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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 @ 8099

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impact of melt ponds on albedo, first run

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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     
[8099]97      ! Shortcut for radiatively active melt ponds
98      ln_pnd_rad = ln_pnd .AND. ( ( nn_pnd_cpl == 1 ) .OR. ( nn_pnd_cpl == 2 ) )
99
[7293]100      IF(lwp) THEN                        ! control print
101         WRITE(numout,*)
102         WRITE(numout,*) 'lim_mp_init : ice parameters for melt ponds'
103         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~'
[8061]104         WRITE(numout,*)'    Activate melt ponds                                         ln_pnd        = ', ln_pnd
105         WRITE(numout,*)'    Type of melt pond scheme =0 presc, =1 empirical = 2 topo    nn_pnd_scheme = ', nn_pnd_scheme
[8085]106         WRITE(numout,*)'    Type of melt pond coupling =0 pass., =1 full, =2 rad, 3=fw  nn_pnd_cpl    = ', nn_pnd_cpl
[8061]107         WRITE(numout,*)'    Prescribed pond fraction                                    rn_apnd       = ', rn_apnd
[8098]108         WRITE(numout,*)'    Prescribed pond depth                                       rn_hpnd       = ', rn_hpnd
[8099]109         WRITE(numout,*)'    Melt ponds radiatively active                               ln_pnd_rad    = ', ln_pnd_rad
[7293]110      ENDIF
[8085]111
[8098]112      IF ( .NOT. ln_pnd ) THEN
[8099]113         WRITE(numout,*)
[8098]114         WRITE(numout,*) ' Melt ponds are not activated '
115         WRITE(numout,*) ' nn_pnd_scheme, nn_pnd_cpl, rn_apnd and rn_hpnd are set to zero '
[8085]116         nn_pnd_scheme = 0
117         nn_pnd_cpl    = 0
118         rn_apnd       = 0._wp
[8098]119         rn_hpnd       = 0._wp
[8085]120      ENDIF
[8098]121
[8099]122
[7293]123      !
124   END SUBROUTINE lim_mp_init
[8098]125   
[7293]126
[8061]127
[7325]128   SUBROUTINE lim_mp( kt )
129      !!-------------------------------------------------------------------
130      !!               ***  ROUTINE lim_mp   ***
131      !!               
132      !! ** Purpose :   change melt pond fraction
133      !!               
134      !! ** Method  :   brutal force
135      !!
136      !! ** Action  : -
137      !!              -
138      !!------------------------------------------------------------------------------------
[7293]139
[7325]140      INTEGER, INTENT(in) :: kt    ! number of iteration
141      INTEGER  ::   ji, jj, jl     ! dummy loop indices
[7293]142
[7325]143!     REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:) ::   zfsurf  ! surface heat flux(obsolete, should be droped)
144      !
145      !!-------------------------------------------------------------------
[7293]146
[7325]147      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('limthd')
[7293]148
[7325]149      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('lim_mp')
[7293]150
[8061]151      SELECT CASE ( nn_pnd_scheme )
[7325]152
[8098]153         CASE (0)
154
155            CALL lim_mp_cstt       ! staircase melt ponds
156
[8085]157         CASE (1)
[8060]158
[8098]159            CALL lim_mp_cesm       ! empirical melt ponds
[8060]160
[8085]161         CASE (2)
[8061]162
[8098]163            CALL lim_mp_topo   &   ! topographic melt ponds
164                      &          (at_i, a_i,                                       &
165                      &          vt_i, v_i, v_s,            t_i, s_i, a_ip_frac,   &
[8085]166                      &          h_ip,     t_su)
[8061]167
168      END SELECT
169
[7325]170      ! we should probably not aggregate here since we do it in lim_var_agg
171      ! before output, unless we need the total volume and faction else where
172
173      ! we should also make sure a_ip and v_ip are properly updated at the end
174      ! of the routine
175
176   END SUBROUTINE lim_mp 
177
[8098]178   SUBROUTINE lim_mp_cstt 
179       !!-------------------------------------------------------------------
180       !!                ***  ROUTINE lim_mp_cstt  ***
181       !!
182       !! ** Purpose    : Compute melt pond evolution
183       !!
184       !! ** Method     : Melt pond fraction and thickness are prescribed
185       !!                 to non-zero values when t_su = 0C
186       !!
187       !! ** Tunable parameters : pond fraction (rn_apnd), pond depth (rn_hpnd)
188       !!               
189       !! ** Note       : Coupling with such melt ponds is only radiative
190       !!                 Advection, ridging, rafting... are bypassed
191       !!
192       !! ** References : Bush, G.W., and Trump, D.J. (2017)
193       !!   
194       !!-------------------------------------------------------------------
195       INTEGER                             :: ji, jj, jl
196       REAL(wp)                            :: z1_jpl            ! 1/jpl
197       !!-------------------------------------------------------------------
[8061]198
[8098]199       z1_jpl     = 1. / FLOAT(jpl)
[8061]200
[8098]201       WHERE ( ( a_i > epsi10 ) .AND. ( t_su >= rt0-epsi06 ) ) 
202          a_ip      = rn_apnd * z1_jpl 
203          h_ip      = rn_hpnd   
204          v_ip      = a_ip * h_ip 
205          a_ip_frac = a_ip / a_i
206       ELSE WHERE
207          a_ip      = 0._wp
208          h_ip      = 0._wp
209          v_ip      = 0._wp
210          a_ip_frac = 0._wp
211       END WHERE
212
213       wfx_pnd(:,:) = 0._wp
214
215   END SUBROUTINE lim_mp_cstt
216
[8060]217   SUBROUTINE lim_mp_cesm
218       !!-------------------------------------------------------------------
219       !!                ***  ROUTINE lim_mp_cesm  ***
220       !!
221       !! ** Purpose    : Compute melt pond evolution
222       !!
[8061]223       !! ** Method     : Empirical method. A fraction of meltwater is accumulated
224       !!                 in pond volume. It is then released exponentially when
[8098]225       !!                 surface is freezing.
[8060]226       !!
[8098]227       !! ** Tunable parameters : (no expertise yet)
[8060]228       !!
229       !! ** Note       : Stolen from CICE for quick test of the melt pond
[8061]230       !!                 radiation and freshwater interfaces
[8098]231       !!                 Coupling can be radiative AND freshwater
232       !!                 Advection, ridging, rafting are called
[8060]233       !!
234       !! ** References : Holland, M. M. et al (J Clim 2012)
235       !!   
236       !!-------------------------------------------------------------------
237
[8061]238       INTEGER, POINTER, DIMENSION(:)      :: indxi             ! compressed indices for cells with ice melting
239       INTEGER, POINTER, DIMENSION(:)      :: indxj             !
[8060]240
241       REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:)   :: zwfx_mlw          ! available meltwater for melt ponding
242       REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) :: zrfrac            ! fraction of available meltwater retained for melt ponding
243
244       REAL(wp), PARAMETER                 :: zrmin  = 0.15_wp  ! minimum fraction of available meltwater retained for melt ponding
245       REAL(wp), PARAMETER                 :: zrmax  = 0.70_wp  ! maximum   ''           ''       ''        ''            ''
246       REAL(wp), PARAMETER                 :: zrexp  = 0.01_wp  ! rate constant to refreeze melt ponds
247       REAL(wp), PARAMETER                 :: zpnd_aspect = 0.8_wp ! pond aspect ratio
248
249       REAL(wp)                            :: zhi               ! dummy ice thickness
250       REAL(wp)                            :: zhs               ! dummy snow depth
251       REAL(wp)                            :: zTp               ! reference temperature
252       REAL(wp)                            :: zdTs              ! dummy temperature difference
253       REAL(wp)                            :: z1_rhofw          ! inverse freshwater density
254       REAL(wp)                            :: z1_zpnd_aspect    ! inverse pond aspect ratio
[8085]255       REAL(wp)                            :: zvpold            ! dummy pond volume
[8060]256
[8061]257       INTEGER                             :: ji, jj, jl, ij    ! loop indices
258       INTEGER                             :: icells            ! size of dummy array
259
[8060]260       !!-------------------------------------------------------------------
261
262       CALL wrk_alloc( jpi*jpj, indxi, indxj)
[8061]263       CALL wrk_alloc( jpi,jpj,     zwfx_mlw )
264       CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpl, zrfrac   )
[8060]265
266       z1_rhofw       = 1. / rhofw 
267       z1_zpnd_aspect = 1. / zpnd_aspect
[8061]268       zTp            = -2. 
[8060]269
270       !------------------------------------------------------------------
271       ! Available melt water for melt ponding and corresponding fraction
272       !------------------------------------------------------------------
273
274       zwfx_mlw(:,:) = wfx_sum(:,:) + wfx_snw(:,:)        ! available meltwater for melt ponding
275
276       zrfrac(:,:,:) = zrmin + ( zrmax - zrmin ) * a_i(:,:,:) 
277
278       DO jl = 1, jpl   
279
280          ! v_ip(:,:,jl) ! Initialize things
281          ! a_ip(:,:,jl)
282          ! volpn(:,:) = hpnd(:,:) * apnd(:,:) * aicen(:,:)
283
284          !------------------------------------------------------------------------------
285          ! Identify grid cells where ponds should be updated (can probably be improved)
286          !------------------------------------------------------------------------------
287
288          indxi(:) = 0
289          indxj(:) = 0
290          icells   = 0
291
292          DO jj = 1, jpj
293            DO ji = 1, jpi
294               IF ( a_i(ji,jj,jl) > epsi10 ) THEN
295                  icells = icells + 1
[8061]296                  indxi(icells) = ji
297                  indxj(icells) = jj
[8060]298               ENDIF
299            END DO                 ! ji
300         END DO                    ! jj
301
302         DO ij = 1, icells
303
304            ji = indxi(ij)
305            jj = indxj(ij)
306
307            zhi = v_i(ji,jj,jl) / a_i(ji,jj,jl)
308            zhs = v_s(ji,jj,jl) / a_i(ji,jj,jl)
309
310            IF ( zhi < rn_himin) THEN   !--- Remove ponds on thin ice if ice is too thin
311
[8061]312               a_ip(ji,jj,jl)      = 0._wp                               !--- Dump ponds
[8060]313               v_ip(ji,jj,jl)      = 0._wp
314               a_ip_frac(ji,jj,jl) = 0._wp
315               h_ip(ji,jj,jl)      = 0._wp
316
[8063]317               IF ( ( nn_pnd_cpl == 1 ) .OR. ( nn_pnd_cpl == 3 ) ) & !--- Give freshwater to the ocean
[8061]318                  wfx_pnd(ji,jj)   = wfx_pnd(ji,jj) + v_ip(ji,jj,jl) 
319
320
[8060]321            ELSE                        !--- Update pond characteristics
322
[8085]323               !--- Add retained melt water to melt ponds
[8061]324               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]325
326               !--- Shrink pond due to refreezing
[8061]327               zdTs                = MAX ( zTp - t_su(ji,jj,jl) + rt0 , 0. )
[8060]328               
[8061]329               zvpold              = v_ip(ji,jj,jl)
330
331               v_ip(ji,jj,jl)      = v_ip(ji,jj,jl) * EXP( zrexp * zdTs / zTp )
332
333               !--- Dump meltwater due to refreezing ( of course this is wrong
334               !--- but this parameterization is too simple )
[8063]335               IF ( ( nn_pnd_cpl == 1 ) .OR. ( nn_pnd_cpl == 3 ) ) THEN
[8061]336
337                  wfx_pnd(ji,jj)   = wfx_pnd(ji,jj) + rhofw * ( v_ip(ji,jj,jl) - zvpold ) * r1_rdtice
338
339               ENDIF
340
[8060]341               a_ip_frac(ji,jj,jl) = MIN( 1._wp , SQRT( v_ip(ji,jj,jl) * z1_zpnd_aspect / a_i(ji,jj,jl) ) )
342
343               h_ip(ji,jj,jl)      = zpnd_aspect * a_ip_frac(ji,jj,jl)
344
345               a_ip(ji,jj,jl)      = a_ip_frac(ji,jj,jl) * a_i(ji,jj,jl)
346
347            !-----------------------------------------------------------
348            ! Limit pond depth
349            !-----------------------------------------------------------
350            ! hpondn = min(hpondn, dpthhi*hi)
351
352            !--- Give freshwater to the ocean ?
353
354            ENDIF
355
[8061]356          END DO
[8060]357
[8061]358       END DO ! jpl
[8060]359
[8061]360       !--- Remove retained meltwater from surface fluxes
361
362       IF ( ( nn_pnd_cpl .EQ. 1 ) .OR. ( nn_pnd_cpl .EQ. 3 ) ) THEN
363
364           wfx_snw(:,:) = wfx_snw(:,:) *  ( 1. - zrmin - ( zrmax - zrmin ) * at_i(:,:) )
365
366           wfx_sum(:,:) = wfx_sum(:,:) *  ( 1. - zrmin - ( zrmax - zrmin ) * at_i(:,:) )
367
368       ENDIF
369
[8060]370   END SUBROUTINE lim_mp_cesm
371
[7325]372   SUBROUTINE lim_mp_topo    (aice,      aicen,     &
373                              vice,      vicen,     &
374                              vsnon,                &
375                              ticen,     salin,     &
376                              a_ip_frac, h_ip,      &
377                                         Tsfc )
378       !!-------------------------------------------------------------------
379       !!                ***  ROUTINE lim_mp_topo  ***
380       !!
381       !! ** Purpose :   Compute melt pond evolution based on the ice
382       !!                topography as inferred from the ice thickness
383       !!                distribution. 
384       !!
385       !! ** Method  :   This code is initially based on Flocco and Feltham
386       !!                (2007) and Flocco et al. (2010). More to come...
387       !!
388       !! ** Tunable parameters :
389       !!
390       !! ** Note :
391       !!
392       !! ** References
393       !!    Flocco, D. and D. L. Feltham, 2007.  A continuum model of melt pond
394       !!    evolution on Arctic sea ice.  J. Geophys. Res. 112, C08016, doi:
395       !!    10.1029/2006JC003836.
396       !!    Flocco, D., D. L. Feltham and A. K. Turner, 2010.  Incorporation of
397       !!    a physically based melt pond scheme into the sea ice component of a
398       !!    climate model.  J. Geophys. Res. 115, C08012,
399       !!    doi: 10.1029/2009JC005568.
400       !!   
401       !!-------------------------------------------------------------------
402 
403       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj), &
404          INTENT(IN) :: &
405          aice, &    ! total ice area fraction
406          vice       ! total ice volume (m)
407 
408       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj,jpl), &
409          INTENT(IN) :: &
410          aicen, &   ! ice area fraction, per category
411          vsnon, &   ! snow volume, per category (m)
412          vicen      ! ice volume, per category (m)
413 
414       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj,nlay_i,jpl), &
415          INTENT(IN) :: &
416          ticen, &   ! ice enthalpy, per category
417          salin
418 
419       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj,jpl), &
420          INTENT(INOUT) :: &
421          a_ip_frac , &   ! pond area fraction of ice, per ice category
422          h_ip       ! pond depth, per ice category (m)
423 
424       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj,jpl), &
425          INTENT(IN) :: &
426          Tsfc       ! snow/sea ice surface temperature
427 
428       ! local variables
429       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj,jpl) :: &
430          zTsfcn, & ! ice/snow surface temperature (C)
431          zvolpn, & ! pond volume per unit area, per category (m)
432          zvuin     ! water-equivalent volume of ice lid on melt pond ('upper ice', m)
433 
434       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj,jpl) :: &
435          zapondn,& ! pond area fraction, per category
436          zhpondn   ! pond depth, per category (m)
437 
438       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj) :: &
439          zvolp       ! total volume of pond, per unit area of pond (m)
440 
441       REAL (wp) :: &
442          zhi,    & ! ice thickness (m)
443          zdHui,  & ! change in thickness of ice lid (m)
444          zomega, & ! conduction
445          zdTice, & ! temperature difference across ice lid (C)
446          zdvice, & ! change in ice volume (m)
447          zTavg,  & ! mean surface temperature across categories (C)
448          zTp,    & ! pond freezing temperature (C)
449          zdvn      ! change in melt pond volume for fresh water budget
450       INTEGER, DIMENSION (jpi*jpj) :: &
451          indxi, indxj    ! compressed indices for cells with ice melting
452 
453       INTEGER :: n,k,i,j,ij,icells,indxij ! loop indices
454 
455       INTEGER, DIMENSION (jpl) :: &
456          kcells          ! cells where ice lid combines with vice
457 
458       INTEGER, DIMENSION (jpi*jpj,jpl) :: &
459          indxii, indxjj  ! i,j indices for kcells loop
460 
461       REAL (wp), parameter :: &
462          zhicemin  = 0.1_wp , & ! minimum ice thickness with ponds (m)
463          zTd       = 0.15_wp, & ! temperature difference for freeze-up (C)
464          zr1_rlfus = 1._wp / 0.334e+6 / 917._wp , & ! (J/m^3)
465          zmin_volp = 1.e-4_wp, & ! minimum pond volume (m)
466          z0       = 0._wp,    & 
467          zTimelt   = 0._wp,    &
468          z01      = 0.01_wp,  &
469          z25      = 0.25_wp,  &
470          z5       = 0.5_wp
471
472       !---------------------------------------------------------------
473       ! Initialization
474       !---------------------------------------------------------------
475 
476       zhpondn(:,:,:) = 0._wp
477       zapondn(:,:,:) = 0._wp
478       indxii(:,:) = 0
479       indxjj(:,:) = 0
480       kcells(:)   = 0
481
482       zvolp(:,:) = wfx_sum(:,:) + wfx_snw(:,:) + vt_ip(:,:) ! Total available melt water, to be distributed as melt ponds
483       zTsfcn(:,:,:) = zTsfcn(:,:,:) - rt0                   ! Convert in Celsius
484 
485       ! The freezing temperature for meltponds is assumed slightly below 0C,
486       ! as if meltponds had a little salt in them.  The salt budget is not
487       ! altered for meltponds, but if it were then an actual pond freezing
488       ! temperature could be computed.
489 
490       ! zTp = zTimelt - zTd  ---> for lids
491 
492       !-----------------------------------------------------------------
493       ! Identify grid cells with ponds
494       !-----------------------------------------------------------------
495 
496       icells = 0
497       DO j = 1, jpj
498       DO i = 1, jpi
499          zhi = z0
500          IF (aice(i,j) > epsi10 ) zhi = vice(i,j)/aice(i,j)
501          IF ( aice(i,j) > z01 .and. zhi > zhicemin .and. &
502             zvolp(i,j) > zmin_volp*aice(i,j)) THEN
503             icells = icells + 1
504             indxi(icells) = i
505             indxj(icells) = j
506          ELSE  ! remove ponds on thin ice
507             !fpond(i,j) = fpond(i,j) - zvolp(i,j)
508             zvolpn(i,j,:) = z0
509             zvuin (i,j,:) = z0
510             zvolp (i,j) = z0
511          END IF
512       END DO                     ! i
513       END DO                     ! j
514 
515       DO ij = 1, icells
516          i = indxi(ij)
517          j = indxj(ij)
518 
519          !--------------------------------------------------------------
520          ! calculate pond area and depth
521          !--------------------------------------------------------------
522          CALL lim_mp_area(aice(i,j),vice(i,j), &
523                    aicen(i,j,:), vicen(i,j,:), vsnon(i,j,:), &
524                    ticen(i,j,:,:), salin(i,j,:,:), &
525                    zvolpn(i,j,:), zvolp(i,j), &
526                    zapondn(i,j,:),zhpondn(i,j,:), zdvn)
527         ! outputs are
528         ! - zdvn
529         ! - zvolpn
530         ! - zvolp
531         ! - zapondn
532         ! - zhpondn
533
534          wfx_pnd(i,j) = wfx_pnd(i,j) + zdvn ! update flux from ponds to ocean
535 
[8060]536          ! mean surface temperature MV - why do we need that ? --> for the lid
537
538          ! zTavg = z0
539          ! DO n = 1, jpl
540          !   zTavg = zTavg + zTsfcn(i,j,n)*aicen(i,j,n)
541          ! END DO
542          ! zTavg = zTavg / aice(i,j)
[7325]543 
544       END DO ! ij
545 
546       !---------------------------------------------------------------
547       ! Update pond volume and fraction
548       !---------------------------------------------------------------
549 
550       a_ip(:,:,:) = zapondn(:,:,:)
551       v_ip(:,:,:) = zapondn(:,:,:) * zhpondn(:,:,:)
552       a_ip_frac(:,:,:) = 0._wp
553       h_ip     (:,:,:) = 0._wp
554
555    END SUBROUTINE lim_mp_topo
556
557    SUBROUTINE lim_mp_area(aice,vice, &
558                         aicen, vicen, vsnon, ticen, &
559                         salin, zvolpn, zvolp,         &
560                         zapondn,zhpondn,dvolp)
561
562       !!-------------------------------------------------------------------
563       !!                ***  ROUTINE lim_mp_area ***
564       !!
565       !! ** Purpose : Given the total volume of meltwater, update
566       !!              pond fraction (a_ip) and depth (should be volume)
567       !!
568       !! **
569       !!             
570       !!------------------------------------------------------------------
571
572       REAL (wp), INTENT(IN) :: &
573          aice,vice
574 
575       REAL (wp), DIMENSION(jpl), INTENT(IN) :: &
576          aicen, vicen, vsnon
577 
578       REAL (wp), DIMENSION(nlay_i,jpl), INTENT(IN) :: &
579          ticen, salin
580 
581       REAL (wp), DIMENSION(jpl), INTENT(INOUT) :: &
582          zvolpn
583 
584       REAL (wp), INTENT(INOUT) :: &
585          zvolp, dvolp
586 
587       REAL (wp), DIMENSION(jpl), INTENT(OUT) :: &
588          zapondn, zhpondn
589 
590       INTEGER :: &
591          n, ns,   &
592          m_index, &
593          permflag
594 
595       REAL (wp), DIMENSION(jpl) :: &
596          hicen, &
597          hsnon, &
598          asnon, &
599          alfan, &
600          betan, &
601          cum_max_vol, &
602          reduced_aicen       
603 
604       REAL (wp), DIMENSION(0:jpl) :: &
605          cum_max_vol_tmp
606 
607       REAL (wp) :: &
608          hpond, &
609          drain, &
610          floe_weight, &
611          pressure_head, &
612          hsl_rel, &
613          deltah, &
614          perm, &
615          msno
616 
617       REAL (wp), parameter :: & 
618          viscosity = 1.79e-3_wp, &  ! kinematic water viscosity in kg/m/s
619          z0        = 0.0_wp    , &
620          c1        = 1.0_wp    , &
621          p4        = 0.4_wp    , &
622          p6        = 0.6_wp    , &
623          epsi10      = 1.0e-11_wp
624         
625      !-----------|
626      !           |
627      !           |-----------|
628      !___________|___________|______________________________________sea-level
629      !           |           |
630      !           |           |---^--------|
631      !           |           |   |        |
632      !           |           |   |        |-----------|              |-------
633      !           |           |   |alfan(n)|           |              |
634      !           |           |   |        |           |--------------|
635      !           |           |   |        |           |              |
636      !---------------------------v-------------------------------------------
637      !           |           |   ^        |           |              |
638      !           |           |   |        |           |--------------|
639      !           |           |   |betan(n)|           |              |
640      !           |           |   |        |-----------|              |-------
641      !           |           |   |        |
642      !           |           |---v------- |
643      !           |           |
644      !           |-----------|
645      !           |
646      !-----------|
647     
648       !-------------------------------------------------------------------
649       ! initialize
650       !-------------------------------------------------------------------
651 
652       DO n = 1, jpl
653 
654          zapondn(n) = z0
655          zhpondn(n) = z0
656 
657          !----------------------------------------
658          ! X) compute the effective snow fraction
659          !----------------------------------------
660          IF (aicen(n) < epsi10)  THEN
661             hicen(n) =  z0 
662             hsnon(n) = z0
663             reduced_aicen(n) = z0
664          ELSE
665             hicen(n) = vicen(n) / aicen(n)
666             hsnon(n) = vsnon(n) / aicen(n)
667             reduced_aicen(n) = c1 ! n=jpl
668             IF (n < jpl) reduced_aicen(n) = aicen(n) &
669                                  * (-0.024_wp*hicen(n) + 0.832_wp) 
670             asnon(n) = reduced_aicen(n)  ! effective snow fraction (empirical)
[8060]671             ! MV should check whether this makes sense to have the same effective snow fraction in here
[7325]672          END IF
673 
674 ! This choice for alfa and beta ignores hydrostatic equilibium of categories.
675 ! Hydrostatic equilibium of the entire ITD is accounted for below, assuming
676 ! a surface topography implied by alfa=0.6 and beta=0.4, and rigidity across all
677 ! categories.  alfa and beta partition the ITD - they are areas not thicknesses!
678 ! Multiplying by hicen, alfan and betan (below) are thus volumes per unit area.
679 ! Here, alfa = 60% of the ice area (and since hice is constant in a category,
680 ! alfan = 60% of the ice volume) in each category lies above the reference line,
681 ! and 40% below. Note: p6 is an arbitrary choice, but alfa+beta=1 is required.
[8060]682
683 ! MV: 
684 ! Note that this choice is not in the original FF07 paper and has been adopted in CICE
685 ! No reason why is explained in the doc, but I guess there is a reason. I'll try to investigate, maybe
686
687 ! Where does that choice come from
[7325]688 
[8060]689          alfan(n) = 0.6 * hicen(n)
690          betan(n) = 0.4 * hicen(n)
[7325]691       
692          cum_max_vol(n)     = z0
693          cum_max_vol_tmp(n) = z0
694     
695       END DO ! jpl
696 
697       cum_max_vol_tmp(0) = z0
698       drain = z0
699       dvolp = z0
700
701       !----------------------------------------------------------
702       ! x) Drain overflow water, update pond fraction and volume
703       !----------------------------------------------------------
704       
705       !--------------------------------------------------------------------------
706       ! the maximum amount of water that can be contained up to each ice category
707       !--------------------------------------------------------------------------
708
709       ! MV
710       ! If melt ponds are too deep to be sustainable given the ITD (OVERFLOW)
711       ! Then the excess volume cum_max_vol(jl) drains out of the system
712       ! It should be added to wfx_pnd
713       ! END MV
714     
715       DO n = 1, jpl-1 ! last category can not hold any volume
716 
717          IF (alfan(n+1) >= alfan(n) .and. alfan(n+1) > z0) THEN
718 
719             ! total volume in level including snow
720             cum_max_vol_tmp(n) = cum_max_vol_tmp(n-1) + &
721                (alfan(n+1) - alfan(n)) * sum(reduced_aicen(1:n)) 
722 
723             ! subtract snow solid volumes from lower categories in current level
724             DO ns = 1, n 
725                cum_max_vol_tmp(n) = cum_max_vol_tmp(n) &
726                   - rhosn/rhofw * &   ! free air fraction that can be filled by water
727                     asnon(ns)  * &    ! effective areal fraction of snow in that category
728                     max(min(hsnon(ns)+alfan(ns)-alfan(n), alfan(n+1)- &
729                                   alfan(n)), z0) 
730             END DO
731
732          ELSE ! assume higher categories unoccupied
733             cum_max_vol_tmp(n) = cum_max_vol_tmp(n-1)
734          END IF
735          !IF (cum_max_vol_tmp(n) < z0) THEN
736          !   call abort_ice('negative melt pond volume')
737          !END IF
738       END DO
739       cum_max_vol_tmp(jpl) = cum_max_vol_tmp(jpl-1)  ! last category holds no volume
740       cum_max_vol  (1:jpl) = cum_max_vol_tmp(1:jpl)
741     
742       !----------------------------------------------------------------
743       ! is there more meltwater than can be held in the floe?
744       !----------------------------------------------------------------
745       IF (zvolp >= cum_max_vol(jpl)) THEN
746          drain = zvolp - cum_max_vol(jpl) + epsi10
747          zvolp = zvolp - drain ! update meltwater volume available
748          dvolp = drain         ! this is the drained water
749          IF (zvolp < epsi10) THEN
750             dvolp = dvolp + zvolp
751             zvolp = z0
752          END IF
753       END IF
754     
755       ! height and area corresponding to the remaining volume
756 
757!      call calc_hpond(reduced_aicen, asnon, hsnon, rhos, alfan, &
758!           zvolp, cum_max_vol, hpond, m_index)
759     
760       DO n=1, m_index
761          zhpondn(n) = hpond - alfan(n) + alfan(1) ! here oui choulde update
762                                                   !  volume instead, no ?
763          zapondn(n) = reduced_aicen(n) 
764          ! in practise, pond fraction depends on the empirical snow fraction
765          ! so in turn on ice thickness
766       END DO
767     
768       !------------------------------------------------------------------------
769       ! Drainage through brine network (permeability)
770       !------------------------------------------------------------------------
771       !!! drainage due to ice permeability - Darcy's law
772     
773       ! sea water level
774       msno = z0
775       DO n=1,jpl
776         msno = msno + vsnon(n) * rhosn
777       END DO
778       floe_weight = (msno + rhoic*vice + rau0*zvolp) / aice
779       hsl_rel = floe_weight / rau0 &
780               - ((sum(betan(:)*aicen(:))/aice) + alfan(1))
781     
782       deltah = hpond - hsl_rel
783       pressure_head = grav * rau0 * max(deltah, z0)
784 
785       ! drain IF ice is permeable   
786       permflag = 0
787       IF (pressure_head > z0) THEN
788       DO n = 1, jpl-1
789          IF (hicen(n) /= z0) THEN
790             perm = 0. ! MV ugly dummy patch
791             CALL lim_mp_perm(ticen(:,n), salin(:,n), vicen(n), perm)
792             IF (perm > z0) permflag = 1
793
794             drain = perm*zapondn(n)*pressure_head*rdt_ice / &
795                                      (viscosity*hicen(n))
796             dvolp = dvolp + min(drain, zvolp)
797             zvolp = max(zvolp - drain, z0)
798             IF (zvolp < epsi10) THEN
799                dvolp = dvolp + zvolp
800                zvolp = z0
801             END IF
802          END IF
803       END DO
804 
805       ! adjust melt pond DIMENSIONs
806       IF (permflag > 0) THEN
807          ! recompute pond depth   
808!         CALL calc_hpond(reduced_aicen, asnon, hsnon, rhos, alfan, &
809!                         zvolp, cum_max_vol, hpond, m_index)
810          DO n=1, m_index
811             zhpondn(n) = hpond - alfan(n) + alfan(1)
812             zapondn(n) = reduced_aicen(n) 
813          END DO
814       END IF
815       END IF ! pressure_head
816 
817       !-------------------------------
818       ! X) remove water from the snow
819       !-------------------------------
820       !------------------------------------------------------------------------
821       ! total melt pond volume in category DOes not include snow volume
822       ! snow in melt ponds is not melted
823       !------------------------------------------------------------------------
824 
825       ! Calculate pond volume for lower categories
826       DO n=1,m_index-1
827          zvolpn(n) = zapondn(n) * zhpondn(n) & ! what is not in the snow
828                   - (rhosn/rhofw) * asnon(n) * min(hsnon(n), zhpondn(n))
829       END DO
830 
831       ! Calculate pond volume for highest category = remaining pond volume
832
833       ! The following is completely unclear to Martin at least
834       ! Could we redefine properly and recode in a more readable way ?
835
836       ! m_index = last category with melt pond
837
838       IF (m_index == 1) zvolpn(m_index) = zvolp ! volume of mw in 1st category is the total volume of melt water
839
840       IF (m_index > 1) THEN
841         IF (zvolp > sum(zvolpn(1:m_index-1))) THEN
842           zvolpn(m_index) = zvolp - sum(zvolpn(1:m_index-1)) !
843         ELSE
844           zvolpn(m_index) = z0
845           zhpondn(m_index) = z0
846           zapondn(m_index) = z0
847           ! If remaining pond volume is negative reduce pond volume of
848           ! lower category
849           IF (zvolp+epsi10 < sum(zvolpn(1:m_index-1))) & 
850             zvolpn(m_index-1) = zvolpn(m_index-1)-sum(zvolpn(1:m_index-1))&
851                                + zvolp
852         END IF
853       END IF
854 
855       DO n=1,m_index
856          IF (zapondn(n) > epsi10) THEN
857              zhpondn(n) = zvolpn(n) / zapondn(n)
858          ELSE
859             dvolp = dvolp + zvolpn(n)
860             zhpondn(n) = z0
861             zvolpn(n) = z0
862             zapondn(n) = z0
863          end IF
864       END DO
865       DO n = m_index+1, jpl
866          zhpondn(n) = z0
867          zapondn(n) = z0
868          zvolpn (n) = z0
869       END DO
870 
871    END SUBROUTINE lim_mp_area
872
873!OLI_CODE   
874!OLI_CODE
875!OLI_CODE    SUBROUTINE calc_hpond(aicen, asnon, hsnon, rhos, alfan, &
876!OLI_CODE                          zvolp, cum_max_vol,                &
877!OLI_CODE                          hpond, m_index)
878!OLI_CODE       !!-------------------------------------------------------------------
879!OLI_CODE       !!                ***  ROUTINE calc_hpond  ***
880!OLI_CODE       !!
881!OLI_CODE       !! ** Purpose :   Compute melt pond depth
882!OLI_CODE       !!-------------------------------------------------------------------
883!OLI_CODE     
884!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION(jpl), INTENT(IN) :: &
885!OLI_CODE          aicen, &
886!OLI_CODE          asnon, &
887!OLI_CODE          hsnon, &
888!OLI_CODE          rhos,  &
889!OLI_CODE          alfan, &
890!OLI_CODE          cum_max_vol
891!OLI_CODE     
892!OLI_CODE       REAL (wp), INTENT(IN) :: &
893!OLI_CODE          zvolp
894!OLI_CODE     
895!OLI_CODE       REAL (wp), INTENT(OUT) :: &
896!OLI_CODE          hpond
897!OLI_CODE     
898!OLI_CODE       INTEGER, INTENT(OUT) :: &
899!OLI_CODE          m_index
900!OLI_CODE     
901!OLI_CODE       INTEGER :: n, ns
902!OLI_CODE     
903!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION(0:jpl+1) :: &
904!OLI_CODE          hitl, &
905!OLI_CODE          aicetl
906!OLI_CODE     
907!OLI_CODE       REAL (wp) :: &
908!OLI_CODE          rem_vol, &
909!OLI_CODE          area, &
910!OLI_CODE          vol, &
911!OLI_CODE          tmp, &
912!OLI_CODE          z0   = 0.0_wp,    &   
913!OLI_CODE          epsi10 = 1.0e-11_wp
914!OLI_CODE     
915!OLI_CODE       !----------------------------------------------------------------
916!OLI_CODE       ! hpond is zero if zvolp is zero - have we fully drained?
917!OLI_CODE       !----------------------------------------------------------------
918!OLI_CODE     
919!OLI_CODE       IF (zvolp < epsi10) THEN
920!OLI_CODE        hpond = z0
921!OLI_CODE        m_index = 0
922!OLI_CODE       ELSE
923!OLI_CODE       
924!OLI_CODE        !----------------------------------------------------------------
925!OLI_CODE        ! Calculate the category where water fills up to
926!OLI_CODE        !----------------------------------------------------------------
927!OLI_CODE       
928!OLI_CODE        !----------|
929!OLI_CODE        !          |
930!OLI_CODE        !          |
931!OLI_CODE        !          |----------|                                     -- --
932!OLI_CODE        !__________|__________|_________________________________________ ^
933!OLI_CODE        !          |          |             rem_vol     ^                | Semi-filled
934!OLI_CODE        !          |          |----------|-- -- -- - ---|-- ---- -- -- --v layer
935!OLI_CODE        !          |          |          |              |
936!OLI_CODE        !          |          |          |              |hpond
937!OLI_CODE        !          |          |          |----------|   |     |-------
938!OLI_CODE        !          |          |          |          |   |     |
939!OLI_CODE        !          |          |          |          |---v-----|
940!OLI_CODE        !          |          | m_index  |          |         |
941!OLI_CODE        !-------------------------------------------------------------
942!OLI_CODE       
943!OLI_CODE        m_index = 0  ! 1:m_index categories have water in them
944!OLI_CODE        DO n = 1, jpl
945!OLI_CODE           IF (zvolp <= cum_max_vol(n)) THEN
946!OLI_CODE              m_index = n
947!OLI_CODE              IF (n == 1) THEN
948!OLI_CODE                 rem_vol = zvolp
949!OLI_CODE              ELSE
950!OLI_CODE                 rem_vol = zvolp - cum_max_vol(n-1)
951!OLI_CODE              END IF
952!OLI_CODE              exit ! to break out of the loop
953!OLI_CODE           END IF
954!OLI_CODE        END DO
955!OLI_CODE        m_index = min(jpl-1, m_index)
956!OLI_CODE       
957!OLI_CODE        !----------------------------------------------------------------
958!OLI_CODE        ! semi-filled layer may have m_index different snow in it
959!OLI_CODE        !----------------------------------------------------------------
960!OLI_CODE       
961!OLI_CODE        !-----------------------------------------------------------  ^
962!OLI_CODE        !                                                             |  alfan(m_index+1)
963!OLI_CODE        !                                                             |
964!OLI_CODE        !hitl(3)-->                             |----------|          |
965!OLI_CODE        !hitl(2)-->                |------------| * * * * *|          |
966!OLI_CODE        !hitl(1)-->     |----------|* * * * * * |* * * * * |          |
967!OLI_CODE        !hitl(0)-->-------------------------------------------------  |  ^
968!OLI_CODE        !                various snow from lower categories          |  |alfa(m_index)
969!OLI_CODE       
970!OLI_CODE        ! hitl - heights of the snow layers from thinner and current categories
971!OLI_CODE        ! aicetl - area of each snow depth in this layer
972!OLI_CODE       
973!OLI_CODE        hitl(:) = z0
974!OLI_CODE        aicetl(:) = z0
975!OLI_CODE        DO n = 1, m_index
976!OLI_CODE           hitl(n)   = max(min(hsnon(n) + alfan(n) - alfan(m_index), &
977!OLI_CODE                                  alfan(m_index+1) - alfan(m_index)), z0)
978!OLI_CODE           aicetl(n) = asnon(n)
979!OLI_CODE           
980!OLI_CODE           aicetl(0) = aicetl(0) + (aicen(n) - asnon(n))
981!OLI_CODE        END DO
982!OLI_CODE        hitl(m_index+1) = alfan(m_index+1) - alfan(m_index)
983!OLI_CODE        aicetl(m_index+1) = z0
984!OLI_CODE       
985!OLI_CODE        !----------------------------------------------------------------
986!OLI_CODE        ! reorder array according to hitl
987!OLI_CODE        ! snow heights not necessarily in height order
988!OLI_CODE        !----------------------------------------------------------------
989!OLI_CODE       
990!OLI_CODE        DO ns = 1, m_index+1
991!OLI_CODE           DO n = 0, m_index - ns + 1
992!OLI_CODE              IF (hitl(n) > hitl(n+1)) THEN ! swap order
993!OLI_CODE                 tmp = hitl(n)
994!OLI_CODE                 hitl(n) = hitl(n+1)
995!OLI_CODE                 hitl(n+1) = tmp
996!OLI_CODE                 tmp = aicetl(n)
997!OLI_CODE                 aicetl(n) = aicetl(n+1)
998!OLI_CODE                 aicetl(n+1) = tmp
999!OLI_CODE              END IF
1000!OLI_CODE           END DO
1001!OLI_CODE        END DO
1002!OLI_CODE       
1003!OLI_CODE        !----------------------------------------------------------------
1004!OLI_CODE        ! divide semi-filled layer into set of sublayers each vertically homogenous
1005!OLI_CODE        !----------------------------------------------------------------
1006!OLI_CODE       
1007!OLI_CODE        !hitl(3)----------------------------------------------------------------
1008!OLI_CODE        !                                                       | * * * * * * * * 
1009!OLI_CODE        !                                                       |* * * * * * * * *
1010!OLI_CODE        !hitl(2)----------------------------------------------------------------
1011!OLI_CODE        !                                    | * * * * * * * *  | * * * * * * * * 
1012!OLI_CODE        !                                    |* * * * * * * * * |* * * * * * * * *
1013!OLI_CODE        !hitl(1)----------------------------------------------------------------
1014!OLI_CODE        !                 | * * * * * * * *  | * * * * * * * *  | * * * * * * * * 
1015!OLI_CODE        !                 |* * * * * * * * * |* * * * * * * * * |* * * * * * * * *
1016!OLI_CODE        !hitl(0)----------------------------------------------------------------
1017!OLI_CODE        !    aicetl(0)         aicetl(1)           aicetl(2)          aicetl(3)           
1018!OLI_CODE       
1019!OLI_CODE        ! move up over layers incrementing volume
1020!OLI_CODE        DO n = 1, m_index+1
1021!OLI_CODE           
1022!OLI_CODE           area = sum(aicetl(:)) - &                 ! total area of sub-layer
1023!OLI_CODE                (rhos(n)/rau0) * sum(aicetl(n:jpl+1)) ! area of sub-layer occupied by snow
1024!OLI_CODE           
1025!OLI_CODE           vol = (hitl(n) - hitl(n-1)) * area      ! thickness of sub-layer times area
1026!OLI_CODE           
1027!OLI_CODE           IF (vol >= rem_vol) THEN  ! have reached the sub-layer with the depth within
1028!OLI_CODE              hpond = rem_vol / area + hitl(n-1) + alfan(m_index) - &
1029!OLI_CODE                           alfan(1)
1030!OLI_CODE              exit
1031!OLI_CODE           ELSE  ! still in sub-layer below the sub-layer with the depth
1032!OLI_CODE              rem_vol = rem_vol - vol
1033!OLI_CODE           END IF
1034!OLI_CODE           
1035!OLI_CODE        END DO
1036!OLI_CODE       
1037!OLI_CODE       END IF
1038!OLI_CODE     
1039!OLI_CODE    END SUBROUTINE calc_hpond
1040!OLI_CODE   
1041!OLI_CODE
1042    SUBROUTINE lim_mp_perm(ticen, salin, vicen, perm)
1043       !!-------------------------------------------------------------------
1044       !!                ***  ROUTINE lim_mp_perm ***
1045       !!
1046       !! ** Purpose :   Determine the liquid fraction of brine in the ice
1047       !!                and its permeability
1048       !!-------------------------------------------------------------------
1049       REAL (wp), DIMENSION(nlay_i), INTENT(IN) :: &
1050          ticen,  & ! energy of melting for each ice layer (J/m2)
1051          salin
1052 
1053       REAL (wp), INTENT(IN) :: &
1054          vicen     ! ice volume
1055     
1056       REAL (wp), INTENT(OUT) :: &
1057          perm      ! permeability
1058 
1059       REAL (wp) ::   &
1060          Sbr        ! brine salinity
1061 
1062       REAL (wp), DIMENSION(nlay_i) ::   &
1063          Tin, &    ! ice temperature
1064          phi       ! liquid fraction
1065 
1066       INTEGER :: k
1067     
1068       REAL (wp) :: &
1069          c2    = 2.0_wp
1070 
1071       !-----------------------------------------------------------------
1072       ! Compute ice temperatures from enthalpies using quadratic formula
1073       !-----------------------------------------------------------------
1074 
1075       DO k = 1,nlay_i
1076          Tin(k) = ticen(k) 
1077       END DO
1078 
1079       !-----------------------------------------------------------------
1080       ! brine salinity and liquid fraction
1081       !-----------------------------------------------------------------
1082 
1083       IF (maxval(Tin-rtt) <= -c2) THEN
1084 
1085          DO k = 1,nlay_i
1086             Sbr = - 1.2_wp                 &
1087                   -21.8_wp     * (Tin(k)-rtt)    &
1088                   - 0.919_wp   * (Tin(k)-rtt)**2 &
1089                   - 0.01878_wp * (Tin(k)-rtt)**3
1090             phi(k) = salin(k)/Sbr ! liquid fraction
1091          END DO ! k
1092       
1093       ELSE
1094 
1095          DO k = 1,nlay_i
1096             Sbr = -17.6_wp    * (Tin(k)-rtt)    &
1097                   - 0.389_wp  * (Tin(k)-rtt)**2 &
1098                   - 0.00362_wp* (Tin(k)-rtt)**3
1099             phi(k) = salin(k)/Sbr ! liquid fraction
1100          END DO
1101 
1102       END IF
1103     
1104       !-----------------------------------------------------------------
1105       ! permeability
1106       !-----------------------------------------------------------------
1107 
1108       perm = 3.0e-08_wp * (minval(phi))**3 ! REFERENCE PLEASE (this fucking
1109                                            ! bastard of Golden)
1110     
1111    END SUBROUTINE lim_mp_perm
1112!OLI_CODE   
1113!OLI_CODE #else
1114!OLI_CODE    !!----------------------------------------------------------------------
1115!OLI_CODE    !!   Default option         Dummy Module          No LIM-3 sea-ice model
1116!OLI_CODE    !!----------------------------------------------------------------------
1117!OLI_CODE CONTAINS
1118!OLI_CODE    SUBROUTINE lim_mp_init          ! Empty routine
1119!OLI_CODE    END SUBROUTINE lim_mp_init   
1120!OLI_CODE    SUBROUTINE lim_mp               ! Empty routine
1121!OLI_CODE    END SUBROUTINE lim_mp
1122!OLI_CODE    SUBROUTINE compute_mp_topo      ! Empty routine
1123!OLI_CODE    END SUBROUTINE compute_mp_topo       
1124!OLI_CODE    SUBROUTINE pond_area            ! Empty routine
1125!OLI_CODE    END SUBROUTINE pond_area   
1126!OLI_CODE    SUBROUTINE calc_hpond           ! Empty routine
1127!OLI_CODE    END SUBROUTINE calc_hpond   
1128!OLI_CODE    SUBROUTINE permeability_phy     ! Empty routine
1129!OLI_CODE    END SUBROUTINE permeability_phy   
1130!OLI_CODE #endif
1131!OLI_CODE    !!======================================================================
1132!OLI_CODE END MODULE limmp_topo
1133
1134
[7293]1135!OLI_CODE MODULE limmp_topo
1136!OLI_CODE    !!======================================================================
1137!OLI_CODE    !!                       ***  MODULE limmp_topo ***
1138!OLI_CODE    !! LIM-3 sea-ice :  computation of melt ponds' properties
1139!OLI_CODE    !!======================================================================
1140!OLI_CODE    !! History :  Original code by Daniela Flocco and Adrian Turner
1141!OLI_CODE    !!            ! 2012-09 (O. Lecomte) Adaptation for routine inclusion in
1142!OLI_CODE    !!                      NEMO-LIM3.1
1143!OLI_CODE    !!            ! 2016-11 (O. Lecomte, C. Rousset, M. Vancoppenolle)
1144!OLI_CODE    !!                      Adaptation for merge with NEMO-LIM3.6
1145!OLI_CODE    !!----------------------------------------------------------------------
1146!OLI_CODE #if defined key_lim3
1147!OLI_CODE    !!----------------------------------------------------------------------
1148!OLI_CODE    !!   'key_lim3'                                      LIM-3 sea-ice model
1149!OLI_CODE    !!----------------------------------------------------------------------
1150!OLI_CODE    !!   lim_mp_init     : melt pond properties initialization
1151!OLI_CODE    !!   lim_mp          : melt pond routine caller
1152!OLI_CODE    !!   compute_mp_topo : Actual melt pond routine
1153!OLI_CODE    !!----------------------------------------------------------------------
1154!OLI_CODE    USE ice_oce, ONLY: rdt_ice, tatm_ice
1155!OLI_CODE    USE phycst
1156!OLI_CODE    USE dom_ice
1157!OLI_CODE    USE dom_oce
1158!OLI_CODE    USE sbc_oce
1159!OLI_CODE    USE sbc_ice
1160!OLI_CODE    USE par_ice
1161!OLI_CODE    USE par_oce
1162!OLI_CODE    USE ice
1163!OLI_CODE    USE thd_ice
1164!OLI_CODE    USE in_out_manager
1165!OLI_CODE    USE lbclnk
1166!OLI_CODE    USE lib_mpp
1167!OLI_CODE
1168!OLI_CODE    IMPLICIT NONE
1169!OLI_CODE    PRIVATE
1170!OLI_CODE
1171!OLI_CODE    PUBLIC   lim_mp_init
1172!OLI_CODE    PUBLIC   lim_mp
1173!OLI_CODE
1174!OLI_CODE CONTAINS
1175!OLI_CODE
1176!OLI_CODE    SUBROUTINE lim_mp_init
1177!OLI_CODE       !!-------------------------------------------------------------------
1178!OLI_CODE       !!                ***  ROUTINE lim_mp_init  ***
1179!OLI_CODE       !!
1180!OLI_CODE       !! ** Purpose :   Initialize melt ponds
1181!OLI_CODE       !!-------------------------------------------------------------------
1182!OLI_CODE       a_ip_frac(:,:,:)    = 0._wp
1183!OLI_CODE       a_ip(:,:,:)         = 0._wp
1184!OLI_CODE       h_ip(:,:,:)         = 0._wp
1185!OLI_CODE       v_ip(:,:,:)         = 0._wp
1186!OLI_CODE       h_il(:,:,:)         = 0._wp
1187!OLI_CODE       v_il(:,:,:)         = 0._wp
1188!OLI_CODE         
1189!OLI_CODE    END SUBROUTINE lim_mp_init
1190!OLI_CODE
1191!OLI_CODE
1192!OLI_CODE    SUBROUTINE lim_mp
1193!OLI_CODE       !!-------------------------------------------------------------------
1194!OLI_CODE       !!                ***  ROUTINE lim_mp  ***
1195!OLI_CODE       !!
1196!OLI_CODE       !! ** Purpose :   Compute surface heat flux and call main melt pond
1197!OLI_CODE       !!                routine
1198!OLI_CODE       !!-------------------------------------------------------------------
1199!OLI_CODE
1200!OLI_CODE       INTEGER  ::   ji, jj, jl   ! dummy loop indices
1201!OLI_CODE
1202!OLI_CODE       fsurf(:,:) = 0.e0
1203!OLI_CODE       DO jl = 1, jpl
1204!OLI_CODE          DO jj = 1, jpj
1205!OLI_CODE             DO ji = 1, jpi
1206!OLI_CODE                fsurf(ji,jj) = fsurf(ji,jj) + a_i(ji,jj,jl) * &
1207!OLI_CODE                      (qns_ice(ji,jj,jl) + (1.0 - izero(ji,jj,jl)) &
1208!OLI_CODE                        * qsr_ice(ji,jj,jl))
1209!OLI_CODE             END DO
1210!OLI_CODE          END DO
1211!OLI_CODE       END DO
1212!OLI_CODE
1213!OLI_CODE       CALL compute_mp_topo(at_i, a_i,                               &
1214!OLI_CODE                          vt_i, v_i, v_s, rhosn_glo, t_i, s_i, a_ip_frac,  &
1215!OLI_CODE                       h_ip, h_il, t_su, tatm_ice, diag_sur_me*rdt_ice, &
1216!OLI_CODE                          fsurf, fwoc)
1217!OLI_CODE
1218!OLI_CODE       at_ip(:,:) = 0.0
1219!OLI_CODE       vt_ip(:,:) = 0.0
1220!OLI_CODE       vt_il(:,:) = 0.0
1221!OLI_CODE       DO jl = 1, jpl
1222!OLI_CODE         DO jj = 1, jpj
1223!OLI_CODE            DO ji = 1, jpi
1224!OLI_CODE               a_ip(ji,jj,jl) = MAX(0.0_wp, a_ip_frac(ji,jj,jl) * &
1225!OLI_CODE                                                   a_i(ji,jj,jl))
1226!OLI_CODE               v_ip(ji,jj,jl) = MAX(0.0_wp, a_ip_frac(ji,jj,jl) * &
1227!OLI_CODE                                   a_i(ji,jj,jl) * h_ip(ji,jj,jl))
1228!OLI_CODE               v_il(ji,jj,jl) = MAX(0.0_wp, a_ip_frac(ji,jj,jl) * &
1229!OLI_CODE                                   a_i(ji,jj,jl) * h_il(ji,jj,jl))
1230!OLI_CODE               at_ip(ji,jj)   = at_ip(ji,jj) + a_ip(ji,jj,jl)
1231!OLI_CODE               vt_ip(ji,jj)   = vt_ip(ji,jj) + v_ip(ji,jj,jl)
1232!OLI_CODE               vt_il(ji,jj)   = vt_il(ji,jj) + v_il(ji,jj,jl)
1233!OLI_CODE            END DO
1234!OLI_CODE         END DO
1235!OLI_CODE       END DO
1236!OLI_CODE
1237!OLI_CODE    END SUBROUTINE lim_mp
1238!OLI_CODE
1239!OLI_CODE
1240!OLI_CODE    SUBROUTINE compute_mp_topo(aice,      aicen,     &
1241!OLI_CODE                               vice,      vicen,     &
1242!OLI_CODE                               vsnon,     rhos,      &
1243!OLI_CODE                               ticen,     salin,     &
1244!OLI_CODE                               a_ip_frac, h_ip,      &
1245!OLI_CODE                               h_il,      Tsfc,      &
1246!OLI_CODE                               potT,      meltt,     &
1247!OLI_CODE                               fsurf,     fwoc)
1248!OLI_CODE       !!-------------------------------------------------------------------
1249!OLI_CODE       !!                ***  ROUTINE compute_mp_topo  ***
1250!OLI_CODE       !!
1251!OLI_CODE       !! ** Purpose :   Compute melt pond evolution based on the ice
1252!OLI_CODE       !!                topography as inferred from the ice thickness
1253!OLI_CODE       !!                distribution. 
1254!OLI_CODE       !!
1255!OLI_CODE       !! ** Method  :   This code is initially based on Flocco and Feltham
1256!OLI_CODE       !!                (2007) and Flocco et al. (2010). More to come...
1257!OLI_CODE       !!
1258!OLI_CODE       !! ** Tunable parameters :
1259!OLI_CODE       !!
1260!OLI_CODE       !! ** Note :
1261!OLI_CODE       !!
1262!OLI_CODE       !! ** References
1263!OLI_CODE       !!    Flocco, D. and D. L. Feltham, 2007.  A continuum model of melt pond
1264!OLI_CODE       !!    evolution on Arctic sea ice.  J. Geophys. Res. 112, C08016, doi:
1265!OLI_CODE       !!    10.1029/2006JC003836.
1266!OLI_CODE       !!    Flocco, D., D. L. Feltham and A. K. Turner, 2010.  Incorporation of
1267!OLI_CODE       !!    a physically based melt pond scheme into the sea ice component of a
1268!OLI_CODE       !!    climate model.  J. Geophys. Res. 115, C08012,
1269!OLI_CODE       !!    doi: 10.1029/2009JC005568.
1270!OLI_CODE       !!   
1271!OLI_CODE       !!-------------------------------------------------------------------
1272!OLI_CODE
1273!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj), &
1274!OLI_CODE          INTENT(IN) :: &
1275!OLI_CODE          aice, &    ! total ice area fraction
1276!OLI_CODE          vice       ! total ice volume (m)
1277!OLI_CODE
1278!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj,jpl), &
1279!OLI_CODE          INTENT(IN) :: &
1280!OLI_CODE          aicen, &   ! ice area fraction, per category
1281!OLI_CODE          vsnon, &   ! snow volume, per category (m)
1282!OLI_CODE          rhos,  &   ! equivalent snow density, per category (kg/m^3)
1283!OLI_CODE          vicen      ! ice volume, per category (m)
1284!OLI_CODE
1285!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj,nlay_i,jpl), &
1286!OLI_CODE          INTENT(IN) :: &
1287!OLI_CODE          ticen, &   ! ice enthalpy, per category
1288!OLI_CODE          salin
1289!OLI_CODE
1290!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj,jpl), &
1291!OLI_CODE          INTENT(INOUT) :: &
1292!OLI_CODE          a_ip_frac , &   ! pond area fraction of ice, per ice category
1293!OLI_CODE          h_ip , &   ! pond depth, per ice category (m)
1294!OLI_CODE          h_il       ! Refrozen ice lid thickness, per ice category (m)
1295!OLI_CODE
1296!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj), &
1297!OLI_CODE          INTENT(IN) :: &
1298!OLI_CODE          potT,  &   ! air potential temperature
1299!OLI_CODE          meltt, &   ! total surface meltwater flux
1300!OLI_CODE          fsurf      ! thermodynamic heat flux at ice/snow surface (W/m^2)
1301!OLI_CODE
1302!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj), &
1303!OLI_CODE          INTENT(INOUT) :: &
1304!OLI_CODE          fwoc      ! fresh water flux to the ocean (from draining and other pond volume adjustments)
1305!OLI_CODE                    ! (m)
1306!OLI_CODE
1307!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj,jpl), &
1308!OLI_CODE          INTENT(IN) :: &
1309!OLI_CODE          Tsfc       ! snow/sea ice surface temperature
1310!OLI_CODE
1311!OLI_CODE       ! local variables
1312!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj,jpl) :: &
1313!OLI_CODE          zTsfcn, & ! ice/snow surface temperature (C)
1314!OLI_CODE          zvolpn, & ! pond volume per unit area, per category (m)
1315!OLI_CODE          zvuin     ! water-equivalent volume of ice lid on melt pond ('upper ice', m)
1316!OLI_CODE
1317!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj,jpl) :: &
1318!OLI_CODE          zapondn,& ! pond area fraction, per category
1319!OLI_CODE          zhpondn   ! pond depth, per category (m)
1320!OLI_CODE
1321!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj) :: &
1322!OLI_CODE          zvolp       ! total volume of pond, per unit area of pond (m)
1323!OLI_CODE
1324!OLI_CODE       REAL (wp) :: &
1325!OLI_CODE          zhi,    & ! ice thickness (m)
1326!OLI_CODE          zdHui,  & ! change in thickness of ice lid (m)
1327!OLI_CODE          zomega, & ! conduction
1328!OLI_CODE          zdTice, & ! temperature difference across ice lid (C)
1329!OLI_CODE          zdvice, & ! change in ice volume (m)
1330!OLI_CODE          zTavg,  & ! mean surface temperature across categories (C)
1331!OLI_CODE          zTp,    & ! pond freezing temperature (C)
1332!OLI_CODE          zdvn      ! change in melt pond volume for fresh water budget
1333!OLI_CODE       INTEGER, DIMENSION (jpi*jpj) :: &
1334!OLI_CODE          indxi, indxj    ! compressed indices for cells with ice melting
1335!OLI_CODE
1336!OLI_CODE       INTEGER :: n,k,i,j,ij,icells,indxij ! loop indices
1337!OLI_CODE
1338!OLI_CODE       INTEGER, DIMENSION (jpl) :: &
1339!OLI_CODE          kcells          ! cells where ice lid combines with vice
1340!OLI_CODE
1341!OLI_CODE       INTEGER, DIMENSION (jpi*jpj,jpl) :: &
1342!OLI_CODE          indxii, indxjj  ! i,j indices for kcells loop
1343!OLI_CODE
1344!OLI_CODE       REAL (wp), parameter :: &
1345!OLI_CODE          zhicemin  = 0.1_wp , & ! minimum ice thickness with ponds (m)
1346!OLI_CODE          zTd       = 0.15_wp, & ! temperature difference for freeze-up (C)
1347!OLI_CODE          zr1_rlfus = 1._wp / 0.334e+6 / 917._wp , & ! (J/m^3)
1348!OLI_CODE          zmin_volp = 1.e-4_wp, & ! minimum pond volume (m)
1349!OLI_CODE          z0       = 0._wp,    &
1350!OLI_CODE          zTimelt   = 0._wp,    &
1351!OLI_CODE          z01      = 0.01_wp,  &
1352!OLI_CODE          z25      = 0.25_wp,  &
1353!OLI_CODE          z5       = 0.5_wp,   &
[7325]1354!OLI_CODE          epsi10     = 1.0e-11_wp
[7293]1355!OLI_CODE       !---------------------------------------------------------------
1356!OLI_CODE       ! initialize
1357!OLI_CODE       !---------------------------------------------------------------
1358!OLI_CODE
1359!OLI_CODE       DO j = 1, jpj
1360!OLI_CODE          DO i = 1, jpi
1361!OLI_CODE             zvolp(i,j) = z0
1362!OLI_CODE          END DO
1363!OLI_CODE       END DO
1364!OLI_CODE       DO n = 1, jpl
1365!OLI_CODE          DO j = 1, jpj
1366!OLI_CODE             DO i = 1, jpi
1367!OLI_CODE                ! load tracers
1368!OLI_CODE                zvolp(i,j) = zvolp(i,j) + h_ip(i,j,n) &
1369!OLI_CODE                                      * a_ip_frac(i,j,n) * aicen(i,j,n)
1370!OLI_CODE                zTsfcn(i,j,n) = Tsfc(i,j,n) - rtt ! convert in Celsius - Oli
1371!OLI_CODE                zvuin (i,j,n) = h_il(i,j,n) &
1372!OLI_CODE                             * a_ip_frac(i,j,n) * aicen(i,j,n)
1373!OLI_CODE
1374!OLI_CODE                zhpondn(i,j,n) = z0     ! pond depth, per category
1375!OLI_CODE                zapondn(i,j,n) = z0     ! pond area,  per category
1376!OLI_CODE             END DO
1377!OLI_CODE          END DO
1378!OLI_CODE          indxii(:,n) = 0
1379!OLI_CODE          indxjj(:,n) = 0
1380!OLI_CODE          kcells  (n) = 0
1381!OLI_CODE       END DO
1382!OLI_CODE
1383!OLI_CODE       ! The freezing temperature for meltponds is assumed slightly below 0C,
1384!OLI_CODE       ! as if meltponds had a little salt in them.  The salt budget is not
1385!OLI_CODE       ! altered for meltponds, but if it were then an actual pond freezing
1386!OLI_CODE       ! temperature could be computed.
1387!OLI_CODE
1388!OLI_CODE       zTp = zTimelt - zTd
1389!OLI_CODE
1390!OLI_CODE       !-----------------------------------------------------------------
1391!OLI_CODE       ! Identify grid cells with ponds
1392!OLI_CODE       !-----------------------------------------------------------------
1393!OLI_CODE
1394!OLI_CODE       icells = 0
1395!OLI_CODE       DO j = 1, jpj
1396!OLI_CODE       DO i = 1, jpi
1397!OLI_CODE          zhi = z0
[7325]1398!OLI_CODE          IF (aice(i,j) > epsi10) zhi = vice(i,j)/aice(i,j)
[7293]1399!OLI_CODE          IF ( aice(i,j) > z01 .and. zhi > zhicemin .and. &
1400!OLI_CODE             zvolp(i,j) > zmin_volp*aice(i,j)) THEN
1401!OLI_CODE             icells = icells + 1
1402!OLI_CODE             indxi(icells) = i
1403!OLI_CODE             indxj(icells) = j
1404!OLI_CODE          ELSE  ! remove ponds on thin ice
1405!OLI_CODE             !fpond(i,j) = fpond(i,j) - zvolp(i,j)
1406!OLI_CODE             zvolpn(i,j,:) = z0
1407!OLI_CODE             zvuin (i,j,:) = z0
1408!OLI_CODE             zvolp (i,j) = z0
1409!OLI_CODE          END IF
1410!OLI_CODE       END DO                     ! i
1411!OLI_CODE       END DO                     ! j
1412!OLI_CODE
1413!OLI_CODE       DO ij = 1, icells
1414!OLI_CODE          i = indxi(ij)
1415!OLI_CODE          j = indxj(ij)
1416!OLI_CODE
1417!OLI_CODE          !--------------------------------------------------------------
1418!OLI_CODE          ! calculate pond area and depth
1419!OLI_CODE          !--------------------------------------------------------------
1420!OLI_CODE          CALL pond_area(aice(i,j),vice(i,j),rhos(i,j,:), &
1421!OLI_CODE                    aicen(i,j,:), vicen(i,j,:), vsnon(i,j,:), &
1422!OLI_CODE                    ticen(i,j,:,:), salin(i,j,:,:), &
1423!OLI_CODE                    zvolpn(i,j,:), zvolp(i,j), &
1424!OLI_CODE                    zapondn(i,j,:),zhpondn(i,j,:), zdvn)
1425!OLI_CODE
1426!OLI_CODE          fwoc(i,j) = fwoc(i,j) + zdvn ! -> Goes to fresh water budget
1427!OLI_CODE
1428!OLI_CODE          ! mean surface temperature
1429!OLI_CODE          zTavg = z0
1430!OLI_CODE          DO n = 1, jpl
1431!OLI_CODE             zTavg = zTavg + zTsfcn(i,j,n)*aicen(i,j,n)
1432!OLI_CODE          END DO
1433!OLI_CODE          zTavg = zTavg / aice(i,j)
1434!OLI_CODE
1435!OLI_CODE          DO n = 1, jpl-1
1436!OLI_CODE                       
[7325]1437!OLI_CODE             IF (zvuin(i,j,n) > epsi10) THEN
[7293]1438!OLI_CODE
1439!OLI_CODE          !----------------------------------------------------------------
1440!OLI_CODE          ! melting: floating upper ice layer melts in whole or part
1441!OLI_CODE          !----------------------------------------------------------------
1442!OLI_CODE !               IF (zTsfcn(i,j,n) > zTp) THEN
1443!OLI_CODE                IF (zTavg > zTp) THEN
1444!OLI_CODE
1445!OLI_CODE                   zdvice = min(meltt(i,j)*zapondn(i,j,n), zvuin(i,j,n))
[7325]1446!OLI_CODE                   IF (zdvice > epsi10) THEN
[7293]1447!OLI_CODE                      zvuin (i,j,n) = zvuin (i,j,n) - zdvice
1448!OLI_CODE                      zvolpn(i,j,n) = zvolpn(i,j,n) + zdvice
1449!OLI_CODE                      zvolp (i,j)   = zvolp (i,j)   + zdvice
1450!OLI_CODE                      !fwoc(i,j)   = fwoc(i,j)   + zdvice
1451!OLI_CODE                       
[7325]1452!OLI_CODE                      IF (zvuin(i,j,n) < epsi10 .and. zvolpn(i,j,n) > puny) THEN
[7293]1453!OLI_CODE                         ! ice lid melted and category is pond covered
1454!OLI_CODE                         zvolpn(i,j,n) = zvolpn(i,j,n) + zvuin(i,j,n)
1455!OLI_CODE                         !fwoc(i,j)   = fwoc(i,j)   + zvuin(i,j,n)
1456!OLI_CODE                         zvuin(i,j,n)  = z0
1457!OLI_CODE                      END IF
1458!OLI_CODE                      zhpondn(i,j,n) = zvolpn(i,j,n) / zapondn(i,j,n)
1459!OLI_CODE                   END IF
1460!OLI_CODE
1461!OLI_CODE          !----------------------------------------------------------------
1462!OLI_CODE          ! freezing: existing upper ice layer grows
1463!OLI_CODE          !----------------------------------------------------------------
[7325]1464!OLI_CODE                ELSE IF (zvolpn(i,j,n) > epsi10) THEN ! zTavg <= zTp
[7293]1465!OLI_CODE
1466!OLI_CODE                 ! dIFferential growth of base of surface floating ice layer
1467!OLI_CODE                   zdTice = max(-zTavg, z0) ! > 0
1468!OLI_CODE                   zomega = rcdic*zdTice * zr1_rlfus
1469!OLI_CODE                   zdHui = sqrt(zomega*rdt_ice + z25*(zvuin(i,j,n)/  &
1470!OLI_CODE                         aicen(i,j,n))**2)- z5 * zvuin(i,j,n)/aicen(i,j,n)
1471!OLI_CODE
1472!OLI_CODE                   zdvice = min(zdHui*zapondn(i,j,n), zvolpn(i,j,n))   
[7325]1473!OLI_CODE                   IF (zdvice > epsi10) THEN
[7293]1474!OLI_CODE                      zvuin (i,j,n) = zvuin (i,j,n) + zdvice
1475!OLI_CODE                      zvolpn(i,j,n) = zvolpn(i,j,n) - zdvice
1476!OLI_CODE                      zvolp (i,j)   = zvolp (i,j)   - zdvice
1477!OLI_CODE                      !fwoc(i,j)   = fwoc(i,j)   - zdvice
1478!OLI_CODE                      zhpondn(i,j,n) = zvolpn(i,j,n) / zapondn(i,j,n)
1479!OLI_CODE                   END IF
1480!OLI_CODE
1481!OLI_CODE                END IF ! zTavg
1482!OLI_CODE
1483!OLI_CODE          !----------------------------------------------------------------
1484!OLI_CODE          ! freezing: upper ice layer begins to form
1485!OLI_CODE          ! note: albedo does not change
1486!OLI_CODE          !----------------------------------------------------------------
[7325]1487!OLI_CODE             ELSE ! zvuin < epsi10
[7293]1488!OLI_CODE                     
1489!OLI_CODE                ! thickness of newly formed ice
1490!OLI_CODE                ! the surface temperature of a meltpond is the same as that
1491!OLI_CODE                ! of the ice underneath (0C), and the thermodynamic surface
1492!OLI_CODE                ! flux is the same
1493!OLI_CODE                zdHui = max(-fsurf(i,j)*rdt_ice*zr1_rlfus, z0)
1494!OLI_CODE                zdvice = min(zdHui*zapondn(i,j,n), zvolpn(i,j,n)) 
[7325]1495!OLI_CODE                IF (zdvice > epsi10) THEN
[7293]1496!OLI_CODE                   zvuin (i,j,n) = zdvice
1497!OLI_CODE                   zvolpn(i,j,n) = zvolpn(i,j,n) - zdvice
1498!OLI_CODE                   zvolp (i,j)   = zvolp (i,j)   - zdvice
1499!OLI_CODE                   !fwoc(i,j)   = fwoc(i,j)   - zdvice
1500!OLI_CODE                   zhpondn(i,j,n)= zvolpn(i,j,n) / zapondn(i,j,n)
1501!OLI_CODE                END IF
1502!OLI_CODE                     
1503!OLI_CODE             END IF  ! zvuin
1504!OLI_CODE
1505!OLI_CODE          END DO ! jpl
1506!OLI_CODE
1507!OLI_CODE       END DO ! ij
1508!OLI_CODE
1509!OLI_CODE       !---------------------------------------------------------------
1510!OLI_CODE       ! remove ice lid if there is no liquid pond
1511!OLI_CODE       ! zvuin may be nonzero on category jpl due to dynamics
1512!OLI_CODE       !---------------------------------------------------------------
1513!OLI_CODE
1514!OLI_CODE       DO j = 1, jpj
1515!OLI_CODE       DO i = 1, jpi
1516!OLI_CODE          DO n = 1, jpl
[7325]1517!OLI_CODE             IF (aicen(i,j,n) > epsi10 .and. zvolpn(i,j,n) < puny &
1518!OLI_CODE                                     .and. zvuin (i,j,n) > epsi10) THEN
[7293]1519!OLI_CODE                kcells(n) = kcells(n) + 1
1520!OLI_CODE                indxij    = kcells(n)
1521!OLI_CODE                indxii(indxij,n) = i
1522!OLI_CODE                indxjj(indxij,n) = j
1523!OLI_CODE             END IF
1524!OLI_CODE          END DO
1525!OLI_CODE       END DO                     ! i
1526!OLI_CODE       END DO                     ! j
1527!OLI_CODE
1528!OLI_CODE       DO n = 1, jpl
1529!OLI_CODE
1530!OLI_CODE          IF (kcells(n) > 0) THEN
1531!OLI_CODE          DO ij = 1, kcells(n)
1532!OLI_CODE             i = indxii(ij,n)
1533!OLI_CODE             j = indxjj(ij,n)
1534!OLI_CODE             fwoc(i,j) = fwoc(i,j) + rhoic/rauw * zvuin(i,j,n) ! Completely refrozen lid goes into ocean (to be changed)
1535!OLI_CODE             zvuin(i,j,n) = z0
1536!OLI_CODE          END DO    ! ij
1537!OLI_CODE          END IF
1538!OLI_CODE
1539!OLI_CODE          ! reload tracers
1540!OLI_CODE          DO j = 1, jpj
1541!OLI_CODE             DO i = 1, jpi
[7325]1542!OLI_CODE                IF (zapondn(i,j,n) > epsi10) THEN
[7293]1543!OLI_CODE                   h_il(i,j,n) = zvuin(i,j,n) / zapondn(i,j,n)
1544!OLI_CODE                ELSE
1545!OLI_CODE                   zvuin(i,j,n) = z0
1546!OLI_CODE                   h_il(i,j,n) = z0
1547!OLI_CODE                END IF
[7325]1548!OLI_CODE                IF (aicen(i,j,n) > epsi10) THEN
[7293]1549!OLI_CODE                   a_ip_frac(i,j,n) = zapondn(i,j,n) / aicen(i,j,n) * &
1550!OLI_CODE                         (1.0_wp - MAX(z0, SIGN(1.0_wp, -zvolpn(i,j,n))))
1551!OLI_CODE                   h_ip(i,j,n) = zhpondn(i,j,n)
1552!OLI_CODE                ELSE
1553!OLI_CODE                   a_ip_frac(i,j,n) = z0
1554!OLI_CODE                   h_ip(i,j,n) = z0
1555!OLI_CODE                   h_il(i,j,n) = z0
1556!OLI_CODE                END IF
1557!OLI_CODE             END DO ! i
1558!OLI_CODE          END DO    ! j
1559!OLI_CODE
1560!OLI_CODE       END DO       ! n
1561!OLI_CODE
1562!OLI_CODE    END SUBROUTINE compute_mp_topo
1563!OLI_CODE
1564!OLI_CODE
1565!OLI_CODE    SUBROUTINE pond_area(aice,vice,rhos,             &
1566!OLI_CODE                         aicen, vicen, vsnon, ticen, &
1567!OLI_CODE                         salin, zvolpn, zvolp,         &
1568!OLI_CODE                         zapondn,zhpondn,dvolp)
1569!OLI_CODE       !!-------------------------------------------------------------------
1570!OLI_CODE       !!                ***  ROUTINE pond_area  ***
1571!OLI_CODE       !!
1572!OLI_CODE       !! ** Purpose :   Compute melt pond area, depth and melting rates
1573!OLI_CODE       !!------------------------------------------------------------------
1574!OLI_CODE       REAL (wp), INTENT(IN) :: &
1575!OLI_CODE          aice,vice
1576!OLI_CODE
1577!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION(jpl), INTENT(IN) :: &
1578!OLI_CODE          aicen, vicen, vsnon, rhos
1579!OLI_CODE
1580!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION(nlay_i,jpl), INTENT(IN) :: &
1581!OLI_CODE          ticen, salin
1582!OLI_CODE
1583!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION(jpl), INTENT(INOUT) :: &
1584!OLI_CODE          zvolpn
1585!OLI_CODE
1586!OLI_CODE       REAL (wp), INTENT(INOUT) :: &
1587!OLI_CODE          zvolp, dvolp
1588!OLI_CODE
1589!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION(jpl), INTENT(OUT) :: &
1590!OLI_CODE          zapondn, zhpondn
1591!OLI_CODE
1592!OLI_CODE       INTEGER :: &
1593!OLI_CODE          n, ns,   &
1594!OLI_CODE          m_index, &
1595!OLI_CODE          permflag
1596!OLI_CODE
1597!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION(jpl) :: &
1598!OLI_CODE          hicen, &
1599!OLI_CODE          hsnon, &
1600!OLI_CODE          asnon, &
1601!OLI_CODE          alfan, &
1602!OLI_CODE          betan, &
1603!OLI_CODE          cum_max_vol, &
1604!OLI_CODE          reduced_aicen       
1605!OLI_CODE
1606!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION(0:jpl) :: &
1607!OLI_CODE          cum_max_vol_tmp
1608!OLI_CODE
1609!OLI_CODE       REAL (wp) :: &
1610!OLI_CODE          hpond, &
1611!OLI_CODE          drain, &
1612!OLI_CODE          floe_weight, &
1613!OLI_CODE          pressure_head, &
1614!OLI_CODE          hsl_rel, &
1615!OLI_CODE          deltah, &
1616!OLI_CODE          perm, &
1617!OLI_CODE          apond, &
1618!OLI_CODE          msno
1619!OLI_CODE
1620!OLI_CODE       REAL (wp), parameter :: &
1621!OLI_CODE          viscosity = 1.79e-3_wp, &  ! kinematic water viscosity in kg/m/s
1622!OLI_CODE          z0        = 0.0_wp    , &
1623!OLI_CODE          c1        = 1.0_wp    , &
1624!OLI_CODE          p4        = 0.4_wp    , &
1625!OLI_CODE          p6        = 0.6_wp    , &
[7325]1626!OLI_CODE          epsi10      = 1.0e-11_wp
[7293]1627!OLI_CODE         
1628!OLI_CODE      !-----------|
1629!OLI_CODE      !           |
1630!OLI_CODE      !           |-----------|
1631!OLI_CODE      !___________|___________|______________________________________sea-level
1632!OLI_CODE      !           |           |
1633!OLI_CODE      !           |           |---^--------|
1634!OLI_CODE      !           |           |   |        |
1635!OLI_CODE      !           |           |   |        |-----------|              |-------
1636!OLI_CODE      !           |           |   |alfan(n)|           |              |
1637!OLI_CODE      !           |           |   |        |           |--------------|
1638!OLI_CODE      !           |           |   |        |           |              |
1639!OLI_CODE      !---------------------------v-------------------------------------------
1640!OLI_CODE      !           |           |   ^        |           |              |
1641!OLI_CODE      !           |           |   |        |           |--------------|
1642!OLI_CODE      !           |           |   |betan(n)|           |              |
1643!OLI_CODE      !           |           |   |        |-----------|              |-------
1644!OLI_CODE      !           |           |   |        |
1645!OLI_CODE      !           |           |---v------- |
1646!OLI_CODE      !           |           |
1647!OLI_CODE      !           |-----------|
1648!OLI_CODE      !           |
1649!OLI_CODE      !-----------|
1650!OLI_CODE     
1651!OLI_CODE       !-------------------------------------------------------------------
1652!OLI_CODE       ! initialize
1653!OLI_CODE       !-------------------------------------------------------------------
1654!OLI_CODE
1655!OLI_CODE       DO n = 1, jpl
1656!OLI_CODE
1657!OLI_CODE          zapondn(n) = z0
1658!OLI_CODE          zhpondn(n) = z0
1659!OLI_CODE
[7325]1660!OLI_CODE          IF (aicen(n) < epsi10)  THEN
[7293]1661!OLI_CODE             hicen(n) =  z0
1662!OLI_CODE             hsnon(n) = z0
1663!OLI_CODE             reduced_aicen(n) = z0
1664!OLI_CODE          ELSE
1665!OLI_CODE             hicen(n) = vicen(n) / aicen(n)
1666!OLI_CODE             hsnon(n) = vsnon(n) / aicen(n)
1667!OLI_CODE             reduced_aicen(n) = c1 ! n=jpl
1668!OLI_CODE             IF (n < jpl) reduced_aicen(n) = aicen(n) &
1669!OLI_CODE                                  * (-0.024_wp*hicen(n) + 0.832_wp)
1670!OLI_CODE             asnon(n) = reduced_aicen(n)
1671!OLI_CODE          END IF
1672!OLI_CODE
1673!OLI_CODE ! This choice for alfa and beta ignores hydrostatic equilibium of categories.
1674!OLI_CODE ! Hydrostatic equilibium of the entire ITD is accounted for below, assuming
1675!OLI_CODE ! a surface topography implied by alfa=0.6 and beta=0.4, and rigidity across all
1676!OLI_CODE ! categories.  alfa and beta partition the ITD - they are areas not thicknesses!
1677!OLI_CODE ! Multiplying by hicen, alfan and betan (below) are thus volumes per unit area.
1678!OLI_CODE ! Here, alfa = 60% of the ice area (and since hice is constant in a category,
1679!OLI_CODE ! alfan = 60% of the ice volume) in each category lies above the reference line,
1680!OLI_CODE ! and 40% below. Note: p6 is an arbitrary choice, but alfa+beta=1 is required.
1681!OLI_CODE
1682!OLI_CODE          alfan(n) = p6 * hicen(n)
1683!OLI_CODE          betan(n) = p4 * hicen(n)
1684!OLI_CODE       
1685!OLI_CODE          cum_max_vol(n)     = z0
1686!OLI_CODE          cum_max_vol_tmp(n) = z0
1687!OLI_CODE     
1688!OLI_CODE       END DO ! jpl
1689!OLI_CODE
1690!OLI_CODE       cum_max_vol_tmp(0) = z0
1691!OLI_CODE       drain = z0
1692!OLI_CODE       dvolp = z0
1693!OLI_CODE     
1694!OLI_CODE       !--------------------------------------------------------------------------
1695!OLI_CODE       ! the maximum amount of water that can be contained up to each ice category
1696!OLI_CODE       !--------------------------------------------------------------------------
1697!OLI_CODE     
1698!OLI_CODE       DO n = 1, jpl-1 ! last category can not hold any volume
1699!OLI_CODE
1700!OLI_CODE          IF (alfan(n+1) >= alfan(n) .and. alfan(n+1) > z0) THEN
1701!OLI_CODE
1702!OLI_CODE             ! total volume in level including snow
1703!OLI_CODE             cum_max_vol_tmp(n) = cum_max_vol_tmp(n-1) + &
1704!OLI_CODE                (alfan(n+1) - alfan(n)) * sum(reduced_aicen(1:n))
1705!OLI_CODE
1706!OLI_CODE
1707!OLI_CODE             ! subtract snow solid volumes from lower categories in current level
1708!OLI_CODE             DO ns = 1, n
1709!OLI_CODE                cum_max_vol_tmp(n) = cum_max_vol_tmp(n) &
1710!OLI_CODE                   - rhos(ns)/rauw  * &    ! fraction of snow that is occupied by solid ??rauw
1711!OLI_CODE                     asnon(ns)  * &    ! area of snow from that category
1712!OLI_CODE                     max(min(hsnon(ns)+alfan(ns)-alfan(n), alfan(n+1)- &
1713!OLI_CODE                                   alfan(n)), z0) 
1714!OLI_CODE                                       ! thickness of snow from ns layer in n layer
1715!OLI_CODE             END DO
1716!OLI_CODE
1717!OLI_CODE          ELSE ! assume higher categories unoccupied
1718!OLI_CODE             cum_max_vol_tmp(n) = cum_max_vol_tmp(n-1)
1719!OLI_CODE          END IF
1720!OLI_CODE          !IF (cum_max_vol_tmp(n) < z0) THEN
1721!OLI_CODE          !   call abort_ice('negative melt pond volume')
1722!OLI_CODE          !END IF
1723!OLI_CODE       END DO
1724!OLI_CODE       cum_max_vol_tmp(jpl) = cum_max_vol_tmp(jpl-1)  ! last category holds no volume
1725!OLI_CODE       cum_max_vol  (1:jpl) = cum_max_vol_tmp(1:jpl)
1726!OLI_CODE     
1727!OLI_CODE       !----------------------------------------------------------------
1728!OLI_CODE       ! is there more meltwater than can be held in the floe?
1729!OLI_CODE       !----------------------------------------------------------------
1730!OLI_CODE       IF (zvolp >= cum_max_vol(jpl)) THEN
[7325]1731!OLI_CODE          drain = zvolp - cum_max_vol(jpl) + epsi10
[7293]1732!OLI_CODE          zvolp = zvolp - drain
1733!OLI_CODE          dvolp = drain
[7325]1734!OLI_CODE          IF (zvolp < epsi10) THEN
[7293]1735!OLI_CODE             dvolp = dvolp + zvolp
1736!OLI_CODE             zvolp = z0
1737!OLI_CODE          END IF
1738!OLI_CODE       END IF
1739!OLI_CODE     
1740!OLI_CODE       ! height and area corresponding to the remaining volume
1741!OLI_CODE
1742!OLI_CODE       call calc_hpond(reduced_aicen, asnon, hsnon, rhos, alfan, &
1743!OLI_CODE            zvolp, cum_max_vol, hpond, m_index)
1744!OLI_CODE     
1745!OLI_CODE       DO n=1, m_index
1746!OLI_CODE          zhpondn(n) = hpond - alfan(n) + alfan(1)
1747!OLI_CODE          zapondn(n) = reduced_aicen(n)
1748!OLI_CODE       END DO
1749!OLI_CODE       apond = sum(zapondn(1:m_index))
1750!OLI_CODE     
1751!OLI_CODE       !------------------------------------------------------------------------
1752!OLI_CODE       ! drainage due to ice permeability - Darcy's law
1753!OLI_CODE       !------------------------------------------------------------------------
1754!OLI_CODE     
1755!OLI_CODE       ! sea water level
1756!OLI_CODE       msno = z0
1757!OLI_CODE       DO n=1,jpl
1758!OLI_CODE         msno = msno + vsnon(n) * rhos(n)
1759!OLI_CODE       END DO
1760!OLI_CODE       floe_weight = (msno + rhoic*vice + rau0*zvolp) / aice
1761!OLI_CODE       hsl_rel = floe_weight / rau0 &
1762!OLI_CODE               - ((sum(betan(:)*aicen(:))/aice) + alfan(1))
1763!OLI_CODE     
1764!OLI_CODE       deltah = hpond - hsl_rel
1765!OLI_CODE       pressure_head = grav * rau0 * max(deltah, z0)
1766!OLI_CODE
1767!OLI_CODE       ! drain IF ice is permeable   
1768!OLI_CODE       permflag = 0
1769!OLI_CODE       IF (pressure_head > z0) THEN
1770!OLI_CODE       DO n = 1, jpl-1
1771!OLI_CODE          IF (hicen(n) /= z0) THEN
1772!OLI_CODE             CALL permeability_phi(ticen(:,n), salin(:,n), vicen(n), perm)
1773!OLI_CODE             IF (perm > z0) permflag = 1
1774!OLI_CODE             drain = perm*zapondn(n)*pressure_head*rdt_ice / &
1775!OLI_CODE                                      (viscosity*hicen(n))
1776!OLI_CODE             dvolp = dvolp + min(drain, zvolp)
1777!OLI_CODE             zvolp = max(zvolp - drain, z0)
[7325]1778!OLI_CODE             IF (zvolp < epsi10) THEN
[7293]1779!OLI_CODE                dvolp = dvolp + zvolp
1780!OLI_CODE                zvolp = z0
1781!OLI_CODE             END IF
1782!OLI_CODE          END IF
1783!OLI_CODE       END DO
1784!OLI_CODE 
1785!OLI_CODE       ! adjust melt pond DIMENSIONs
1786!OLI_CODE       IF (permflag > 0) THEN
1787!OLI_CODE          ! recompute pond depth   
1788!OLI_CODE          CALL calc_hpond(reduced_aicen, asnon, hsnon, rhos, alfan, &
1789!OLI_CODE                          zvolp, cum_max_vol, hpond, m_index)
1790!OLI_CODE          DO n=1, m_index
1791!OLI_CODE             zhpondn(n) = hpond - alfan(n) + alfan(1)
1792!OLI_CODE             zapondn(n) = reduced_aicen(n)
1793!OLI_CODE          END DO
1794!OLI_CODE          apond = sum(zapondn(1:m_index))
1795!OLI_CODE       END IF
1796!OLI_CODE       END IF ! pressure_head
1797!OLI_CODE
1798!OLI_CODE       !------------------------------------------------------------------------
1799!OLI_CODE       ! total melt pond volume in category DOes not include snow volume
1800!OLI_CODE       ! snow in melt ponds is not melted
1801!OLI_CODE       !------------------------------------------------------------------------
1802!OLI_CODE
1803!OLI_CODE       ! Calculate pond volume for lower categories
1804!OLI_CODE       DO n=1,m_index-1
1805!OLI_CODE          zvolpn(n) = zapondn(n) * zhpondn(n) &
1806!OLI_CODE                   - (rhos(n)/rauw) * asnon(n) * min(hsnon(n), zhpondn(n))!
1807!OLI_CODE       END DO
1808!OLI_CODE
1809!OLI_CODE       ! Calculate pond volume for highest category = remaining pond volume
1810!OLI_CODE       IF (m_index == 1) zvolpn(m_index) = zvolp
1811!OLI_CODE       IF (m_index > 1) THEN
1812!OLI_CODE         IF (zvolp > sum(zvolpn(1:m_index-1))) THEN
1813!OLI_CODE           zvolpn(m_index) = zvolp - sum(zvolpn(1:m_index-1))
1814!OLI_CODE         ELSE
1815!OLI_CODE           zvolpn(m_index) = z0
1816!OLI_CODE           zhpondn(m_index) = z0
1817!OLI_CODE           zapondn(m_index) = z0
1818!OLI_CODE           ! If remaining pond volume is negative reduce pond volume of
1819!OLI_CODE           ! lower category
[7325]1820!OLI_CODE           IF (zvolp+epsi10 < sum(zvolpn(1:m_index-1))) &
[7293]1821!OLI_CODE             zvolpn(m_index-1) = zvolpn(m_index-1)-sum(zvolpn(1:m_index-1))&
1822!OLI_CODE                                + zvolp
1823!OLI_CODE         END IF
1824!OLI_CODE       END IF
1825!OLI_CODE
1826!OLI_CODE       DO n=1,m_index
[7325]1827!OLI_CODE          IF (zapondn(n) > epsi10) THEN
[7293]1828!OLI_CODE              zhpondn(n) = zvolpn(n) / zapondn(n)
1829!OLI_CODE          ELSE
1830!OLI_CODE             dvolp = dvolp + zvolpn(n)
1831!OLI_CODE             zhpondn(n) = z0
1832!OLI_CODE             zvolpn(n) = z0
1833!OLI_CODE             zapondn(n) = z0
1834!OLI_CODE          end IF
1835!OLI_CODE       END DO
1836!OLI_CODE       DO n = m_index+1, jpl
1837!OLI_CODE          zhpondn(n) = z0
1838!OLI_CODE          zapondn(n) = z0
1839!OLI_CODE          zvolpn (n) = z0
1840!OLI_CODE       END DO
1841!OLI_CODE
1842!OLI_CODE    END SUBROUTINE pond_area
1843!OLI_CODE   
1844!OLI_CODE
1845!OLI_CODE    SUBROUTINE calc_hpond(aicen, asnon, hsnon, rhos, alfan, &
1846!OLI_CODE                          zvolp, cum_max_vol,                &
1847!OLI_CODE                          hpond, m_index)
1848!OLI_CODE       !!-------------------------------------------------------------------
1849!OLI_CODE       !!                ***  ROUTINE calc_hpond  ***
1850!OLI_CODE       !!
1851!OLI_CODE       !! ** Purpose :   Compute melt pond depth
1852!OLI_CODE       !!-------------------------------------------------------------------
1853!OLI_CODE     
1854!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION(jpl), INTENT(IN) :: &
1855!OLI_CODE          aicen, &
1856!OLI_CODE          asnon, &
1857!OLI_CODE          hsnon, &
1858!OLI_CODE          rhos,  &
1859!OLI_CODE          alfan, &
1860!OLI_CODE          cum_max_vol
1861!OLI_CODE     
1862!OLI_CODE       REAL (wp), INTENT(IN) :: &
1863!OLI_CODE          zvolp
1864!OLI_CODE     
1865!OLI_CODE       REAL (wp), INTENT(OUT) :: &
1866!OLI_CODE          hpond
1867!OLI_CODE     
1868!OLI_CODE       INTEGER, INTENT(OUT) :: &
1869!OLI_CODE          m_index
1870!OLI_CODE     
1871!OLI_CODE       INTEGER :: n, ns
1872!OLI_CODE     
1873!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION(0:jpl+1) :: &
1874!OLI_CODE          hitl, &
1875!OLI_CODE          aicetl
1876!OLI_CODE     
1877!OLI_CODE       REAL (wp) :: &
1878!OLI_CODE          rem_vol, &
1879!OLI_CODE          area, &
1880!OLI_CODE          vol, &
1881!OLI_CODE          tmp, &
1882!OLI_CODE          z0   = 0.0_wp,    &   
[7325]1883!OLI_CODE          epsi10 = 1.0e-11_wp
[7293]1884!OLI_CODE     
1885!OLI_CODE       !----------------------------------------------------------------
1886!OLI_CODE       ! hpond is zero if zvolp is zero - have we fully drained?
1887!OLI_CODE       !----------------------------------------------------------------
1888!OLI_CODE     
[7325]1889!OLI_CODE       IF (zvolp < epsi10) THEN
[7293]1890!OLI_CODE        hpond = z0
1891!OLI_CODE        m_index = 0
1892!OLI_CODE       ELSE
1893!OLI_CODE       
1894!OLI_CODE        !----------------------------------------------------------------
1895!OLI_CODE        ! Calculate the category where water fills up to
1896!OLI_CODE        !----------------------------------------------------------------
1897!OLI_CODE       
1898!OLI_CODE        !----------|
1899!OLI_CODE        !          |
1900!OLI_CODE        !          |
1901!OLI_CODE        !          |----------|                                     -- --
1902!OLI_CODE        !__________|__________|_________________________________________ ^
1903!OLI_CODE        !          |          |             rem_vol     ^                | Semi-filled
1904!OLI_CODE        !          |          |----------|-- -- -- - ---|-- ---- -- -- --v layer
1905!OLI_CODE        !          |          |          |              |
1906!OLI_CODE        !          |          |          |              |hpond
1907!OLI_CODE        !          |          |          |----------|   |     |-------
1908!OLI_CODE        !          |          |          |          |   |     |
1909!OLI_CODE        !          |          |          |          |---v-----|
1910!OLI_CODE        !          |          | m_index  |          |         |
1911!OLI_CODE        !-------------------------------------------------------------
1912!OLI_CODE       
1913!OLI_CODE        m_index = 0  ! 1:m_index categories have water in them
1914!OLI_CODE        DO n = 1, jpl
1915!OLI_CODE           IF (zvolp <= cum_max_vol(n)) THEN
1916!OLI_CODE              m_index = n
1917!OLI_CODE              IF (n == 1) THEN
1918!OLI_CODE                 rem_vol = zvolp
1919!OLI_CODE              ELSE
1920!OLI_CODE                 rem_vol = zvolp - cum_max_vol(n-1)
1921!OLI_CODE              END IF
1922!OLI_CODE              exit ! to break out of the loop
1923!OLI_CODE           END IF
1924!OLI_CODE        END DO
1925!OLI_CODE        m_index = min(jpl-1, m_index)
1926!OLI_CODE       
1927!OLI_CODE        !----------------------------------------------------------------
1928!OLI_CODE        ! semi-filled layer may have m_index different snow in it
1929!OLI_CODE        !----------------------------------------------------------------
1930!OLI_CODE       
1931!OLI_CODE        !-----------------------------------------------------------  ^
1932!OLI_CODE        !                                                             |  alfan(m_index+1)
1933!OLI_CODE        !                                                             |
1934!OLI_CODE        !hitl(3)-->                             |----------|          |
1935!OLI_CODE        !hitl(2)-->                |------------| * * * * *|          |
1936!OLI_CODE        !hitl(1)-->     |----------|* * * * * * |* * * * * |          |
1937!OLI_CODE        !hitl(0)-->-------------------------------------------------  |  ^
1938!OLI_CODE        !                various snow from lower categories          |  |alfa(m_index)
1939!OLI_CODE       
1940!OLI_CODE        ! hitl - heights of the snow layers from thinner and current categories
1941!OLI_CODE        ! aicetl - area of each snow depth in this layer
1942!OLI_CODE       
1943!OLI_CODE        hitl(:) = z0
1944!OLI_CODE        aicetl(:) = z0
1945!OLI_CODE        DO n = 1, m_index
1946!OLI_CODE           hitl(n)   = max(min(hsnon(n) + alfan(n) - alfan(m_index), &
1947!OLI_CODE                                  alfan(m_index+1) - alfan(m_index)), z0)
1948!OLI_CODE           aicetl(n) = asnon(n)
1949!OLI_CODE           
1950!OLI_CODE           aicetl(0) = aicetl(0) + (aicen(n) - asnon(n))
1951!OLI_CODE        END DO
1952!OLI_CODE        hitl(m_index+1) = alfan(m_index+1) - alfan(m_index)
1953!OLI_CODE        aicetl(m_index+1) = z0
1954!OLI_CODE       
1955!OLI_CODE        !----------------------------------------------------------------
1956!OLI_CODE        ! reorder array according to hitl
1957!OLI_CODE        ! snow heights not necessarily in height order
1958!OLI_CODE        !----------------------------------------------------------------
1959!OLI_CODE       
1960!OLI_CODE        DO ns = 1, m_index+1
1961!OLI_CODE           DO n = 0, m_index - ns + 1
1962!OLI_CODE              IF (hitl(n) > hitl(n+1)) THEN ! swap order
1963!OLI_CODE                 tmp = hitl(n)
1964!OLI_CODE                 hitl(n) = hitl(n+1)
1965!OLI_CODE                 hitl(n+1) = tmp
1966!OLI_CODE                 tmp = aicetl(n)
1967!OLI_CODE                 aicetl(n) = aicetl(n+1)
1968!OLI_CODE                 aicetl(n+1) = tmp
1969!OLI_CODE              END IF
1970!OLI_CODE           END DO
1971!OLI_CODE        END DO
1972!OLI_CODE       
1973!OLI_CODE        !----------------------------------------------------------------
1974!OLI_CODE        ! divide semi-filled layer into set of sublayers each vertically homogenous
1975!OLI_CODE        !----------------------------------------------------------------
1976!OLI_CODE       
1977!OLI_CODE        !hitl(3)----------------------------------------------------------------
1978!OLI_CODE        !                                                       | * * * * * * * * 
1979!OLI_CODE        !                                                       |* * * * * * * * *
1980!OLI_CODE        !hitl(2)----------------------------------------------------------------
1981!OLI_CODE        !                                    | * * * * * * * *  | * * * * * * * * 
1982!OLI_CODE        !                                    |* * * * * * * * * |* * * * * * * * *
1983!OLI_CODE        !hitl(1)----------------------------------------------------------------
1984!OLI_CODE        !                 | * * * * * * * *  | * * * * * * * *  | * * * * * * * * 
1985!OLI_CODE        !                 |* * * * * * * * * |* * * * * * * * * |* * * * * * * * *
1986!OLI_CODE        !hitl(0)----------------------------------------------------------------
1987!OLI_CODE        !    aicetl(0)         aicetl(1)           aicetl(2)          aicetl(3)           
1988!OLI_CODE       
1989!OLI_CODE        ! move up over layers incrementing volume
1990!OLI_CODE        DO n = 1, m_index+1
1991!OLI_CODE           
1992!OLI_CODE           area = sum(aicetl(:)) - &                 ! total area of sub-layer
1993!OLI_CODE                (rhos(n)/rau0) * sum(aicetl(n:jpl+1)) ! area of sub-layer occupied by snow
1994!OLI_CODE           
1995!OLI_CODE           vol = (hitl(n) - hitl(n-1)) * area      ! thickness of sub-layer times area
1996!OLI_CODE           
1997!OLI_CODE           IF (vol >= rem_vol) THEN  ! have reached the sub-layer with the depth within
1998!OLI_CODE              hpond = rem_vol / area + hitl(n-1) + alfan(m_index) - &
1999!OLI_CODE                           alfan(1)
2000!OLI_CODE              exit
2001!OLI_CODE           ELSE  ! still in sub-layer below the sub-layer with the depth
2002!OLI_CODE              rem_vol = rem_vol - vol
2003!OLI_CODE           END IF
2004!OLI_CODE           
2005!OLI_CODE        END DO
2006!OLI_CODE       
2007!OLI_CODE       END IF
2008!OLI_CODE     
2009!OLI_CODE    END SUBROUTINE calc_hpond
2010!OLI_CODE   
2011!OLI_CODE
2012!OLI_CODE    SUBROUTINE permeability_phi(ticen, salin, vicen, perm)
2013!OLI_CODE       !!-------------------------------------------------------------------
2014!OLI_CODE       !!                ***  ROUTINE permeability_phi  ***
2015!OLI_CODE       !!
2016!OLI_CODE       !! ** Purpose :   Determine the liquid fraction of brine in the ice
2017!OLI_CODE       !!                and its permeability
2018!OLI_CODE       !!-------------------------------------------------------------------
2019!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION(nlay_i), INTENT(IN) :: &
2020!OLI_CODE          ticen,  & ! energy of melting for each ice layer (J/m2)
2021!OLI_CODE          salin
2022!OLI_CODE
2023!OLI_CODE       REAL (wp), INTENT(IN) :: &
2024!OLI_CODE          vicen     ! ice volume
2025!OLI_CODE     
2026!OLI_CODE       REAL (wp), INTENT(OUT) :: &
2027!OLI_CODE          perm      ! permeability
2028!OLI_CODE
2029!OLI_CODE       REAL (wp) ::   &
2030!OLI_CODE          Sbr        ! brine salinity
2031!OLI_CODE
2032!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION(nlay_i) ::   &
2033!OLI_CODE          Tin, &    ! ice temperature
2034!OLI_CODE          phi       ! liquid fraction
2035!OLI_CODE
2036!OLI_CODE       INTEGER :: k
2037!OLI_CODE     
2038!OLI_CODE       REAL (wp) :: &
2039!OLI_CODE          c2    = 2.0_wp
2040!OLI_CODE 
2041!OLI_CODE       !-----------------------------------------------------------------
2042!OLI_CODE       ! Compute ice temperatures from enthalpies using quadratic formula
2043!OLI_CODE       !-----------------------------------------------------------------
2044!OLI_CODE
2045!OLI_CODE       DO k = 1,nlay_i
2046!OLI_CODE          Tin(k) = ticen(k)
2047!OLI_CODE       END DO
2048!OLI_CODE
2049!OLI_CODE       !-----------------------------------------------------------------
2050!OLI_CODE       ! brine salinity and liquid fraction
2051!OLI_CODE       !-----------------------------------------------------------------
2052!OLI_CODE
2053!OLI_CODE       IF (maxval(Tin-rtt) <= -c2) THEN
2054!OLI_CODE
2055!OLI_CODE          DO k = 1,nlay_i
2056!OLI_CODE             Sbr = - 1.2_wp                 &
2057!OLI_CODE                   -21.8_wp     * (Tin(k)-rtt)    &
2058!OLI_CODE                   - 0.919_wp   * (Tin(k)-rtt)**2 &
2059!OLI_CODE                   - 0.01878_wp * (Tin(k)-rtt)**3
2060!OLI_CODE             phi(k) = salin(k)/Sbr ! liquid fraction
2061!OLI_CODE          END DO ! k
2062!OLI_CODE       
2063!OLI_CODE       ELSE
2064!OLI_CODE
2065!OLI_CODE          DO k = 1,nlay_i
2066!OLI_CODE             Sbr = -17.6_wp    * (Tin(k)-rtt)    &
2067!OLI_CODE                   - 0.389_wp  * (Tin(k)-rtt)**2 &
2068!OLI_CODE                   - 0.00362_wp* (Tin(k)-rtt)**3
2069!OLI_CODE             phi(k) = salin(k)/Sbr ! liquid fraction
2070!OLI_CODE          END DO
2071!OLI_CODE
2072!OLI_CODE       END IF
2073!OLI_CODE     
2074!OLI_CODE       !-----------------------------------------------------------------
2075!OLI_CODE       ! permeability
2076!OLI_CODE       !-----------------------------------------------------------------
2077!OLI_CODE
2078!OLI_CODE       perm = 3.0e-08_wp * (minval(phi))**3
2079!OLI_CODE     
2080!OLI_CODE    END SUBROUTINE permeability_phi
2081!OLI_CODE   
2082!OLI_CODE #else
2083!OLI_CODE    !!----------------------------------------------------------------------
2084!OLI_CODE    !!   Default option         Dummy Module          No LIM-3 sea-ice model
2085!OLI_CODE    !!----------------------------------------------------------------------
2086!OLI_CODE CONTAINS
2087!OLI_CODE    SUBROUTINE lim_mp_init          ! Empty routine
2088!OLI_CODE    END SUBROUTINE lim_mp_init   
2089!OLI_CODE    SUBROUTINE lim_mp               ! Empty routine
2090!OLI_CODE    END SUBROUTINE lim_mp
2091!OLI_CODE    SUBROUTINE compute_mp_topo      ! Empty routine
2092!OLI_CODE    END SUBROUTINE compute_mp_topo       
2093!OLI_CODE    SUBROUTINE pond_area            ! Empty routine
2094!OLI_CODE    END SUBROUTINE pond_area   
2095!OLI_CODE    SUBROUTINE calc_hpond           ! Empty routine
2096!OLI_CODE    END SUBROUTINE calc_hpond   
2097!OLI_CODE    SUBROUTINE permeability_phy     ! Empty routine
2098!OLI_CODE    END SUBROUTINE permeability_phy   
2099!OLI_CODE #endif
2100!OLI_CODE    !!======================================================================
2101!OLI_CODE END MODULE limmp_topo
2102!OLI_CODE
[7325]2103#else
2104   !!----------------------------------------------------------------------
2105   !!   Default option          Empty module           NO LIM sea-ice model
2106   !!----------------------------------------------------------------------
2107CONTAINS
2108   SUBROUTINE lim_mp_init     ! Empty routine
2109   END SUBROUTINE lim_mp_init
2110   SUBROUTINE lim_mp          ! Empty routine
2111   END SUBROUTINE lim_mp     
2112   SUBROUTINE lim_mp_topo     ! Empty routine
2113   END SUBROUTINE lim_mp_topo
[8060]2114   SUBROUTINE lim_mp_cesm     ! Empty routine
2115   END SUBROUTINE lim_mp_cesm
[7325]2116   SUBROUTINE lim_mp_area     ! Empty routine
2117   END SUBROUTINE lim_mp_area
2118   SUBROUTINE lim_mp_perm     ! Empty routine
2119   END SUBROUTINE lim_mp_perm
2120#endif 
2121
2122   !!======================================================================
2123END MODULE limmp 
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.