       IF (pressure_head > z0) THEN
1764!OLI_CODE       DO n = 1, jpl-1
1765!OLI_CODE          IF (hicen(n) /= z0) THEN
1766!OLI_CODE             CALL permeability_phi(ticen(:,n), salin(:,n), vicen(n), perm)
1767!OLI_CODE             IF (perm > z0) permflag = 1
1768!OLI_CODE             drain = perm*zapondn(n)*pressure_head*rdt_ice / &
1769!OLI_CODE                                      (viscosity*hicen(n))
1770!OLI_CODE             dvolp = dvolp + min(drain, zvolp)
1771!OLI_CODE             zvolp = max(zvolp - drain, z0)
[7325]1772!OLI_CODE             IF (zvolp < epsi10) THEN
[7293]1773!OLI_CODE                dvolp = dvolp + zvolp
1774!OLI_CODE                zvolp = z0
1775!OLI_CODE             END IF
1776!OLI_CODE          END IF
1777!OLI_CODE       END DO
1778!OLI_CODE 
1779!OLI_CODE       ! adjust melt pond DIMENSIONs
1780!OLI_CODE       IF (permflag > 0) THEN
1781!OLI_CODE          ! recompute pond depth   
1782!OLI_CODE          CALL calc_hpond(reduced_aicen, asnon, hsnon, rhos, alfan, &
1783!OLI_CODE                          zvolp, cum_max_vol, hpond, m_index)
1784!OLI_CODE          DO n=1, m_index
1785!OLI_CODE             zhpondn(n) = hpond - alfan(n) + alfan(1)
1786!OLI_CODE             zapondn(n) = reduced_aicen(n)
1787!OLI_CODE          END DO
1788!OLI_CODE          apond = sum(zapondn(1:m_index))
1789!OLI_CODE       END IF
1790!OLI_CODE       END IF ! pressure_head
1791!OLI_CODE
1792!OLI_CODE       !------------------------------------------------------------------------
1793!OLI_CODE       ! total melt pond volume in category DOes not include snow volume
1794!OLI_CODE       ! snow in melt ponds is not melted
1795!OLI_CODE       !------------------------------------------------------------------------
1796!OLI_CODE
1797!OLI_CODE       ! Calculate pond volume for lower categories
1798!OLI_CODE       DO n=1,m_index-1
1799!OLI_CODE          zvolpn(n) = zapondn(n) * zhpondn(n) &
1800!OLI_CODE                   - (rhos(n)/rauw) * asnon(n) * min(hsnon(n), zhpondn(n))!
1801!OLI_CODE       END DO
1802!OLI_CODE
1803!OLI_CODE       ! Calculate pond volume for highest category = remaining pond volume
1804!OLI_CODE       IF (m_index == 1) zvolpn(m_index) = zvolp
1805!OLI_CODE       IF (m_index > 1) THEN
1806!OLI_CODE         IF (zvolp > sum(zvolpn(1:m_index-1))) THEN
1807!OLI_CODE           zvolpn(m_index) = zvolp - sum(zvolpn(1:m_index-1))
1808!OLI_CODE         ELSE
1809!OLI_CODE           zvolpn(m_index) = z0
1810!OLI_CODE           zhpondn(m_index) = z0
1811!OLI_CODE           zapondn(m_index) = z0
1812!OLI_CODE           ! If remaining pond volume is negative reduce pond volume of
1813!OLI_CODE           ! lower category
[7325]1814!OLI_CODE           IF (zvolp+epsi10 < sum(zvolpn(1:m_index-1))) &
[7293]1815!OLI_CODE             zvolpn(m_index-1) = zvolpn(m_index-1)-sum(zvolpn(1:m_index-1))&
1816!OLI_CODE                                + zvolp
1817!OLI_CODE         END IF
1818!OLI_CODE       END IF
1819!OLI_CODE
1820!OLI_CODE       DO n=1,m_index
[7325]1821!OLI_CODE          IF (zapondn(n) > epsi10) THEN
[7293]1822!OLI_CODE              zhpondn(n) = zvolpn(n) / zapondn(n)
1823!OLI_CODE          ELSE
1824!OLI_CODE             dvolp = dvolp + zvolpn(n)
1825!OLI_CODE             zhpondn(n) = z0
1826!OLI_CODE             zvolpn(n) = z0
1827!OLI_CODE             zapondn(n) = z0
1828!OLI_CODE          end IF
1829!OLI_CODE       END DO
1830!OLI_CODE       DO n = m_index+1, jpl
1831!OLI_CODE          zhpondn(n) = z0
1832!OLI_CODE          zapondn(n) = z0
1833!OLI_CODE          zvolpn (n) = z0
1834!OLI_CODE       END DO
1835!OLI_CODE
1836!OLI_CODE    END SUBROUTINE pond_area
1837!OLI_CODE   
1838!OLI_CODE
1839!OLI_CODE    SUBROUTINE calc_hpond(aicen, asnon, hsnon, rhos, alfan, &
1840!OLI_CODE                          zvolp, cum_max_vol,                &
1841!OLI_CODE                          hpond, m_index)
1842!OLI_CODE       !!-------------------------------------------------------------------
1843!OLI_CODE       !!                ***  ROUTINE calc_hpond  ***
1844!OLI_CODE       !!
1845!OLI_CODE       !! ** Purpose :   Compute melt pond depth
1846!OLI_CODE       !!-------------------------------------------------------------------
1847!OLI_CODE     
1848!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION(jpl), INTENT(IN) :: &
1849!OLI_CODE          aicen, &
1850!OLI_CODE          asnon, &
1851!OLI_CODE          hsnon, &
1852!OLI_CODE          rhos,  &
1853!OLI_CODE          alfan, &
1854!OLI_CODE          cum_max_vol
1855!OLI_CODE     
1856!OLI_CODE       REAL (wp), INTENT(IN) :: &
1857!OLI_CODE          zvolp
1858!OLI_CODE     
1859!OLI_CODE       REAL (wp), INTENT(OUT) :: &
1860!OLI_CODE          hpond
1861!OLI_CODE     
1862!OLI_CODE       INTEGER, INTENT(OUT) :: &
1863!OLI_CODE          m_index
1864!OLI_CODE     
1865!OLI_CODE       INTEGER :: n, ns
1866!OLI_CODE     
1867!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION(0:jpl+1) :: &
1868!OLI_CODE          hitl, &
1869!OLI_CODE          aicetl
1870!OLI_CODE     
1871!OLI_CODE       REAL (wp) :: &
1872!OLI_CODE          rem_vol, &
1873!OLI_CODE          area, &
1874!OLI_CODE          vol, &
1875!OLI_CODE          tmp, &
1876!OLI_CODE          z0   = 0.0_wp,    &   
[7325]1877!OLI_CODE          epsi10 = 1.0e-11_wp
[7293]1878!OLI_CODE     
1879!OLI_CODE       !----------------------------------------------------------------
1880!OLI_CODE       ! hpond is zero if zvolp is zero - have we fully drained?
1881!OLI_CODE       !----------------------------------------------------------------
1882!OLI_CODE     
[7325]1883!OLI_CODE       IF (zvolp < epsi10) THEN
[7293]1884!OLI_CODE        hpond = z0
1885!OLI_CODE        m_index = 0
1886!OLI_CODE       ELSE
1887!OLI_CODE       
1888!OLI_CODE        !----------------------------------------------------------------
1889!OLI_CODE        ! Calculate the category where water fills up to
1890!OLI_CODE        !----------------------------------------------------------------
1891!OLI_CODE       
1892!OLI_CODE        !----------|
1893!OLI_CODE        !          |
1894!OLI_CODE        !          |
1895!OLI_CODE        !          |----------|                                     -- --
1896!OLI_CODE        !__________|__________|_________________________________________ ^
1897!OLI_CODE        !          |          |             rem_vol     ^                | Semi-filled
1898!OLI_CODE        !          |          |----------|-- -- -- - ---|-- ---- -- -- --v layer
1899!OLI_CODE        !          |          |          |              |
1900!OLI_CODE        !          |          |          |              |hpond
1901!OLI_CODE        !          |          |          |----------|   |     |-------
1902!OLI_CODE        !          |          |          |          |   |     |
1903!OLI_CODE        !          |          |          |          |---v-----|
1904!OLI_CODE        !          |          | m_index  |          |         |
1905!OLI_CODE        !-------------------------------------------------------------
1906!OLI_CODE       
1907!OLI_CODE        m_index = 0  ! 1:m_index categories have water in them
1908!OLI_CODE        DO n = 1, jpl
1909!OLI_CODE           IF (zvolp <= cum_max_vol(n)) THEN
1910!OLI_CODE              m_index = n
1911!OLI_CODE              IF (n == 1) THEN
1912!OLI_CODE                 rem_vol = zvolp
1913!OLI_CODE              ELSE
1914!OLI_CODE                 rem_vol = zvolp - cum_max_vol(n-1)
1915!OLI_CODE              END IF
1916!OLI_CODE              exit ! to break out of the loop
1917!OLI_CODE           END IF
1918!OLI_CODE        END DO
1919!OLI_CODE        m_index = min(jpl-1, m_index)
1920!OLI_CODE       
1921!OLI_CODE        !----------------------------------------------------------------
1922!OLI_CODE        ! semi-filled layer may have m_index different snow in it
1923!OLI_CODE        !----------------------------------------------------------------
1924!OLI_CODE       
1925!OLI_CODE        !-----------------------------------------------------------  ^
1926!OLI_CODE        !                                                             |  alfan(m_index+1)
1927!OLI_CODE        !                                                             |
1928!OLI_CODE        !hitl(3)-->                             |----------|          |
1929!OLI_CODE        !hitl(2)-->                |------------| * * * * *|          |
1930!OLI_CODE        !hitl(1)-->     |----------|* * * * * * |* * * * * |          |
1931!OLI_CODE        !hitl(0)-->-------------------------------------------------  |  ^
1932!OLI_CODE        !                various snow from lower categories          |  |alfa(m_index)
1933!OLI_CODE       
1934!OLI_CODE        ! hitl - heights of the snow layers from thinner and current categories
1935!OLI_CODE        ! aicetl - area of each snow depth in this layer
1936!OLI_CODE       
1937!OLI_CODE        hitl(:) = z0
1938!OLI_CODE        aicetl(:) = z0
1939!OLI_CODE        DO n = 1, m_index
1940!OLI_CODE           hitl(n)   = max(min(hsnon(n) + alfan(n) - alfan(m_index), &
1941!OLI_CODE                                  alfan(m_index+1) - alfan(m_index)), z0)
1942!OLI_CODE           aicetl(n) = asnon(n)
1943!OLI_CODE           
1944!OLI_CODE           aicetl(0) = aicetl(0) + (aicen(n) - asnon(n))
1945!OLI_CODE        END DO
1946!OLI_CODE        hitl(m_index+1) = alfan(m_index+1) - alfan(m_index)
1947!OLI_CODE        aicetl(m_index+1) = z0
1948!OLI_CODE       
1949!OLI_CODE        !----------------------------------------------------------------
1950!OLI_CODE        ! reorder array according to hitl
1951!OLI_CODE        ! snow heights not necessarily in height order
1952!OLI_CODE        !----------------------------------------------------------------
1953!OLI_CODE       
1954!OLI_CODE        DO ns = 1, m_index+1
1955!OLI_CODE           DO n = 0, m_index - ns + 1
1956!OLI_CODE              IF (hitl(n) > hitl(n+1)) THEN ! swap order
1957!OLI_CODE                 tmp = hitl(n)
1958!OLI_CODE                 hitl(n) = hitl(n+1)
1959!OLI_CODE                 hitl(n+1) = tmp
1960!OLI_CODE                 tmp = aicetl(n)
1961!OLI_CODE                 aicetl(n) = aicetl(n+1)
1962!OLI_CODE                 aicetl(n+1) = tmp
1963!OLI_CODE              END IF
1964!OLI_CODE           END DO
1965!OLI_CODE        END DO
1966!OLI_CODE       
1967!OLI_CODE        !----------------------------------------------------------------
1968!OLI_CODE        ! divide semi-filled layer into set of sublayers each vertically homogenous
1969!OLI_CODE        !----------------------------------------------------------------
1970!OLI_CODE       
1971!OLI_CODE        !hitl(3)----------------------------------------------------------------
1972!OLI_CODE        !                                                       | * * * * * * * * 
1973!OLI_CODE        !                                                       |* * * * * * * * *
1974!OLI_CODE        !hitl(2)----------------------------------------------------------------
1975!OLI_CODE        !                                    | * * * * * * * *  | * * * * * * * * 
1976!OLI_CODE        !                                    |* * * * * * * * * |* * * * * * * * *
1977!OLI_CODE        !hitl(1)----------------------------------------------------------------
1978!OLI_CODE        !                 | * * * * * * * *  | * * * * * * * *  | * * * * * * * * 
1979!OLI_CODE        !                 |* * * * * * * * * |* * * * * * * * * |* * * * * * * * *
1980!OLI_CODE        !hitl(0)----------------------------------------------------------------
1981!OLI_CODE        !    aicetl(0)         aicetl(1)           aicetl(2)          aicetl(3)           
1982!OLI_CODE       
1983!OLI_CODE        ! move up over layers incrementing volume
1984!OLI_CODE        DO n = 1, m_index+1
1985!OLI_CODE           
1986!OLI_CODE           area = sum(aicetl(:)) - &                 ! total area of sub-layer
1987!OLI_CODE                (rhos(n)/rau0) * sum(aicetl(n:jpl+1)) ! area of sub-layer occupied by snow
1988!OLI_CODE           
1989!OLI_CODE           vol = (hitl(n) - hitl(n-1)) * area      ! thickness of sub-layer times area
1990!OLI_CODE           
1991!OLI_CODE           IF (vol >= rem_vol) THEN  ! have reached the sub-layer with the depth within
1992!OLI_CODE              hpond = rem_vol / area + hitl(n-1) + alfan(m_index) - &
1993!OLI_CODE                           alfan(1)
1994!OLI_CODE              exit
1995!OLI_CODE           ELSE  ! still in sub-layer below the sub-layer with the depth
1996!OLI_CODE              rem_vol = rem_vol - vol
1997!OLI_CODE           END IF
1998!OLI_CODE           
1999!OLI_CODE        END DO
2000!OLI_CODE       
2001!OLI_CODE       END IF
2002!OLI_CODE     
2003!OLI_CODE    END SUBROUTINE calc_hpond
2004!OLI_CODE   
2005!OLI_CODE
2006!OLI_CODE    SUBROUTINE permeability_phi(ticen, salin, vicen, perm)
2007!OLI_CODE       !!-------------------------------------------------------------------
2008!OLI_CODE       !!                ***  ROUTINE permeability_phi  ***
2009!OLI_CODE       !!
2010!OLI_CODE       !! ** Purpose :   Determine the liquid fraction of brine in the ice
2011!OLI_CODE       !!                and its permeability
2012!OLI_CODE       !!-------------------------------------------------------------------
2013!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION(nlay_i), INTENT(IN) :: &
2014!OLI_CODE          ticen,  & ! energy of melting for each ice layer (J/m2)
2015!OLI_CODE          salin
2016!OLI_CODE
2017!OLI_CODE       REAL (wp), INTENT(IN) :: &
2018!OLI_CODE          vicen     ! ice volume
2019!OLI_CODE     
2020!OLI_CODE       REAL (wp), INTENT(OUT) :: &
2021!OLI_CODE          perm      ! permeability
2022!OLI_CODE
2023!OLI_CODE       REAL (wp) ::   &
2024!OLI_CODE          Sbr        ! brine salinity
2025!OLI_CODE
2026!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION(nlay_i) ::   &
2027!OLI_CODE          Tin, &    ! ice temperature
2028!OLI_CODE          phi       ! liquid fraction
2029!OLI_CODE
2030!OLI_CODE       INTEGER :: k
2031!OLI_CODE     
2032!OLI_CODE       REAL (wp) :: &
2033!OLI_CODE          c2    = 2.0_wp
2034!OLI_CODE 
2035!OLI_CODE       !-----------------------------------------------------------------
2036!OLI_CODE       ! Compute ice temperatures from enthalpies using quadratic formula
2037!OLI_CODE       !-----------------------------------------------------------------
2038!OLI_CODE
2039!OLI_CODE       DO k = 1,nlay_i
2040!OLI_CODE          Tin(k) = ticen(k)
2041!OLI_CODE       END DO
2042!OLI_CODE
2043!OLI_CODE       !-----------------------------------------------------------------
2044!OLI_CODE       ! brine salinity and liquid fraction
2045!OLI_CODE       !-----------------------------------------------------------------
2046!OLI_CODE
2047!OLI_CODE       IF (maxval(Tin-rtt) <= -c2) THEN
2048!OLI_CODE
2049!OLI_CODE          DO k = 1,nlay_i
2050!OLI_CODE             Sbr = - 1.2_wp                 &
2051!OLI_CODE                   -21.8_wp     * (Tin(k)-rtt)    &
2052!OLI_CODE                   - 0.919_wp   * (Tin(k)-rtt)**2 &
2053!OLI_CODE                   - 0.01878_wp * (Tin(k)-rtt)**3
2054!OLI_CODE             phi(k) = salin(k)/Sbr ! liquid fraction
2055!OLI_CODE          END DO ! k
2056!OLI_CODE       
2057!OLI_CODE       ELSE
2058!OLI_CODE
2059!OLI_CODE          DO k = 1,nlay_i
2060!OLI_CODE             Sbr = -17.6_wp    * (Tin(k)-rtt)    &
2061!OLI_CODE                   - 0.389_wp  * (Tin(k)-rtt)**2 &
2062!OLI_CODE                   - 0.00362_wp* (Tin(k)-rtt)**3
2063!OLI_CODE             phi(k) = salin(k)/Sbr ! liquid fraction
2064!OLI_CODE          END DO
2065!OLI_CODE
2066!OLI_CODE       END IF
2067!OLI_CODE     
2068!OLI_CODE       !-----------------------------------------------------------------
2069!OLI_CODE       ! permeability
2070!OLI_CODE       !-----------------------------------------------------------------
2071!OLI_CODE
2072!OLI_CODE       perm = 3.0e-08_wp * (minval(phi))**3
2073!OLI_CODE     
2074!OLI_CODE    END SUBROUTINE permeability_phi
2075!OLI_CODE   
2076!OLI_CODE #else
2077!OLI_CODE    !!----------------------------------------------------------------------
2078!OLI_CODE    !!   Default option         Dummy Module          No LIM-3 sea-ice model
2079!OLI_CODE    !!----------------------------------------------------------------------
2080!OLI_CODE CONTAINS
2081!OLI_CODE    SUBROUTINE lim_mp_init          ! Empty routine
2082!OLI_CODE    END SUBROUTINE lim_mp_init   
2083!OLI_CODE    SUBROUTINE lim_mp               ! Empty routine
2084!OLI_CODE    END SUBROUTINE lim_mp
2085!OLI_CODE    SUBROUTINE compute_mp_topo      ! Empty routine
2086!OLI_CODE    END SUBROUTINE compute_mp_topo       
2087!OLI_CODE    SUBROUTINE pond_area            ! Empty routine
2088!OLI_CODE    END SUBROUTINE pond_area   
2089!OLI_CODE    SUBROUTINE calc_hpond           ! Empty routine
2090!OLI_CODE    END SUBROUTINE calc_hpond   
2091!OLI_CODE    SUBROUTINE permeability_phy     ! Empty routine
2092!OLI_CODE    END SUBROUTINE permeability_phy   
2093!OLI_CODE #endif
2094!OLI_CODE    !!======================================================================
2095!OLI_CODE END MODULE limmp_topo
2096!OLI_CODE
[7325]2097#else
2098   !!----------------------------------------------------------------------
2099   !!   Default option          Empty module           NO LIM sea-ice model
2100   !!----------------------------------------------------------------------
2101CONTAINS
2102   SUBROUTINE lim_mp_init     ! Empty routine
2103   END SUBROUTINE lim_mp_init
2104   SUBROUTINE lim_mp          ! Empty routine
2105   END SUBROUTINE lim_mp     
2106   SUBROUTINE lim_mp_topo     ! Empty routine
2107   END SUBROUTINE lim_mp_topo
[8060]2108   SUBROUTINE lim_mp_cesm     ! Empty routine
2109   END SUBROUTINE lim_mp_cesm
[7325]2110   SUBROUTINE lim_mp_area     ! Empty routine
2111   END SUBROUTINE lim_mp_area
2112   SUBROUTINE lim_mp_perm     ! Empty routine
2113   END SUBROUTINE lim_mp_perm
2114#endif 
2115
2116   !!======================================================================
2117END MODULE limmp 
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.