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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 @ 8142

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Melt pond interfaces practically operational

File size: 92.8 KB
RevLine 
[7293]1MODULE limmp 
2   !!======================================================================
3   !!                     ***  MODULE  limmp   ***
4   !!   Melt ponds
5   !!======================================================================
6   !! history :       ! Original code by Daniela Flocco and Adrian Turner
7   !!            1.0  ! 2012    (O. Lecomte) Adaptation for scientific tests (NEMO3.1)
[8142]8   !!            2.0  ! 2017    (M. Vancoppenolle, O. Lecomte, C. Rousset) Implementation in NEMO3.6
9   !!                 ! NB: Only lim_mp_cstt and lim_mp_cesm work in this
10   !!                       version
[7293]11   !!----------------------------------------------------------------------
12#if defined key_lim3
13   !!----------------------------------------------------------------------
14   !!   'key_lim3' :                                 LIM3 sea-ice model
15   !!----------------------------------------------------------------------
16   !!   lim_mp_init      : some initialization and namelist read
17   !!   lim_mp           : main calling routine
[7325]18   !!   lim_mp_topo      : main melt pond routine for the "topographic" formulation (FloccoFeltham)
19   !!   lim_mp_area      : ??? compute melt pond fraction per category
20   !!   lim_mp_perm      : computes permeability (should be a FUNCTION!)
[7293]21   !!   calc_hpond       : computes melt pond depth
22   !!   permeability_phy : computes permeability
23
24   !!----------------------------------------------------------------------
[7325]25   USE phycst           ! physical constants
26   USE dom_oce          ! ocean space and time domain
[7293]27!  USE sbc_ice          ! Surface boundary condition: ice   fields
28   USE ice              ! LIM-3 variables
29   USE lbclnk           ! lateral boundary conditions - MPP exchanges
30   USE lib_mpp          ! MPP library
31   USE wrk_nemo         ! work arrays
32   USE in_out_manager   ! I/O manager
33   USE lib_fortran      ! glob_sum
34   USE timing           ! Timing
35!  USE limcons          ! conservation tests
36!  USE limctl           ! control prints
37!  USE limvar
38
39!OLI_CODE    USE ice_oce, ONLY: rdt_ice, tatm_ice
40!OLI_CODE    USE phycst
41!OLI_CODE    USE dom_ice
42!OLI_CODE    USE dom_oce
43!OLI_CODE    USE sbc_oce
44!OLI_CODE    USE sbc_ice
45!OLI_CODE    USE par_ice
46!OLI_CODE    USE par_oce
47!OLI_CODE    USE ice
48!OLI_CODE    USE thd_ice
49!OLI_CODE    USE in_out_manager
50!OLI_CODE    USE lbclnk
51!OLI_CODE    USE lib_mpp
52!OLI_CODE
53!OLI_CODE    IMPLICIT NONE
54!OLI_CODE    PRIVATE
55!OLI_CODE
56!OLI_CODE    PUBLIC   lim_mp_init
57!OLI_CODE    PUBLIC   lim_mp
58
59   IMPLICIT NONE
60   PRIVATE
61
62   PUBLIC   lim_mp_init    ! routine called by sbcice_lim.F90
[7325]63   PUBLIC   lim_mp         ! routine called by sbcice_lim.F90
[7293]64
65   !! * Substitutions
66#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
67   !!----------------------------------------------------------------------
68   !! NEMO/LIM3 4.0 , UCL - NEMO Consortium (2011)
69   !! $Id: limdyn.F90 6994 2016-10-05 13:07:10Z clem $
70   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
71   !!----------------------------------------------------------------------
72CONTAINS
73
74   SUBROUTINE lim_mp_init 
75      !!-------------------------------------------------------------------
76      !!                  ***  ROUTINE lim_mp_init   ***
77      !!
78      !! ** Purpose : Physical constants and parameters linked to melt ponds
79      !!      over sea ice
80      !!
81      !! ** Method  :  Read the namicemp  namelist and check the melt pond 
82      !!       parameter values called at the first timestep (nit000)
83      !!
84      !! ** input   :   Namelist namicemp 
85      !!-------------------------------------------------------------------
86      INTEGER  ::   ios                 ! Local integer output status for namelist read
[8125]87      NAMELIST/namicemp/  ln_pnd, ln_pnd_rad, ln_pnd_fw, nn_pnd_scheme, rn_apnd, rn_hpnd
[7293]88      !!-------------------------------------------------------------------
89
90      REWIND( numnam_ice_ref )              ! Namelist namicemp  in reference namelist : Melt Ponds 
91      READ  ( numnam_ice_ref, namicemp, IOSTAT = ios, ERR = 901)
92901   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namicemp  in reference namelist', lwp )
93
94      REWIND( numnam_ice_cfg )              ! Namelist namicemp  in configuration namelist : Melt Ponds
95      READ  ( numnam_ice_cfg, namicemp, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
96902   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namicemp in configuration namelist', lwp )
97      IF(lwm) WRITE ( numoni, namicemp )
98     
99      IF(lwp) THEN                        ! control print
100         WRITE(numout,*)
101         WRITE(numout,*) 'lim_mp_init : ice parameters for melt ponds'
102         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~'
[8125]103         WRITE(numout,*) '   Active melt ponds                                           ln_pnd        = ', ln_pnd
104         WRITE(numout,*) '   Active melt ponds radiative coupling                        ln_pnd_rad    = ', ln_pnd_rad
105         WRITE(numout,*) '   Active melt ponds freshwater coupling                       ln_pnd_fw     = ', ln_pnd_fw
106         WRITE(numout,*) '   Type of melt pond scheme =0 presc, =1 empirical = 2 topo    nn_pnd_scheme = ', nn_pnd_scheme
107         WRITE(numout,*) '   Prescribed pond fraction                                    rn_apnd       = ', rn_apnd
108         WRITE(numout,*) '   Prescribed pond depth                                       rn_hpnd       = ', rn_hpnd
[7293]109      ENDIF
[8085]110
[8098]111      IF ( .NOT. ln_pnd ) THEN
[8099]112         WRITE(numout,*)
[8098]113         WRITE(numout,*) ' Melt ponds are not activated '
[8125]114         WRITE(numout,*) ' ln_pnd_rad and ln_pnd_fw set to .FALSE. '
115         WRITE(numout,*) ' nn_pnd_scheme, rn_apnd, rn_hpnd set to zero '
116         ln_pnd_rad    = .FALSE.
117         ln_pnd_fw     = .FALSE.
[8085]118         nn_pnd_scheme = 0
119         rn_apnd       = 0._wp
[8098]120         rn_hpnd       = 0._wp
[8125]121
122         IF(lwp) THEN                     ! control print
123            WRITE(numout,*) '    Active melt ponds radiative coupling                        ln_pnd_rad    = ', ln_pnd_rad
124            WRITE(numout,*) '    Active melt ponds freshwater coupling                       ln_pnd_fw     = ', ln_pnd_fw
125            WRITE(numout,*) '    Type of melt pond scheme =0 presc, =1 empirical = 2 topo    nn_pnd_scheme = ', nn_pnd_scheme
126            WRITE(numout,*) '    Prescribed pond fraction                                    rn_apnd       = ', rn_apnd
127            WRITE(numout,*) '    Prescribed pond depth                                       rn_hpnd       = ', rn_hpnd
128         ENDIF
[8085]129      ENDIF
[8098]130
[8125]131      IF ( ln_pnd .AND. ( nn_pnd_scheme == 2 ) .AND. ( jpl == 1 ) ) THEN
132         WRITE(numout,*) ' Topographic melt ponds are incompatible with jpl = 1 '
133         WRITE(numout,*) ' Run aborted '
134         CALL ctl_stop( 'STOP', 'lim_mp_init: uncompatible options, reset namelist_ice_ref ' )
135      ENDIF
136
[7293]137      !
138   END SUBROUTINE lim_mp_init
[8098]139   
[7293]140
[7325]141   SUBROUTINE lim_mp( kt )
142      !!-------------------------------------------------------------------
143      !!               ***  ROUTINE lim_mp   ***
144      !!               
145      !! ** Purpose :   change melt pond fraction
146      !!               
147      !! ** Method  :   brutal force
148      !!
149      !! ** Action  : -
150      !!              -
151      !!------------------------------------------------------------------------------------
[7293]152
[7325]153      INTEGER, INTENT(in) :: kt    ! number of iteration
154      INTEGER  ::   ji, jj, jl     ! dummy loop indices
[7293]155
[7325]156      !!-------------------------------------------------------------------
[7293]157
[7325]158      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('lim_mp')
[7293]159
[8061]160      SELECT CASE ( nn_pnd_scheme )
[7325]161
[8098]162         CASE (0)
163
164            CALL lim_mp_cstt       ! staircase melt ponds
165
[8085]166         CASE (1)
[8060]167
[8098]168            CALL lim_mp_cesm       ! empirical melt ponds
[8060]169
[8085]170         CASE (2)
[8061]171
[8098]172            CALL lim_mp_topo   &   ! topographic melt ponds
173                      &          (at_i, a_i,                                       &
174                      &          vt_i, v_i, v_s,            t_i, s_i, a_ip_frac,   &
[8085]175                      &          h_ip,     t_su)
[8061]176
177      END SELECT
178
[8142]179      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('lim_mp')
[7325]180
181   END SUBROUTINE lim_mp 
182
[8098]183   SUBROUTINE lim_mp_cstt 
184       !!-------------------------------------------------------------------
185       !!                ***  ROUTINE lim_mp_cstt  ***
186       !!
187       !! ** Purpose    : Compute melt pond evolution
188       !!
189       !! ** Method     : Melt pond fraction and thickness are prescribed
190       !!                 to non-zero values when t_su = 0C
191       !!
192       !! ** Tunable parameters : pond fraction (rn_apnd), pond depth (rn_hpnd)
193       !!               
194       !! ** Note       : Coupling with such melt ponds is only radiative
195       !!                 Advection, ridging, rafting... are bypassed
196       !!
197       !! ** References : Bush, G.W., and Trump, D.J. (2017)
198       !!   
199       !!-------------------------------------------------------------------
200       INTEGER                             :: ji, jj, jl
201       REAL(wp)                            :: z1_jpl            ! 1/jpl
202       !!-------------------------------------------------------------------
[8061]203
[8098]204       z1_jpl     = 1. / FLOAT(jpl)
[8061]205
[8098]206       WHERE ( ( a_i > epsi10 ) .AND. ( t_su >= rt0-epsi06 ) ) 
[8106]207          a_ip_frac = rn_apnd
[8098]208          h_ip      = rn_hpnd   
[8106]209          v_ip      = a_ip_frac * a_i * h_ip 
210          a_ip      = a_ip_frac * a_i
[8098]211       ELSE WHERE
212          a_ip      = 0._wp
213          h_ip      = 0._wp
214          v_ip      = 0._wp
215          a_ip_frac = 0._wp
216       END WHERE
217
218       wfx_pnd(:,:) = 0._wp
219
220   END SUBROUTINE lim_mp_cstt
221
[8060]222   SUBROUTINE lim_mp_cesm
223       !!-------------------------------------------------------------------
224       !!                ***  ROUTINE lim_mp_cesm  ***
225       !!
226       !! ** Purpose    : Compute melt pond evolution
227       !!
[8061]228       !! ** Method     : Empirical method. A fraction of meltwater is accumulated
229       !!                 in pond volume. It is then released exponentially when
[8098]230       !!                 surface is freezing.
[8060]231       !!
[8142]232       !! ** Tunable parameters : (no real expertise yet, ideas?)
[8060]233       !!
234       !! ** Note       : Stolen from CICE for quick test of the melt pond
[8061]235       !!                 radiation and freshwater interfaces
[8098]236       !!                 Coupling can be radiative AND freshwater
237       !!                 Advection, ridging, rafting are called
[8060]238       !!
239       !! ** References : Holland, M. M. et al (J Clim 2012)
240       !!   
241       !!-------------------------------------------------------------------
242
[8061]243       INTEGER, POINTER, DIMENSION(:)      :: indxi             ! compressed indices for cells with ice melting
244       INTEGER, POINTER, DIMENSION(:)      :: indxj             !
[8060]245
246       REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:)   :: zwfx_mlw          ! available meltwater for melt ponding
247       REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:,:) :: zrfrac            ! fraction of available meltwater retained for melt ponding
248
249       REAL(wp), PARAMETER                 :: zrmin  = 0.15_wp  ! minimum fraction of available meltwater retained for melt ponding
250       REAL(wp), PARAMETER                 :: zrmax  = 0.70_wp  ! maximum   ''           ''       ''        ''            ''
251       REAL(wp), PARAMETER                 :: zrexp  = 0.01_wp  ! rate constant to refreeze melt ponds
252       REAL(wp), PARAMETER                 :: zpnd_aspect = 0.8_wp ! pond aspect ratio
253
254       REAL(wp)                            :: zhi               ! dummy ice thickness
255       REAL(wp)                            :: zhs               ! dummy snow depth
256       REAL(wp)                            :: zTp               ! reference temperature
257       REAL(wp)                            :: zdTs              ! dummy temperature difference
258       REAL(wp)                            :: z1_rhofw          ! inverse freshwater density
259       REAL(wp)                            :: z1_zpnd_aspect    ! inverse pond aspect ratio
[8085]260       REAL(wp)                            :: zvpold            ! dummy pond volume
[8060]261
[8061]262       INTEGER                             :: ji, jj, jl, ij    ! loop indices
263       INTEGER                             :: icells            ! size of dummy array
264
[8060]265       !!-------------------------------------------------------------------
266
[8142]267        CALL wrk_alloc( jpi*jpj, indxi, indxj)
268        CALL wrk_alloc( jpi,jpj,     zwfx_mlw )
269        CALL wrk_alloc( jpi,jpj,jpl, zrfrac   )
[8060]270
[8142]271        z1_rhofw       = 1. / rhofw 
272        z1_zpnd_aspect = 1. / zpnd_aspect
273        zTp            = -2. 
[8060]274
[8142]275        a_ip_frac(:,:,:) = 0._wp
276        h_ip     (:,:,:) = 0._wp
277 
278        !------------------------------------------------------------------
279        ! Available melt water for melt ponding and corresponding fraction
280        !------------------------------------------------------------------
281 
282        zwfx_mlw(:,:) = MAX( wfx_sum(:,:) + wfx_snw(:,:), 0._wp )        ! available meltwater for melt ponding
[8060]283
[8142]284                ! NB: zwfx_mlw can be slightly negative for very small values (why?)
285                ! This can in some occasions give negative
286                ! v_ip in the first category, which then gives crazy pond
287                ! fractions and crashes the code as soon as the melt-pond
288                ! radiative coupling is activated
289                ! if we understand and remove why wfx_sum or wfx_snw could be
290                ! negative, then, we can remove the MAX
291 
292        zrfrac(:,:,:) = zrmin + ( zrmax - zrmin ) * a_i(:,:,:) 
293 
294        DO jl = 1, jpl   
[8060]295
[8142]296           !------------------------------------------------------------------------------
297           ! Identify grid cells where ponds should be updated (can probably be improved)
298           !------------------------------------------------------------------------------
299 
300           indxi(:) = 0
301           indxj(:) = 0
302           icells   = 0
303 
304           DO jj = 1, jpj
305             DO ji = 1, jpi
306                IF ( a_i(ji,jj,jl) > epsi10 ) THEN
307                   icells = icells + 1
308                   indxi(icells) = ji
309                   indxj(icells) = jj
310                ENDIF
311             END DO                 ! ji
312          END DO                    ! jj
313 
314          DO ij = 1, icells
315 
316             ji = indxi(ij)
317             jj = indxj(ij)
318 
319             zhi = v_i(ji,jj,jl) / a_i(ji,jj,jl)
320             zhs = v_s(ji,jj,jl) / a_i(ji,jj,jl)
321 
322             IF ( zhi < rn_himin) THEN   !--- Remove ponds on thin ice if ice is too thin
323 
324                a_ip(ji,jj,jl)      = 0._wp                               !--- Dump ponds
325                v_ip(ji,jj,jl)      = 0._wp
326                a_ip_frac(ji,jj,jl) = 0._wp
327                h_ip(ji,jj,jl)      = 0._wp
328 
329                IF ( ln_pnd_fw ) & !--- Give freshwater to the ocean
330                   wfx_pnd(ji,jj)   = wfx_pnd(ji,jj) + v_ip(ji,jj,jl) 
331 
332 
333             ELSE                        !--- Update pond characteristics
334 
335                !--- Add retained melt water to melt ponds
336                ! v_ip should never be positive, otherwise code crashes
337                ! MV: as far as I saw, UM5 can create very small negative v_ip values
338                ! hence I added the max, which was not required with Prather (1 yr run)
339                v_ip(ji,jj,jl)      = MAX( v_ip(ji,jj,jl), 0._wp ) + zrfrac(ji,jj,jl) * z1_rhofw * zwfx_mlw(ji,jj) * a_i(ji,jj,jl) * rdt_ice
340 
341                !--- Shrink pond due to refreezing
342                zdTs                = MAX ( zTp - t_su(ji,jj,jl) + rt0 , 0. )
343               
344                zvpold              = v_ip(ji,jj,jl)
345 
346                v_ip(ji,jj,jl)      = v_ip(ji,jj,jl) * EXP( zrexp * zdTs / zTp )
347 
348                !--- Dump meltwater due to refreezing ( of course this is wrong
349                !--- but this parameterization is too simple )
350                IF ( ln_pnd_fw ) &
351                   wfx_pnd(ji,jj)   = wfx_pnd(ji,jj) + rhofw * ( v_ip(ji,jj,jl) - zvpold ) * r1_rdtice
352 
353                a_ip_frac(ji,jj,jl) = MIN( 1._wp , SQRT( v_ip(ji,jj,jl) * z1_zpnd_aspect / a_i(ji,jj,jl) ) )
354 
355                h_ip(ji,jj,jl)      = zpnd_aspect * a_ip_frac(ji,jj,jl)
356 
357                a_ip(ji,jj,jl)      = a_ip_frac(ji,jj,jl) * a_i(ji,jj,jl)
358 
359             !-----------------------------------------------------------
360             ! Limit pond depth
361             !-----------------------------------------------------------
362             ! The original version has pond depth limitation, which I did not
363             ! keep here. Maybe we need it later on
364             !
365             
366             ENDIF
367 
368           END DO
369 
370        END DO ! jpl
371 
372        !--- Remove retained meltwater from surface fluxes
373 
374        IF ( ln_pnd_fw ) THEN
375 
376            wfx_snw(:,:) = wfx_snw(:,:) *  ( 1. - zrmin - ( zrmax - zrmin ) * at_i(:,:) )
377 
378            wfx_sum(:,:) = wfx_sum(:,:) *  ( 1. - zrmin - ( zrmax - zrmin ) * at_i(:,:) )
379 
380        ENDIF
[8060]381
[8142]382       CALL wrk_dealloc( jpi*jpj, indxi, indxj)
383       CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,     zwfx_mlw )
384       CALL wrk_dealloc( jpi,jpj,jpl, zrfrac   )
[8060]385
386   END SUBROUTINE lim_mp_cesm
387
[7325]388   SUBROUTINE lim_mp_topo    (aice,      aicen,     &
389                              vice,      vicen,     &
390                              vsnon,                &
391                              ticen,     salin,     &
392                              a_ip_frac, h_ip,      &
393                                         Tsfc )
394       !!-------------------------------------------------------------------
395       !!                ***  ROUTINE lim_mp_topo  ***
396       !!
397       !! ** Purpose :   Compute melt pond evolution based on the ice
398       !!                topography as inferred from the ice thickness
399       !!                distribution. 
400       !!
401       !! ** Method  :   This code is initially based on Flocco and Feltham
402       !!                (2007) and Flocco et al. (2010). More to come...
403       !!
404       !! ** Tunable parameters :
405       !!
406       !! ** Note :
407       !!
408       !! ** References
409       !!    Flocco, D. and D. L. Feltham, 2007.  A continuum model of melt pond
410       !!    evolution on Arctic sea ice.  J. Geophys. Res. 112, C08016, doi:
411       !!    10.1029/2006JC003836.
412       !!    Flocco, D., D. L. Feltham and A. K. Turner, 2010.  Incorporation of
413       !!    a physically based melt pond scheme into the sea ice component of a
414       !!    climate model.  J. Geophys. Res. 115, C08012,
415       !!    doi: 10.1029/2009JC005568.
416       !!   
417       !!-------------------------------------------------------------------
418 
419       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj), &
420          INTENT(IN) :: &
421          aice, &    ! total ice area fraction
422          vice       ! total ice volume (m)
423 
424       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj,jpl), &
425          INTENT(IN) :: &
426          aicen, &   ! ice area fraction, per category
427          vsnon, &   ! snow volume, per category (m)
428          vicen      ! ice volume, per category (m)
429 
430       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj,nlay_i,jpl), &
431          INTENT(IN) :: &
432          ticen, &   ! ice enthalpy, per category
433          salin
434 
435       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj,jpl), &
436          INTENT(INOUT) :: &
437          a_ip_frac , &   ! pond area fraction of ice, per ice category
438          h_ip       ! pond depth, per ice category (m)
439 
440       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj,jpl), &
441          INTENT(IN) :: &
442          Tsfc       ! snow/sea ice surface temperature
443 
444       ! local variables
445       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj,jpl) :: &
446          zTsfcn, & ! ice/snow surface temperature (C)
447          zvolpn, & ! pond volume per unit area, per category (m)
448          zvuin     ! water-equivalent volume of ice lid on melt pond ('upper ice', m)
449 
450       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj,jpl) :: &
451          zapondn,& ! pond area fraction, per category
452          zhpondn   ! pond depth, per category (m)
453 
454       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj) :: &
455          zvolp       ! total volume of pond, per unit area of pond (m)
456 
457       REAL (wp) :: &
458          zhi,    & ! ice thickness (m)
459          zdHui,  & ! change in thickness of ice lid (m)
460          zomega, & ! conduction
461          zdTice, & ! temperature difference across ice lid (C)
462          zdvice, & ! change in ice volume (m)
463          zTavg,  & ! mean surface temperature across categories (C)
464          zTp,    & ! pond freezing temperature (C)
465          zdvn      ! change in melt pond volume for fresh water budget
466       INTEGER, DIMENSION (jpi*jpj) :: &
467          indxi, indxj    ! compressed indices for cells with ice melting
468 
469       INTEGER :: n,k,i,j,ij,icells,indxij ! loop indices
470 
471       INTEGER, DIMENSION (jpl) :: &
472          kcells          ! cells where ice lid combines with vice
473 
474       INTEGER, DIMENSION (jpi*jpj,jpl) :: &
475          indxii, indxjj  ! i,j indices for kcells loop
476 
477       REAL (wp), parameter :: &
478          zhicemin  = 0.1_wp , & ! minimum ice thickness with ponds (m)
479          zTd       = 0.15_wp, & ! temperature difference for freeze-up (C)
480          zr1_rlfus = 1._wp / 0.334e+6 / 917._wp , & ! (J/m^3)
481          zmin_volp = 1.e-4_wp, & ! minimum pond volume (m)
482          z0       = 0._wp,    & 
483          zTimelt   = 0._wp,    &
484          z01      = 0.01_wp,  &
485          z25      = 0.25_wp,  &
486          z5       = 0.5_wp
487
488       !---------------------------------------------------------------
489       ! Initialization
490       !---------------------------------------------------------------
491 
492       zhpondn(:,:,:) = 0._wp
493       zapondn(:,:,:) = 0._wp
494       indxii(:,:) = 0
495       indxjj(:,:) = 0
496       kcells(:)   = 0
497
498       zvolp(:,:) = wfx_sum(:,:) + wfx_snw(:,:) + vt_ip(:,:) ! Total available melt water, to be distributed as melt ponds
499       zTsfcn(:,:,:) = zTsfcn(:,:,:) - rt0                   ! Convert in Celsius
500 
501       ! The freezing temperature for meltponds is assumed slightly below 0C,
502       ! as if meltponds had a little salt in them.  The salt budget is not
503       ! altered for meltponds, but if it were then an actual pond freezing
504       ! temperature could be computed.
505 
506       ! zTp = zTimelt - zTd  ---> for lids
507 
508       !-----------------------------------------------------------------
509       ! Identify grid cells with ponds
510       !-----------------------------------------------------------------
511 
512       icells = 0
513       DO j = 1, jpj
514       DO i = 1, jpi
515          zhi = z0
516          IF (aice(i,j) > epsi10 ) zhi = vice(i,j)/aice(i,j)
517          IF ( aice(i,j) > z01 .and. zhi > zhicemin .and. &
518             zvolp(i,j) > zmin_volp*aice(i,j)) THEN
519             icells = icells + 1
520             indxi(icells) = i
521             indxj(icells) = j
522          ELSE  ! remove ponds on thin ice
523             !fpond(i,j) = fpond(i,j) - zvolp(i,j)
524             zvolpn(i,j,:) = z0
525             zvuin (i,j,:) = z0
526             zvolp (i,j) = z0
527          END IF
528       END DO                     ! i
529       END DO                     ! j
530 
531       DO ij = 1, icells
532          i = indxi(ij)
533          j = indxj(ij)
534 
535          !--------------------------------------------------------------
536          ! calculate pond area and depth
537          !--------------------------------------------------------------
538          CALL lim_mp_area(aice(i,j),vice(i,j), &
539                    aicen(i,j,:), vicen(i,j,:), vsnon(i,j,:), &
540                    ticen(i,j,:,:), salin(i,j,:,:), &
541                    zvolpn(i,j,:), zvolp(i,j), &
542                    zapondn(i,j,:),zhpondn(i,j,:), zdvn)
543         ! outputs are
544         ! - zdvn
545         ! - zvolpn
546         ! - zvolp
547         ! - zapondn
548         ! - zhpondn
549
550          wfx_pnd(i,j) = wfx_pnd(i,j) + zdvn ! update flux from ponds to ocean
551 
[8060]552          ! mean surface temperature MV - why do we need that ? --> for the lid
553
554          ! zTavg = z0
555          ! DO n = 1, jpl
556          !   zTavg = zTavg + zTsfcn(i,j,n)*aicen(i,j,n)
557          ! END DO
558          ! zTavg = zTavg / aice(i,j)
[7325]559 
560       END DO ! ij
561 
562       !---------------------------------------------------------------
563       ! Update pond volume and fraction
564       !---------------------------------------------------------------
565 
566       a_ip(:,:,:) = zapondn(:,:,:)
567       v_ip(:,:,:) = zapondn(:,:,:) * zhpondn(:,:,:)
568       a_ip_frac(:,:,:) = 0._wp
569       h_ip     (:,:,:) = 0._wp
570
571    END SUBROUTINE lim_mp_topo
572
573    SUBROUTINE lim_mp_area(aice,vice, &
574                         aicen, vicen, vsnon, ticen, &
575                         salin, zvolpn, zvolp,         &
576                         zapondn,zhpondn,dvolp)
577
578       !!-------------------------------------------------------------------
579       !!                ***  ROUTINE lim_mp_area ***
580       !!
581       !! ** Purpose : Given the total volume of meltwater, update
582       !!              pond fraction (a_ip) and depth (should be volume)
583       !!
584       !! **
585       !!             
586       !!------------------------------------------------------------------
587
588       REAL (wp), INTENT(IN) :: &
589          aice,vice
590 
591       REAL (wp), DIMENSION(jpl), INTENT(IN) :: &
592          aicen, vicen, vsnon
593 
594       REAL (wp), DIMENSION(nlay_i,jpl), INTENT(IN) :: &
595          ticen, salin
596 
597       REAL (wp), DIMENSION(jpl), INTENT(INOUT) :: &
598          zvolpn
599 
600       REAL (wp), INTENT(INOUT) :: &
601          zvolp, dvolp
602 
603       REAL (wp), DIMENSION(jpl), INTENT(OUT) :: &
604          zapondn, zhpondn
605 
606       INTEGER :: &
607          n, ns,   &
608          m_index, &
609          permflag
610 
611       REAL (wp), DIMENSION(jpl) :: &
612          hicen, &
613          hsnon, &
614          asnon, &
615          alfan, &
616          betan, &
617          cum_max_vol, &
618          reduced_aicen       
619 
620       REAL (wp), DIMENSION(0:jpl) :: &
621          cum_max_vol_tmp
622 
623       REAL (wp) :: &
624          hpond, &
625          drain, &
626          floe_weight, &
627          pressure_head, &
628          hsl_rel, &
629          deltah, &
630          perm, &
631          msno
632 
633       REAL (wp), parameter :: & 
634          viscosity = 1.79e-3_wp, &  ! kinematic water viscosity in kg/m/s
635          z0        = 0.0_wp    , &
636          c1        = 1.0_wp    , &
637          p4        = 0.4_wp    , &
638          p6        = 0.6_wp    , &
639          epsi10      = 1.0e-11_wp
640         
641      !-----------|
642      !           |
643      !           |-----------|
644      !___________|___________|______________________________________sea-level
645      !           |           |
646      !           |           |---^--------|
647      !           |           |   |        |
648      !           |           |   |        |-----------|              |-------
649      !           |           |   |alfan(n)|           |              |
650      !           |           |   |        |           |--------------|
651      !           |           |   |        |           |              |
652      !---------------------------v-------------------------------------------
653      !           |           |   ^        |           |              |
654      !           |           |   |        |           |--------------|
655      !           |           |   |betan(n)|           |              |
656      !           |           |   |        |-----------|              |-------
657      !           |           |   |        |
658      !           |           |---v------- |
659      !           |           |
660      !           |-----------|
661      !           |
662      !-----------|
663     
664       !-------------------------------------------------------------------
665       ! initialize
666       !-------------------------------------------------------------------
667 
668       DO n = 1, jpl
669 
670          zapondn(n) = z0
671          zhpondn(n) = z0
672 
673          !----------------------------------------
674          ! X) compute the effective snow fraction
675          !----------------------------------------
676          IF (aicen(n) < epsi10)  THEN
677             hicen(n) =  z0 
678             hsnon(n) = z0
679             reduced_aicen(n) = z0
680          ELSE
681             hicen(n) = vicen(n) / aicen(n)
682             hsnon(n) = vsnon(n) / aicen(n)
683             reduced_aicen(n) = c1 ! n=jpl
684             IF (n < jpl) reduced_aicen(n) = aicen(n) &
685                                  * (-0.024_wp*hicen(n) + 0.832_wp) 
686             asnon(n) = reduced_aicen(n)  ! effective snow fraction (empirical)
[8060]687             ! MV should check whether this makes sense to have the same effective snow fraction in here
[7325]688          END IF
689 
690 ! This choice for alfa and beta ignores hydrostatic equilibium of categories.
691 ! Hydrostatic equilibium of the entire ITD is accounted for below, assuming
692 ! a surface topography implied by alfa=0.6 and beta=0.4, and rigidity across all
693 ! categories.  alfa and beta partition the ITD - they are areas not thicknesses!
694 ! Multiplying by hicen, alfan and betan (below) are thus volumes per unit area.
695 ! Here, alfa = 60% of the ice area (and since hice is constant in a category,
696 ! alfan = 60% of the ice volume) in each category lies above the reference line,
697 ! and 40% below. Note: p6 is an arbitrary choice, but alfa+beta=1 is required.
[8060]698
699 ! MV: 
700 ! Note that this choice is not in the original FF07 paper and has been adopted in CICE
701 ! No reason why is explained in the doc, but I guess there is a reason. I'll try to investigate, maybe
702
703 ! Where does that choice come from
[7325]704 
[8060]705          alfan(n) = 0.6 * hicen(n)
706          betan(n) = 0.4 * hicen(n)
[7325]707       
708          cum_max_vol(n)     = z0
709          cum_max_vol_tmp(n) = z0
710     
711       END DO ! jpl
712 
713       cum_max_vol_tmp(0) = z0
714       drain = z0
715       dvolp = z0
716
717       !----------------------------------------------------------
718       ! x) Drain overflow water, update pond fraction and volume
719       !----------------------------------------------------------
720       
721       !--------------------------------------------------------------------------
722       ! the maximum amount of water that can be contained up to each ice category
723       !--------------------------------------------------------------------------
724
725       ! MV
726       ! If melt ponds are too deep to be sustainable given the ITD (OVERFLOW)
727       ! Then the excess volume cum_max_vol(jl) drains out of the system
728       ! It should be added to wfx_pnd
729       ! END MV
730     
731       DO n = 1, jpl-1 ! last category can not hold any volume
732 
733          IF (alfan(n+1) >= alfan(n) .and. alfan(n+1) > z0) THEN
734 
735             ! total volume in level including snow
736             cum_max_vol_tmp(n) = cum_max_vol_tmp(n-1) + &
737                (alfan(n+1) - alfan(n)) * sum(reduced_aicen(1:n)) 
738 
739             ! subtract snow solid volumes from lower categories in current level
740             DO ns = 1, n 
741                cum_max_vol_tmp(n) = cum_max_vol_tmp(n) &
742                   - rhosn/rhofw * &   ! free air fraction that can be filled by water
743                     asnon(ns)  * &    ! effective areal fraction of snow in that category
744                     max(min(hsnon(ns)+alfan(ns)-alfan(n), alfan(n+1)- &
745                                   alfan(n)), z0) 
746             END DO
747
748          ELSE ! assume higher categories unoccupied
749             cum_max_vol_tmp(n) = cum_max_vol_tmp(n-1)
750          END IF
751          !IF (cum_max_vol_tmp(n) < z0) THEN
752          !   call abort_ice('negative melt pond volume')
753          !END IF
754       END DO
755       cum_max_vol_tmp(jpl) = cum_max_vol_tmp(jpl-1)  ! last category holds no volume
756       cum_max_vol  (1:jpl) = cum_max_vol_tmp(1:jpl)
757     
758       !----------------------------------------------------------------
759       ! is there more meltwater than can be held in the floe?
760       !----------------------------------------------------------------
761       IF (zvolp >= cum_max_vol(jpl)) THEN
762          drain = zvolp - cum_max_vol(jpl) + epsi10
763          zvolp = zvolp - drain ! update meltwater volume available
764          dvolp = drain         ! this is the drained water
765          IF (zvolp < epsi10) THEN
766             dvolp = dvolp + zvolp
767             zvolp = z0
768          END IF
769       END IF
770     
771       ! height and area corresponding to the remaining volume
772 
773!      call calc_hpond(reduced_aicen, asnon, hsnon, rhos, alfan, &
774!           zvolp, cum_max_vol, hpond, m_index)
775     
776       DO n=1, m_index
777          zhpondn(n) = hpond - alfan(n) + alfan(1) ! here oui choulde update
778                                                   !  volume instead, no ?
779          zapondn(n) = reduced_aicen(n) 
780          ! in practise, pond fraction depends on the empirical snow fraction
781          ! so in turn on ice thickness
782       END DO
783     
784       !------------------------------------------------------------------------
785       ! Drainage through brine network (permeability)
786       !------------------------------------------------------------------------
787       !!! drainage due to ice permeability - Darcy's law
788     
789       ! sea water level
790       msno = z0
791       DO n=1,jpl
792         msno = msno + vsnon(n) * rhosn
793       END DO
794       floe_weight = (msno + rhoic*vice + rau0*zvolp) / aice
795       hsl_rel = floe_weight / rau0 &
796               - ((sum(betan(:)*aicen(:))/aice) + alfan(1))
797     
798       deltah = hpond - hsl_rel
799       pressure_head = grav * rau0 * max(deltah, z0)
800 
801       ! drain IF ice is permeable   
802       permflag = 0
803       IF (pressure_head > z0) THEN
804       DO n = 1, jpl-1
805          IF (hicen(n) /= z0) THEN
806             perm = 0. ! MV ugly dummy patch
807             CALL lim_mp_perm(ticen(:,n), salin(:,n), vicen(n), perm)
808             IF (perm > z0) permflag = 1
809
810             drain = perm*zapondn(n)*pressure_head*rdt_ice / &
811                                      (viscosity*hicen(n))
812             dvolp = dvolp + min(drain, zvolp)
813             zvolp = max(zvolp - drain, z0)
814             IF (zvolp < epsi10) THEN
815                dvolp = dvolp + zvolp
816                zvolp = z0
817             END IF
818          END IF
819       END DO
820 
821       ! adjust melt pond DIMENSIONs
822       IF (permflag > 0) THEN
823          ! recompute pond depth   
824!         CALL calc_hpond(reduced_aicen, asnon, hsnon, rhos, alfan, &
825!                         zvolp, cum_max_vol, hpond, m_index)
826          DO n=1, m_index
827             zhpondn(n) = hpond - alfan(n) + alfan(1)
828             zapondn(n) = reduced_aicen(n) 
829          END DO
830       END IF
831       END IF ! pressure_head
832 
833       !-------------------------------
834       ! X) remove water from the snow
835       !-------------------------------
836       !------------------------------------------------------------------------
837       ! total melt pond volume in category DOes not include snow volume
838       ! snow in melt ponds is not melted
839       !------------------------------------------------------------------------
840 
841       ! Calculate pond volume for lower categories
842       DO n=1,m_index-1
843          zvolpn(n) = zapondn(n) * zhpondn(n) & ! what is not in the snow
844                   - (rhosn/rhofw) * asnon(n) * min(hsnon(n), zhpondn(n))
845       END DO
846 
847       ! Calculate pond volume for highest category = remaining pond volume
848
849       ! The following is completely unclear to Martin at least
850       ! Could we redefine properly and recode in a more readable way ?
851
852       ! m_index = last category with melt pond
853
854       IF (m_index == 1) zvolpn(m_index) = zvolp ! volume of mw in 1st category is the total volume of melt water
855
856       IF (m_index > 1) THEN
857         IF (zvolp > sum(zvolpn(1:m_index-1))) THEN
858           zvolpn(m_index) = zvolp - sum(zvolpn(1:m_index-1)) !
859         ELSE
860           zvolpn(m_index) = z0
861           zhpondn(m_index) = z0
862           zapondn(m_index) = z0
863           ! If remaining pond volume is negative reduce pond volume of
864           ! lower category
865           IF (zvolp+epsi10 < sum(zvolpn(1:m_index-1))) & 
866             zvolpn(m_index-1) = zvolpn(m_index-1)-sum(zvolpn(1:m_index-1))&
867                                + zvolp
868         END IF
869       END IF
870 
871       DO n=1,m_index
872          IF (zapondn(n) > epsi10) THEN
873              zhpondn(n) = zvolpn(n) / zapondn(n)
874          ELSE
875             dvolp = dvolp + zvolpn(n)
876             zhpondn(n) = z0
877             zvolpn(n) = z0
878             zapondn(n) = z0
879          end IF
880       END DO
881       DO n = m_index+1, jpl
882          zhpondn(n) = z0
883          zapondn(n) = z0
884          zvolpn (n) = z0
885       END DO
886 
887    END SUBROUTINE lim_mp_area
888
889!OLI_CODE   
890!OLI_CODE
891!OLI_CODE    SUBROUTINE calc_hpond(aicen, asnon, hsnon, rhos, alfan, &
892!OLI_CODE                          zvolp, cum_max_vol,                &
893!OLI_CODE                          hpond, m_index)
894!OLI_CODE       !!-------------------------------------------------------------------
895!OLI_CODE       !!                ***  ROUTINE calc_hpond  ***
896!OLI_CODE       !!
897!OLI_CODE       !! ** Purpose :   Compute melt pond depth
898!OLI_CODE       !!-------------------------------------------------------------------
899!OLI_CODE     
900!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION(jpl), INTENT(IN) :: &
901!OLI_CODE          aicen, &
902!OLI_CODE          asnon, &
903!OLI_CODE          hsnon, &
904!OLI_CODE          rhos,  &
905!OLI_CODE          alfan, &
906!OLI_CODE          cum_max_vol
907!OLI_CODE     
908!OLI_CODE       REAL (wp), INTENT(IN) :: &
909!OLI_CODE          zvolp
910!OLI_CODE     
911!OLI_CODE       REAL (wp), INTENT(OUT) :: &
912!OLI_CODE          hpond
913!OLI_CODE     
914!OLI_CODE       INTEGER, INTENT(OUT) :: &
915!OLI_CODE          m_index
916!OLI_CODE     
917!OLI_CODE       INTEGER :: n, ns
918!OLI_CODE     
919!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION(0:jpl+1) :: &
920!OLI_CODE          hitl, &
921!OLI_CODE          aicetl
922!OLI_CODE     
923!OLI_CODE       REAL (wp) :: &
924!OLI_CODE          rem_vol, &
925!OLI_CODE          area, &
926!OLI_CODE          vol, &
927!OLI_CODE          tmp, &
928!OLI_CODE          z0   = 0.0_wp,    &   
929!OLI_CODE          epsi10 = 1.0e-11_wp
930!OLI_CODE     
931!OLI_CODE       !----------------------------------------------------------------
932!OLI_CODE       ! hpond is zero if zvolp is zero - have we fully drained?
933!OLI_CODE       !----------------------------------------------------------------
934!OLI_CODE     
935!OLI_CODE       IF (zvolp < epsi10) THEN
936!OLI_CODE        hpond = z0
937!OLI_CODE        m_index = 0
938!OLI_CODE       ELSE
939!OLI_CODE       
940!OLI_CODE        !----------------------------------------------------------------
941!OLI_CODE        ! Calculate the category where water fills up to
942!OLI_CODE        !----------------------------------------------------------------
943!OLI_CODE       
944!OLI_CODE        !----------|
945!OLI_CODE        !          |
946!OLI_CODE        !          |
947!OLI_CODE        !          |----------|                                     -- --
948!OLI_CODE        !__________|__________|_________________________________________ ^
949!OLI_CODE        !          |          |             rem_vol     ^                | Semi-filled
950!OLI_CODE        !          |          |----------|-- -- -- - ---|-- ---- -- -- --v layer
951!OLI_CODE        !          |          |          |              |
952!OLI_CODE        !          |          |          |              |hpond
953!OLI_CODE        !          |          |          |----------|   |     |-------
954!OLI_CODE        !          |          |          |          |   |     |
955!OLI_CODE        !          |          |          |          |---v-----|
956!OLI_CODE        !          |          | m_index  |          |         |
957!OLI_CODE        !-------------------------------------------------------------
958!OLI_CODE       
959!OLI_CODE        m_index = 0  ! 1:m_index categories have water in them
960!OLI_CODE        DO n = 1, jpl
961!OLI_CODE           IF (zvolp <= cum_max_vol(n)) THEN
962!OLI_CODE              m_index = n
963!OLI_CODE              IF (n == 1) THEN
964!OLI_CODE                 rem_vol = zvolp
965!OLI_CODE              ELSE
966!OLI_CODE                 rem_vol = zvolp - cum_max_vol(n-1)
967!OLI_CODE              END IF
968!OLI_CODE              exit ! to break out of the loop
969!OLI_CODE           END IF
970!OLI_CODE        END DO
971!OLI_CODE        m_index = min(jpl-1, m_index)
972!OLI_CODE       
973!OLI_CODE        !----------------------------------------------------------------
974!OLI_CODE        ! semi-filled layer may have m_index different snow in it
975!OLI_CODE        !----------------------------------------------------------------
976!OLI_CODE       
977!OLI_CODE        !-----------------------------------------------------------  ^
978!OLI_CODE        !                                                             |  alfan(m_index+1)
979!OLI_CODE        !                                                             |
980!OLI_CODE        !hitl(3)-->                             |----------|          |
981!OLI_CODE        !hitl(2)-->                |------------| * * * * *|          |
982!OLI_CODE        !hitl(1)-->     |----------|* * * * * * |* * * * * |          |
983!OLI_CODE        !hitl(0)-->-------------------------------------------------  |  ^
984!OLI_CODE        !                various snow from lower categories          |  |alfa(m_index)
985!OLI_CODE       
986!OLI_CODE        ! hitl - heights of the snow layers from thinner and current categories
987!OLI_CODE        ! aicetl - area of each snow depth in this layer
988!OLI_CODE       
989!OLI_CODE        hitl(:) = z0
990!OLI_CODE        aicetl(:) = z0
991!OLI_CODE        DO n = 1, m_index
992!OLI_CODE           hitl(n)   = max(min(hsnon(n) + alfan(n) - alfan(m_index), &
993!OLI_CODE                                  alfan(m_index+1) - alfan(m_index)), z0)
994!OLI_CODE           aicetl(n) = asnon(n)
995!OLI_CODE           
996!OLI_CODE           aicetl(0) = aicetl(0) + (aicen(n) - asnon(n))
997!OLI_CODE        END DO
998!OLI_CODE        hitl(m_index+1) = alfan(m_index+1) - alfan(m_index)
999!OLI_CODE        aicetl(m_index+1) = z0
1000!OLI_CODE       
1001!OLI_CODE        !----------------------------------------------------------------
1002!OLI_CODE        ! reorder array according to hitl
1003!OLI_CODE        ! snow heights not necessarily in height order
1004!OLI_CODE        !----------------------------------------------------------------
1005!OLI_CODE       
1006!OLI_CODE        DO ns = 1, m_index+1
1007!OLI_CODE           DO n = 0, m_index - ns + 1
1008!OLI_CODE              IF (hitl(n) > hitl(n+1)) THEN ! swap order
1009!OLI_CODE                 tmp = hitl(n)
1010!OLI_CODE                 hitl(n) = hitl(n+1)
1011!OLI_CODE                 hitl(n+1) = tmp
1012!OLI_CODE                 tmp = aicetl(n)
1013!OLI_CODE                 aicetl(n) = aicetl(n+1)
1014!OLI_CODE                 aicetl(n+1) = tmp
1015!OLI_CODE              END IF
1016!OLI_CODE           END DO
1017!OLI_CODE        END DO
1018!OLI_CODE       
1019!OLI_CODE        !----------------------------------------------------------------
1020!OLI_CODE        ! divide semi-filled layer into set of sublayers each vertically homogenous
1021!OLI_CODE        !----------------------------------------------------------------
1022!OLI_CODE       
1023!OLI_CODE        !hitl(3)----------------------------------------------------------------
1024!OLI_CODE        !                                                       | * * * * * * * * 
1025!OLI_CODE        !                                                       |* * * * * * * * *
1026!OLI_CODE        !hitl(2)----------------------------------------------------------------
1027!OLI_CODE        !                                    | * * * * * * * *  | * * * * * * * * 
1028!OLI_CODE        !                                    |* * * * * * * * * |* * * * * * * * *
1029!OLI_CODE        !hitl(1)----------------------------------------------------------------
1030!OLI_CODE        !                 | * * * * * * * *  | * * * * * * * *  | * * * * * * * * 
1031!OLI_CODE        !                 |* * * * * * * * * |* * * * * * * * * |* * * * * * * * *
1032!OLI_CODE        !hitl(0)----------------------------------------------------------------
1033!OLI_CODE        !    aicetl(0)         aicetl(1)           aicetl(2)          aicetl(3)           
1034!OLI_CODE       
1035!OLI_CODE        ! move up over layers incrementing volume
1036!OLI_CODE        DO n = 1, m_index+1
1037!OLI_CODE           
1038!OLI_CODE           area = sum(aicetl(:)) - &                 ! total area of sub-layer
1039!OLI_CODE                (rhos(n)/rau0) * sum(aicetl(n:jpl+1)) ! area of sub-layer occupied by snow
1040!OLI_CODE           
1041!OLI_CODE           vol = (hitl(n) - hitl(n-1)) * area      ! thickness of sub-layer times area
1042!OLI_CODE           
1043!OLI_CODE           IF (vol >= rem_vol) THEN  ! have reached the sub-layer with the depth within
1044!OLI_CODE              hpond = rem_vol / area + hitl(n-1) + alfan(m_index) - &
1045!OLI_CODE                           alfan(1)
1046!OLI_CODE              exit
1047!OLI_CODE           ELSE  ! still in sub-layer below the sub-layer with the depth
1048!OLI_CODE              rem_vol = rem_vol - vol
1049!OLI_CODE           END IF
1050!OLI_CODE           
1051!OLI_CODE        END DO
1052!OLI_CODE       
1053!OLI_CODE       END IF
1054!OLI_CODE     
1055!OLI_CODE    END SUBROUTINE calc_hpond
1056!OLI_CODE   
1057!OLI_CODE
1058    SUBROUTINE lim_mp_perm(ticen, salin, vicen, perm)
1059       !!-------------------------------------------------------------------
1060       !!                ***  ROUTINE lim_mp_perm ***
1061       !!
1062       !! ** Purpose :   Determine the liquid fraction of brine in the ice
1063       !!                and its permeability
1064       !!-------------------------------------------------------------------
1065       REAL (wp), DIMENSION(nlay_i), INTENT(IN) :: &
1066          ticen,  & ! energy of melting for each ice layer (J/m2)
1067          salin
1068 
1069       REAL (wp), INTENT(IN) :: &
1070          vicen     ! ice volume
1071     
1072       REAL (wp), INTENT(OUT) :: &
1073          perm      ! permeability
1074 
1075       REAL (wp) ::   &
1076          Sbr        ! brine salinity
1077 
1078       REAL (wp), DIMENSION(nlay_i) ::   &
1079          Tin, &    ! ice temperature
1080          phi       ! liquid fraction
1081 
1082       INTEGER :: k
1083     
1084       REAL (wp) :: &
1085          c2    = 2.0_wp
1086 
1087       !-----------------------------------------------------------------
1088       ! Compute ice temperatures from enthalpies using quadratic formula
1089       !-----------------------------------------------------------------
1090 
1091       DO k = 1,nlay_i
1092          Tin(k) = ticen(k) 
1093       END DO
1094 
1095       !-----------------------------------------------------------------
1096       ! brine salinity and liquid fraction
1097       !-----------------------------------------------------------------
1098 
1099       IF (maxval(Tin-rtt) <= -c2) THEN
1100 
1101          DO k = 1,nlay_i
1102             Sbr = - 1.2_wp                 &
1103                   -21.8_wp     * (Tin(k)-rtt)    &
1104                   - 0.919_wp   * (Tin(k)-rtt)**2 &
1105                   - 0.01878_wp * (Tin(k)-rtt)**3
1106             phi(k) = salin(k)/Sbr ! liquid fraction
1107          END DO ! k
1108       
1109       ELSE
1110 
1111          DO k = 1,nlay_i
1112             Sbr = -17.6_wp    * (Tin(k)-rtt)    &
1113                   - 0.389_wp  * (Tin(k)-rtt)**2 &
1114                   - 0.00362_wp* (Tin(k)-rtt)**3
1115             phi(k) = salin(k)/Sbr ! liquid fraction
1116          END DO
1117 
1118       END IF
1119     
1120       !-----------------------------------------------------------------
1121       ! permeability
1122       !-----------------------------------------------------------------
1123 
1124       perm = 3.0e-08_wp * (minval(phi))**3 ! REFERENCE PLEASE (this fucking
1125                                            ! bastard of Golden)
1126     
1127    END SUBROUTINE lim_mp_perm
1128!OLI_CODE   
1129!OLI_CODE #else
1130!OLI_CODE    !!----------------------------------------------------------------------
1131!OLI_CODE    !!   Default option         Dummy Module          No LIM-3 sea-ice model
1132!OLI_CODE    !!----------------------------------------------------------------------
1133!OLI_CODE CONTAINS
1134!OLI_CODE    SUBROUTINE lim_mp_init          ! Empty routine
1135!OLI_CODE    END SUBROUTINE lim_mp_init   
1136!OLI_CODE    SUBROUTINE lim_mp               ! Empty routine
1137!OLI_CODE    END SUBROUTINE lim_mp
1138!OLI_CODE    SUBROUTINE compute_mp_topo      ! Empty routine
1139!OLI_CODE    END SUBROUTINE compute_mp_topo       
1140!OLI_CODE    SUBROUTINE pond_area            ! Empty routine
1141!OLI_CODE    END SUBROUTINE pond_area   
1142!OLI_CODE    SUBROUTINE calc_hpond           ! Empty routine
1143!OLI_CODE    END SUBROUTINE calc_hpond   
1144!OLI_CODE    SUBROUTINE permeability_phy     ! Empty routine
1145!OLI_CODE    END SUBROUTINE permeability_phy   
1146!OLI_CODE #endif
1147!OLI_CODE    !!======================================================================
1148!OLI_CODE END MODULE limmp_topo
1149
1150
[7293]1151!OLI_CODE MODULE limmp_topo
1152!OLI_CODE    !!======================================================================
1153!OLI_CODE    !!                       ***  MODULE limmp_topo ***
1154!OLI_CODE    !! LIM-3 sea-ice :  computation of melt ponds' properties
1155!OLI_CODE    !!======================================================================
1156!OLI_CODE    !! History :  Original code by Daniela Flocco and Adrian Turner
1157!OLI_CODE    !!            ! 2012-09 (O. Lecomte) Adaptation for routine inclusion in
1158!OLI_CODE    !!                      NEMO-LIM3.1
1159!OLI_CODE    !!            ! 2016-11 (O. Lecomte, C. Rousset, M. Vancoppenolle)
1160!OLI_CODE    !!                      Adaptation for merge with NEMO-LIM3.6
1161!OLI_CODE    !!----------------------------------------------------------------------
1162!OLI_CODE #if defined key_lim3
1163!OLI_CODE    !!----------------------------------------------------------------------
1164!OLI_CODE    !!   'key_lim3'                                      LIM-3 sea-ice model
1165!OLI_CODE    !!----------------------------------------------------------------------
1166!OLI_CODE    !!   lim_mp_init     : melt pond properties initialization
1167!OLI_CODE    !!   lim_mp          : melt pond routine caller
1168!OLI_CODE    !!   compute_mp_topo : Actual melt pond routine
1169!OLI_CODE    !!----------------------------------------------------------------------
1170!OLI_CODE    USE ice_oce, ONLY: rdt_ice, tatm_ice
1171!OLI_CODE    USE phycst
1172!OLI_CODE    USE dom_ice
1173!OLI_CODE    USE dom_oce
1174!OLI_CODE    USE sbc_oce
1175!OLI_CODE    USE sbc_ice
1176!OLI_CODE    USE par_ice
1177!OLI_CODE    USE par_oce
1178!OLI_CODE    USE ice
1179!OLI_CODE    USE thd_ice
1180!OLI_CODE    USE in_out_manager
1181!OLI_CODE    USE lbclnk
1182!OLI_CODE    USE lib_mpp
1183!OLI_CODE
1184!OLI_CODE    IMPLICIT NONE
1185!OLI_CODE    PRIVATE
1186!OLI_CODE
1187!OLI_CODE    PUBLIC   lim_mp_init
1188!OLI_CODE    PUBLIC   lim_mp
1189!OLI_CODE
1190!OLI_CODE CONTAINS
1191!OLI_CODE
1192!OLI_CODE    SUBROUTINE lim_mp_init
1193!OLI_CODE       !!-------------------------------------------------------------------
1194!OLI_CODE       !!                ***  ROUTINE lim_mp_init  ***
1195!OLI_CODE       !!
1196!OLI_CODE       !! ** Purpose :   Initialize melt ponds
1197!OLI_CODE       !!-------------------------------------------------------------------
1198!OLI_CODE       a_ip_frac(:,:,:)    = 0._wp
1199!OLI_CODE       a_ip(:,:,:)         = 0._wp
1200!OLI_CODE       h_ip(:,:,:)         = 0._wp
1201!OLI_CODE       v_ip(:,:,:)         = 0._wp
1202!OLI_CODE       h_il(:,:,:)         = 0._wp
1203!OLI_CODE       v_il(:,:,:)         = 0._wp
1204!OLI_CODE         
1205!OLI_CODE    END SUBROUTINE lim_mp_init
1206!OLI_CODE
1207!OLI_CODE
1208!OLI_CODE    SUBROUTINE lim_mp
1209!OLI_CODE       !!-------------------------------------------------------------------
1210!OLI_CODE       !!                ***  ROUTINE lim_mp  ***
1211!OLI_CODE       !!
1212!OLI_CODE       !! ** Purpose :   Compute surface heat flux and call main melt pond
1213!OLI_CODE       !!                routine
1214!OLI_CODE       !!-------------------------------------------------------------------
1215!OLI_CODE
1216!OLI_CODE       INTEGER  ::   ji, jj, jl   ! dummy loop indices
1217!OLI_CODE
1218!OLI_CODE       fsurf(:,:) = 0.e0
1219!OLI_CODE       DO jl = 1, jpl
1220!OLI_CODE          DO jj = 1, jpj
1221!OLI_CODE             DO ji = 1, jpi
1222!OLI_CODE                fsurf(ji,jj) = fsurf(ji,jj) + a_i(ji,jj,jl) * &
1223!OLI_CODE                      (qns_ice(ji,jj,jl) + (1.0 - izero(ji,jj,jl)) &
1224!OLI_CODE                        * qsr_ice(ji,jj,jl))
1225!OLI_CODE             END DO
1226!OLI_CODE          END DO
1227!OLI_CODE       END DO
1228!OLI_CODE
1229!OLI_CODE       CALL compute_mp_topo(at_i, a_i,                               &
1230!OLI_CODE                          vt_i, v_i, v_s, rhosn_glo, t_i, s_i, a_ip_frac,  &
1231!OLI_CODE                       h_ip, h_il, t_su, tatm_ice, diag_sur_me*rdt_ice, &
1232!OLI_CODE                          fsurf, fwoc)
1233!OLI_CODE
1234!OLI_CODE       at_ip(:,:) = 0.0
1235!OLI_CODE       vt_ip(:,:) = 0.0
1236!OLI_CODE       vt_il(:,:) = 0.0
1237!OLI_CODE       DO jl = 1, jpl
1238!OLI_CODE         DO jj = 1, jpj
1239!OLI_CODE            DO ji = 1, jpi
1240!OLI_CODE               a_ip(ji,jj,jl) = MAX(0.0_wp, a_ip_frac(ji,jj,jl) * &
1241!OLI_CODE                                                   a_i(ji,jj,jl))
1242!OLI_CODE               v_ip(ji,jj,jl) = MAX(0.0_wp, a_ip_frac(ji,jj,jl) * &
1243!OLI_CODE                                   a_i(ji,jj,jl) * h_ip(ji,jj,jl))
1244!OLI_CODE               v_il(ji,jj,jl) = MAX(0.0_wp, a_ip_frac(ji,jj,jl) * &
1245!OLI_CODE                                   a_i(ji,jj,jl) * h_il(ji,jj,jl))
1246!OLI_CODE               at_ip(ji,jj)   = at_ip(ji,jj) + a_ip(ji,jj,jl)
1247!OLI_CODE               vt_ip(ji,jj)   = vt_ip(ji,jj) + v_ip(ji,jj,jl)
1248!OLI_CODE               vt_il(ji,jj)   = vt_il(ji,jj) + v_il(ji,jj,jl)
1249!OLI_CODE            END DO
1250!OLI_CODE         END DO
1251!OLI_CODE       END DO
1252!OLI_CODE
1253!OLI_CODE    END SUBROUTINE lim_mp
1254!OLI_CODE
1255!OLI_CODE
1256!OLI_CODE    SUBROUTINE compute_mp_topo(aice,      aicen,     &
1257!OLI_CODE                               vice,      vicen,     &
1258!OLI_CODE                               vsnon,     rhos,      &
1259!OLI_CODE                               ticen,     salin,     &
1260!OLI_CODE                               a_ip_frac, h_ip,      &
1261!OLI_CODE                               h_il,      Tsfc,      &
1262!OLI_CODE                               potT,      meltt,     &
1263!OLI_CODE                               fsurf,     fwoc)
1264!OLI_CODE       !!-------------------------------------------------------------------
1265!OLI_CODE       !!                ***  ROUTINE compute_mp_topo  ***
1266!OLI_CODE       !!
1267!OLI_CODE       !! ** Purpose :   Compute melt pond evolution based on the ice
1268!OLI_CODE       !!                topography as inferred from the ice thickness
1269!OLI_CODE       !!                distribution. 
1270!OLI_CODE       !!
1271!OLI_CODE       !! ** Method  :   This code is initially based on Flocco and Feltham
1272!OLI_CODE       !!                (2007) and Flocco et al. (2010). More to come...
1273!OLI_CODE       !!
1274!OLI_CODE       !! ** Tunable parameters :
1275!OLI_CODE       !!
1276!OLI_CODE       !! ** Note :
1277!OLI_CODE       !!
1278!OLI_CODE       !! ** References
1279!OLI_CODE       !!    Flocco, D. and D. L. Feltham, 2007.  A continuum model of melt pond
1280!OLI_CODE       !!    evolution on Arctic sea ice.  J. Geophys. Res. 112, C08016, doi:
1281!OLI_CODE       !!    10.1029/2006JC003836.
1282!OLI_CODE       !!    Flocco, D., D. L. Feltham and A. K. Turner, 2010.  Incorporation of
1283!OLI_CODE       !!    a physically based melt pond scheme into the sea ice component of a
1284!OLI_CODE       !!    climate model.  J. Geophys. Res. 115, C08012,
1285!OLI_CODE       !!    doi: 10.1029/2009JC005568.
1286!OLI_CODE       !!   
1287!OLI_CODE       !!-------------------------------------------------------------------
1288!OLI_CODE
1289!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj), &
1290!OLI_CODE          INTENT(IN) :: &
1291!OLI_CODE          aice, &    ! total ice area fraction
1292!OLI_CODE          vice       ! total ice volume (m)
1293!OLI_CODE
1294!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj,jpl), &
1295!OLI_CODE          INTENT(IN) :: &
1296!OLI_CODE          aicen, &   ! ice area fraction, per category
1297!OLI_CODE          vsnon, &   ! snow volume, per category (m)
1298!OLI_CODE          rhos,  &   ! equivalent snow density, per category (kg/m^3)
1299!OLI_CODE          vicen      ! ice volume, per category (m)
1300!OLI_CODE
1301!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj,nlay_i,jpl), &
1302!OLI_CODE          INTENT(IN) :: &
1303!OLI_CODE          ticen, &   ! ice enthalpy, per category
1304!OLI_CODE          salin
1305!OLI_CODE
1306!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj,jpl), &
1307!OLI_CODE          INTENT(INOUT) :: &
1308!OLI_CODE          a_ip_frac , &   ! pond area fraction of ice, per ice category
1309!OLI_CODE          h_ip , &   ! pond depth, per ice category (m)
1310!OLI_CODE          h_il       ! Refrozen ice lid thickness, per ice category (m)
1311!OLI_CODE
1312!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj), &
1313!OLI_CODE          INTENT(IN) :: &
1314!OLI_CODE          potT,  &   ! air potential temperature
1315!OLI_CODE          meltt, &   ! total surface meltwater flux
1316!OLI_CODE          fsurf      ! thermodynamic heat flux at ice/snow surface (W/m^2)
1317!OLI_CODE
1318!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj), &
1319!OLI_CODE          INTENT(INOUT) :: &
1320!OLI_CODE          fwoc      ! fresh water flux to the ocean (from draining and other pond volume adjustments)
1321!OLI_CODE                    ! (m)
1322!OLI_CODE
1323!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj,jpl), &
1324!OLI_CODE          INTENT(IN) :: &
1325!OLI_CODE          Tsfc       ! snow/sea ice surface temperature
1326!OLI_CODE
1327!OLI_CODE       ! local variables
1328!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj,jpl) :: &
1329!OLI_CODE          zTsfcn, & ! ice/snow surface temperature (C)
1330!OLI_CODE          zvolpn, & ! pond volume per unit area, per category (m)
1331!OLI_CODE          zvuin     ! water-equivalent volume of ice lid on melt pond ('upper ice', m)
1332!OLI_CODE
1333!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj,jpl) :: &
1334!OLI_CODE          zapondn,& ! pond area fraction, per category
1335!OLI_CODE          zhpondn   ! pond depth, per category (m)
1336!OLI_CODE
1337!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION (jpi,jpj) :: &
1338!OLI_CODE          zvolp       ! total volume of pond, per unit area of pond (m)
1339!OLI_CODE
1340!OLI_CODE       REAL (wp) :: &
1341!OLI_CODE          zhi,    & ! ice thickness (m)
1342!OLI_CODE          zdHui,  & ! change in thickness of ice lid (m)
1343!OLI_CODE          zomega, & ! conduction
1344!OLI_CODE          zdTice, & ! temperature difference across ice lid (C)
1345!OLI_CODE          zdvice, & ! change in ice volume (m)
1346!OLI_CODE          zTavg,  & ! mean surface temperature across categories (C)
1347!OLI_CODE          zTp,    & ! pond freezing temperature (C)
1348!OLI_CODE          zdvn      ! change in melt pond volume for fresh water budget
1349!OLI_CODE       INTEGER, DIMENSION (jpi*jpj) :: &
1350!OLI_CODE          indxi, indxj    ! compressed indices for cells with ice melting
1351!OLI_CODE
1352!OLI_CODE       INTEGER :: n,k,i,j,ij,icells,indxij ! loop indices
1353!OLI_CODE
1354!OLI_CODE       INTEGER, DIMENSION (jpl) :: &
1355!OLI_CODE          kcells          ! cells where ice lid combines with vice
1356!OLI_CODE
1357!OLI_CODE       INTEGER, DIMENSION (jpi*jpj,jpl) :: &
1358!OLI_CODE          indxii, indxjj  ! i,j indices for kcells loop
1359!OLI_CODE
1360!OLI_CODE       REAL (wp), parameter :: &
1361!OLI_CODE          zhicemin  = 0.1_wp , & ! minimum ice thickness with ponds (m)
1362!OLI_CODE          zTd       = 0.15_wp, & ! temperature difference for freeze-up (C)
1363!OLI_CODE          zr1_rlfus = 1._wp / 0.334e+6 / 917._wp , & ! (J/m^3)
1364!OLI_CODE          zmin_volp = 1.e-4_wp, & ! minimum pond volume (m)
1365!OLI_CODE          z0       = 0._wp,    &
1366!OLI_CODE          zTimelt   = 0._wp,    &
1367!OLI_CODE          z01      = 0.01_wp,  &
1368!OLI_CODE          z25      = 0.25_wp,  &
1369!OLI_CODE          z5       = 0.5_wp,   &
[7325]1370!OLI_CODE          epsi10     = 1.0e-11_wp
[7293]1371!OLI_CODE       !---------------------------------------------------------------
1372!OLI_CODE       ! initialize
1373!OLI_CODE       !---------------------------------------------------------------
1374!OLI_CODE
1375!OLI_CODE       DO j = 1, jpj
1376!OLI_CODE          DO i = 1, jpi
1377!OLI_CODE             zvolp(i,j) = z0
1378!OLI_CODE          END DO
1379!OLI_CODE       END DO
1380!OLI_CODE       DO n = 1, jpl
1381!OLI_CODE          DO j = 1, jpj
1382!OLI_CODE             DO i = 1, jpi
1383!OLI_CODE                ! load tracers
1384!OLI_CODE                zvolp(i,j) = zvolp(i,j) + h_ip(i,j,n) &
1385!OLI_CODE                                      * a_ip_frac(i,j,n) * aicen(i,j,n)
1386!OLI_CODE                zTsfcn(i,j,n) = Tsfc(i,j,n) - rtt ! convert in Celsius - Oli
1387!OLI_CODE                zvuin (i,j,n) = h_il(i,j,n) &
1388!OLI_CODE                             * a_ip_frac(i,j,n) * aicen(i,j,n)
1389!OLI_CODE
1390!OLI_CODE                zhpondn(i,j,n) = z0     ! pond depth, per category
1391!OLI_CODE                zapondn(i,j,n) = z0     ! pond area,  per category
1392!OLI_CODE             END DO
1393!OLI_CODE          END DO
1394!OLI_CODE          indxii(:,n) = 0
1395!OLI_CODE          indxjj(:,n) = 0
1396!OLI_CODE          kcells  (n) = 0
1397!OLI_CODE       END DO
1398!OLI_CODE
1399!OLI_CODE       ! The freezing temperature for meltponds is assumed slightly below 0C,
1400!OLI_CODE       ! as if meltponds had a little salt in them.  The salt budget is not
1401!OLI_CODE       ! altered for meltponds, but if it were then an actual pond freezing
1402!OLI_CODE       ! temperature could be computed.
1403!OLI_CODE
1404!OLI_CODE       zTp = zTimelt - zTd
1405!OLI_CODE
1406!OLI_CODE       !-----------------------------------------------------------------
1407!OLI_CODE       ! Identify grid cells with ponds
1408!OLI_CODE       !-----------------------------------------------------------------
1409!OLI_CODE
1410!OLI_CODE       icells = 0
1411!OLI_CODE       DO j = 1, jpj
1412!OLI_CODE       DO i = 1, jpi
1413!OLI_CODE          zhi = z0
[7325]1414!OLI_CODE          IF (aice(i,j) > epsi10) zhi = vice(i,j)/aice(i,j)
[7293]1415!OLI_CODE          IF ( aice(i,j) > z01 .and. zhi > zhicemin .and. &
1416!OLI_CODE             zvolp(i,j) > zmin_volp*aice(i,j)) THEN
1417!OLI_CODE             icells = icells + 1
1418!OLI_CODE             indxi(icells) = i
1419!OLI_CODE             indxj(icells) = j
1420!OLI_CODE          ELSE  ! remove ponds on thin ice
1421!OLI_CODE             !fpond(i,j) = fpond(i,j) - zvolp(i,j)
1422!OLI_CODE             zvolpn(i,j,:) = z0
1423!OLI_CODE             zvuin (i,j,:) = z0
1424!OLI_CODE             zvolp (i,j) = z0
1425!OLI_CODE          END IF
1426!OLI_CODE       END DO                     ! i
1427!OLI_CODE       END DO                     ! j
1428!OLI_CODE
1429!OLI_CODE       DO ij = 1, icells
1430!OLI_CODE          i = indxi(ij)
1431!OLI_CODE          j = indxj(ij)
1432!OLI_CODE
1433!OLI_CODE          !--------------------------------------------------------------
1434!OLI_CODE          ! calculate pond area and depth
1435!OLI_CODE          !--------------------------------------------------------------
1436!OLI_CODE          CALL pond_area(aice(i,j),vice(i,j),rhos(i,j,:), &
1437!OLI_CODE                    aicen(i,j,:), vicen(i,j,:), vsnon(i,j,:), &
1438!OLI_CODE                    ticen(i,j,:,:), salin(i,j,:,:), &
1439!OLI_CODE                    zvolpn(i,j,:), zvolp(i,j), &
1440!OLI_CODE                    zapondn(i,j,:),zhpondn(i,j,:), zdvn)
1441!OLI_CODE
1442!OLI_CODE          fwoc(i,j) = fwoc(i,j) + zdvn ! -> Goes to fresh water budget
1443!OLI_CODE
1444!OLI_CODE          ! mean surface temperature
1445!OLI_CODE          zTavg = z0
1446!OLI_CODE          DO n = 1, jpl
1447!OLI_CODE             zTavg = zTavg + zTsfcn(i,j,n)*aicen(i,j,n)
1448!OLI_CODE          END DO
1449!OLI_CODE          zTavg = zTavg / aice(i,j)
1450!OLI_CODE
1451!OLI_CODE          DO n = 1, jpl-1
1452!OLI_CODE                       
[7325]1453!OLI_CODE             IF (zvuin(i,j,n) > epsi10) THEN
[7293]1454!OLI_CODE
1455!OLI_CODE          !----------------------------------------------------------------
1456!OLI_CODE          ! melting: floating upper ice layer melts in whole or part
1457!OLI_CODE          !----------------------------------------------------------------
1458!OLI_CODE !               IF (zTsfcn(i,j,n) > zTp) THEN
1459!OLI_CODE                IF (zTavg > zTp) THEN
1460!OLI_CODE
1461!OLI_CODE                   zdvice = min(meltt(i,j)*zapondn(i,j,n), zvuin(i,j,n))
[7325]1462!OLI_CODE                   IF (zdvice > epsi10) THEN
[7293]1463!OLI_CODE                      zvuin (i,j,n) = zvuin (i,j,n) - zdvice
1464!OLI_CODE                      zvolpn(i,j,n) = zvolpn(i,j,n) + zdvice
1465!OLI_CODE                      zvolp (i,j)   = zvolp (i,j)   + zdvice
1466!OLI_CODE                      !fwoc(i,j)   = fwoc(i,j)   + zdvice
1467!OLI_CODE                       
[7325]1468!OLI_CODE                      IF (zvuin(i,j,n) < epsi10 .and. zvolpn(i,j,n) > puny) THEN
[7293]1469!OLI_CODE                         ! ice lid melted and category is pond covered
1470!OLI_CODE                         zvolpn(i,j,n) = zvolpn(i,j,n) + zvuin(i,j,n)
1471!OLI_CODE                         !fwoc(i,j)   = fwoc(i,j)   + zvuin(i,j,n)
1472!OLI_CODE                         zvuin(i,j,n)  = z0
1473!OLI_CODE                      END IF
1474!OLI_CODE                      zhpondn(i,j,n) = zvolpn(i,j,n) / zapondn(i,j,n)
1475!OLI_CODE                   END IF
1476!OLI_CODE
1477!OLI_CODE          !----------------------------------------------------------------
1478!OLI_CODE          ! freezing: existing upper ice layer grows
1479!OLI_CODE          !----------------------------------------------------------------
[7325]1480!OLI_CODE                ELSE IF (zvolpn(i,j,n) > epsi10) THEN ! zTavg <= zTp
[7293]1481!OLI_CODE
1482!OLI_CODE                 ! dIFferential growth of base of surface floating ice layer
1483!OLI_CODE                   zdTice = max(-zTavg, z0) ! > 0
1484!OLI_CODE                   zomega = rcdic*zdTice * zr1_rlfus
1485!OLI_CODE                   zdHui = sqrt(zomega*rdt_ice + z25*(zvuin(i,j,n)/  &
1486!OLI_CODE                         aicen(i,j,n))**2)- z5 * zvuin(i,j,n)/aicen(i,j,n)
1487!OLI_CODE
1488!OLI_CODE                   zdvice = min(zdHui*zapondn(i,j,n), zvolpn(i,j,n))   
[7325]1489!OLI_CODE                   IF (zdvice > epsi10) THEN
[7293]1490!OLI_CODE                      zvuin (i,j,n) = zvuin (i,j,n) + zdvice
1491!OLI_CODE                      zvolpn(i,j,n) = zvolpn(i,j,n) - zdvice
1492!OLI_CODE                      zvolp (i,j)   = zvolp (i,j)   - zdvice
1493!OLI_CODE                      !fwoc(i,j)   = fwoc(i,j)   - zdvice
1494!OLI_CODE                      zhpondn(i,j,n) = zvolpn(i,j,n) / zapondn(i,j,n)
1495!OLI_CODE                   END IF
1496!OLI_CODE
1497!OLI_CODE                END IF ! zTavg
1498!OLI_CODE
1499!OLI_CODE          !----------------------------------------------------------------
1500!OLI_CODE          ! freezing: upper ice layer begins to form
1501!OLI_CODE          ! note: albedo does not change
1502!OLI_CODE          !----------------------------------------------------------------
[7325]1503!OLI_CODE             ELSE ! zvuin < epsi10
[7293]1504!OLI_CODE                     
1505!OLI_CODE                ! thickness of newly formed ice
1506!OLI_CODE                ! the surface temperature of a meltpond is the same as that
1507!OLI_CODE                ! of the ice underneath (0C), and the thermodynamic surface
1508!OLI_CODE                ! flux is the same
1509!OLI_CODE                zdHui = max(-fsurf(i,j)*rdt_ice*zr1_rlfus, z0)
1510!OLI_CODE                zdvice = min(zdHui*zapondn(i,j,n), zvolpn(i,j,n)) 
[7325]1511!OLI_CODE                IF (zdvice > epsi10) THEN
[7293]1512!OLI_CODE                   zvuin (i,j,n) = zdvice
1513!OLI_CODE                   zvolpn(i,j,n) = zvolpn(i,j,n) - zdvice
1514!OLI_CODE                   zvolp (i,j)   = zvolp (i,j)   - zdvice
1515!OLI_CODE                   !fwoc(i,j)   = fwoc(i,j)   - zdvice
1516!OLI_CODE                   zhpondn(i,j,n)= zvolpn(i,j,n) / zapondn(i,j,n)
1517!OLI_CODE                END IF
1518!OLI_CODE                     
1519!OLI_CODE             END IF  ! zvuin
1520!OLI_CODE
1521!OLI_CODE          END DO ! jpl
1522!OLI_CODE
1523!OLI_CODE       END DO ! ij
1524!OLI_CODE
1525!OLI_CODE       !---------------------------------------------------------------
1526!OLI_CODE       ! remove ice lid if there is no liquid pond
1527!OLI_CODE       ! zvuin may be nonzero on category jpl due to dynamics
1528!OLI_CODE       !---------------------------------------------------------------
1529!OLI_CODE
1530!OLI_CODE       DO j = 1, jpj
1531!OLI_CODE       DO i = 1, jpi
1532!OLI_CODE          DO n = 1, jpl
[7325]1533!OLI_CODE             IF (aicen(i,j,n) > epsi10 .and. zvolpn(i,j,n) < puny &
1534!OLI_CODE                                     .and. zvuin (i,j,n) > epsi10) THEN
[7293]1535!OLI_CODE                kcells(n) = kcells(n) + 1
1536!OLI_CODE                indxij    = kcells(n)
1537!OLI_CODE                indxii(indxij,n) = i
1538!OLI_CODE                indxjj(indxij,n) = j
1539!OLI_CODE             END IF
1540!OLI_CODE          END DO
1541!OLI_CODE       END DO                     ! i
1542!OLI_CODE       END DO                     ! j
1543!OLI_CODE
1544!OLI_CODE       DO n = 1, jpl
1545!OLI_CODE
1546!OLI_CODE          IF (kcells(n) > 0) THEN
1547!OLI_CODE          DO ij = 1, kcells(n)
1548!OLI_CODE             i = indxii(ij,n)
1549!OLI_CODE             j = indxjj(ij,n)
1550!OLI_CODE             fwoc(i,j) = fwoc(i,j) + rhoic/rauw * zvuin(i,j,n) ! Completely refrozen lid goes into ocean (to be changed)
1551!OLI_CODE             zvuin(i,j,n) = z0
1552!OLI_CODE          END DO    ! ij
1553!OLI_CODE          END IF
1554!OLI_CODE
1555!OLI_CODE          ! reload tracers
1556!OLI_CODE          DO j = 1, jpj
1557!OLI_CODE             DO i = 1, jpi
[7325]1558!OLI_CODE                IF (zapondn(i,j,n) > epsi10) THEN
[7293]1559!OLI_CODE                   h_il(i,j,n) = zvuin(i,j,n) / zapondn(i,j,n)
1560!OLI_CODE                ELSE
1561!OLI_CODE                   zvuin(i,j,n) = z0
1562!OLI_CODE                   h_il(i,j,n) = z0
1563!OLI_CODE                END IF
[7325]1564!OLI_CODE                IF (aicen(i,j,n) > epsi10) THEN
[7293]1565!OLI_CODE                   a_ip_frac(i,j,n) = zapondn(i,j,n) / aicen(i,j,n) * &
1566!OLI_CODE                         (1.0_wp - MAX(z0, SIGN(1.0_wp, -zvolpn(i,j,n))))
1567!OLI_CODE                   h_ip(i,j,n) = zhpondn(i,j,n)
1568!OLI_CODE                ELSE
1569!OLI_CODE                   a_ip_frac(i,j,n) = z0
1570!OLI_CODE                   h_ip(i,j,n) = z0
1571!OLI_CODE                   h_il(i,j,n) = z0
1572!OLI_CODE                END IF
1573!OLI_CODE             END DO ! i
1574!OLI_CODE          END DO    ! j
1575!OLI_CODE
1576!OLI_CODE       END DO       ! n
1577!OLI_CODE
1578!OLI_CODE    END SUBROUTINE compute_mp_topo
1579!OLI_CODE
1580!OLI_CODE
1581!OLI_CODE    SUBROUTINE pond_area(aice,vice,rhos,             &
1582!OLI_CODE                         aicen, vicen, vsnon, ticen, &
1583!OLI_CODE                         salin, zvolpn, zvolp,         &
1584!OLI_CODE                         zapondn,zhpondn,dvolp)
1585!OLI_CODE       !!-------------------------------------------------------------------
1586!OLI_CODE       !!                ***  ROUTINE pond_area  ***
1587!OLI_CODE       !!
1588!OLI_CODE       !! ** Purpose :   Compute melt pond area, depth and melting rates
1589!OLI_CODE       !!------------------------------------------------------------------
1590!OLI_CODE       REAL (wp), INTENT(IN) :: &
1591!OLI_CODE          aice,vice
1592!OLI_CODE
1593!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION(jpl), INTENT(IN) :: &
1594!OLI_CODE          aicen, vicen, vsnon, rhos
1595!OLI_CODE
1596!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION(nlay_i,jpl), INTENT(IN) :: &
1597!OLI_CODE          ticen, salin
1598!OLI_CODE
1599!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION(jpl), INTENT(INOUT) :: &
1600!OLI_CODE          zvolpn
1601!OLI_CODE
1602!OLI_CODE       REAL (wp), INTENT(INOUT) :: &
1603!OLI_CODE          zvolp, dvolp
1604!OLI_CODE
1605!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION(jpl), INTENT(OUT) :: &
1606!OLI_CODE          zapondn, zhpondn
1607!OLI_CODE
1608!OLI_CODE       INTEGER :: &
1609!OLI_CODE          n, ns,   &
1610!OLI_CODE          m_index, &
1611!OLI_CODE          permflag
1612!OLI_CODE
1613!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION(jpl) :: &
1614!OLI_CODE          hicen, &
1615!OLI_CODE          hsnon, &
1616!OLI_CODE          asnon, &
1617!OLI_CODE          alfan, &
1618!OLI_CODE          betan, &
1619!OLI_CODE          cum_max_vol, &
1620!OLI_CODE          reduced_aicen       
1621!OLI_CODE
1622!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION(0:jpl) :: &
1623!OLI_CODE          cum_max_vol_tmp
1624!OLI_CODE
1625!OLI_CODE       REAL (wp) :: &
1626!OLI_CODE          hpond, &
1627!OLI_CODE          drain, &
1628!OLI_CODE          floe_weight, &
1629!OLI_CODE          pressure_head, &
1630!OLI_CODE          hsl_rel, &
1631!OLI_CODE          deltah, &
1632!OLI_CODE          perm, &
1633!OLI_CODE          apond, &
1634!OLI_CODE          msno
1635!OLI_CODE
1636!OLI_CODE       REAL (wp), parameter :: &
1637!OLI_CODE          viscosity = 1.79e-3_wp, &  ! kinematic water viscosity in kg/m/s
1638!OLI_CODE          z0        = 0.0_wp    , &
1639!OLI_CODE          c1        = 1.0_wp    , &
1640!OLI_CODE          p4        = 0.4_wp    , &
1641!OLI_CODE          p6        = 0.6_wp    , &
[7325]1642!OLI_CODE          epsi10      = 1.0e-11_wp
[7293]1643!OLI_CODE         
1644!OLI_CODE      !-----------|
1645!OLI_CODE      !           |
1646!OLI_CODE      !           |-----------|
1647!OLI_CODE      !___________|___________|______________________________________sea-level
1648!OLI_CODE      !           |           |
1649!OLI_CODE      !           |           |---^--------|
1650!OLI_CODE      !           |           |   |        |
1651!OLI_CODE      !           |           |   |        |-----------|              |-------
1652!OLI_CODE      !           |           |   |alfan(n)|           |              |
1653!OLI_CODE      !           |           |   |        |           |--------------|
1654!OLI_CODE      !           |           |   |        |           |              |
1655!OLI_CODE      !---------------------------v-------------------------------------------
1656!OLI_CODE      !           |           |   ^        |           |              |
1657!OLI_CODE      !           |           |   |        |           |--------------|
1658!OLI_CODE      !           |           |   |betan(n)|           |              |
1659!OLI_CODE      !           |           |   |        |-----------|              |-------
1660!OLI_CODE      !           |           |   |        |
1661!OLI_CODE      !           |           |---v------- |
1662!OLI_CODE      !           |           |
1663!OLI_CODE      !           |-----------|
1664!OLI_CODE      !           |
1665!OLI_CODE      !-----------|
1666!OLI_CODE     
1667!OLI_CODE       !-------------------------------------------------------------------
1668!OLI_CODE       ! initialize
1669!OLI_CODE       !-------------------------------------------------------------------
1670!OLI_CODE
1671!OLI_CODE       DO n = 1, jpl
1672!OLI_CODE
1673!OLI_CODE          zapondn(n) = z0
1674!OLI_CODE          zhpondn(n) = z0
1675!OLI_CODE
[7325]1676!OLI_CODE          IF (aicen(n) < epsi10)  THEN
[7293]1677!OLI_CODE             hicen(n) =  z0
1678!OLI_CODE             hsnon(n) = z0
1679!OLI_CODE             reduced_aicen(n) = z0
1680!OLI_CODE          ELSE
1681!OLI_CODE             hicen(n) = vicen(n) / aicen(n)
1682!OLI_CODE             hsnon(n) = vsnon(n) / aicen(n)
1683!OLI_CODE             reduced_aicen(n) = c1 ! n=jpl
1684!OLI_CODE             IF (n < jpl) reduced_aicen(n) = aicen(n) &
1685!OLI_CODE                                  * (-0.024_wp*hicen(n) + 0.832_wp)
1686!OLI_CODE             asnon(n) = reduced_aicen(n)
1687!OLI_CODE          END IF
1688!OLI_CODE
1689!OLI_CODE ! This choice for alfa and beta ignores hydrostatic equilibium of categories.
1690!OLI_CODE ! Hydrostatic equilibium of the entire ITD is accounted for below, assuming
1691!OLI_CODE ! a surface topography implied by alfa=0.6 and beta=0.4, and rigidity across all
1692!OLI_CODE ! categories.  alfa and beta partition the ITD - they are areas not thicknesses!
1693!OLI_CODE ! Multiplying by hicen, alfan and betan (below) are thus volumes per unit area.
1694!OLI_CODE ! Here, alfa = 60% of the ice area (and since hice is constant in a category,
1695!OLI_CODE ! alfan = 60% of the ice volume) in each category lies above the reference line,
1696!OLI_CODE ! and 40% below. Note: p6 is an arbitrary choice, but alfa+beta=1 is required.
1697!OLI_CODE
1698!OLI_CODE          alfan(n) = p6 * hicen(n)
1699!OLI_CODE          betan(n) = p4 * hicen(n)
1700!OLI_CODE       
1701!OLI_CODE          cum_max_vol(n)     = z0
1702!OLI_CODE          cum_max_vol_tmp(n) = z0
1703!OLI_CODE     
1704!OLI_CODE       END DO ! jpl
1705!OLI_CODE
1706!OLI_CODE       cum_max_vol_tmp(0) = z0
1707!OLI_CODE       drain = z0
1708!OLI_CODE       dvolp = z0
1709!OLI_CODE     
1710!OLI_CODE       !--------------------------------------------------------------------------
1711!OLI_CODE       ! the maximum amount of water that can be contained up to each ice category
1712!OLI_CODE       !--------------------------------------------------------------------------
1713!OLI_CODE     
1714!OLI_CODE       DO n = 1, jpl-1 ! last category can not hold any volume
1715!OLI_CODE
1716!OLI_CODE          IF (alfan(n+1) >= alfan(n) .and. alfan(n+1) > z0) THEN
1717!OLI_CODE
1718!OLI_CODE             ! total volume in level including snow
1719!OLI_CODE             cum_max_vol_tmp(n) = cum_max_vol_tmp(n-1) + &
1720!OLI_CODE                (alfan(n+1) - alfan(n)) * sum(reduced_aicen(1:n))
1721!OLI_CODE
1722!OLI_CODE
1723!OLI_CODE             ! subtract snow solid volumes from lower categories in current level
1724!OLI_CODE             DO ns = 1, n
1725!OLI_CODE                cum_max_vol_tmp(n) = cum_max_vol_tmp(n) &
1726!OLI_CODE                   - rhos(ns)/rauw  * &    ! fraction of snow that is occupied by solid ??rauw
1727!OLI_CODE                     asnon(ns)  * &    ! area of snow from that category
1728!OLI_CODE                     max(min(hsnon(ns)+alfan(ns)-alfan(n), alfan(n+1)- &
1729!OLI_CODE                                   alfan(n)), z0) 
1730!OLI_CODE                                       ! thickness of snow from ns layer in n layer
1731!OLI_CODE             END DO
1732!OLI_CODE
1733!OLI_CODE          ELSE ! assume higher categories unoccupied
1734!OLI_CODE             cum_max_vol_tmp(n) = cum_max_vol_tmp(n-1)
1735!OLI_CODE          END IF
1736!OLI_CODE          !IF (cum_max_vol_tmp(n) < z0) THEN
1737!OLI_CODE          !   call abort_ice('negative melt pond volume')
1738!OLI_CODE          !END IF
1739!OLI_CODE       END DO
1740!OLI_CODE       cum_max_vol_tmp(jpl) = cum_max_vol_tmp(jpl-1)  ! last category holds no volume
1741!OLI_CODE       cum_max_vol  (1:jpl) = cum_max_vol_tmp(1:jpl)
1742!OLI_CODE     
1743!OLI_CODE       !----------------------------------------------------------------
1744!OLI_CODE       ! is there more meltwater than can be held in the floe?
1745!OLI_CODE       !----------------------------------------------------------------
1746!OLI_CODE       IF (zvolp >= cum_max_vol(jpl)) THEN
[7325]1747!OLI_CODE          drain = zvolp - cum_max_vol(jpl) + epsi10
[7293]1748!OLI_CODE          zvolp = zvolp - drain
1749!OLI_CODE          dvolp = drain
[7325]1750!OLI_CODE          IF (zvolp < epsi10) THEN
[7293]1751!OLI_CODE             dvolp = dvolp + zvolp
1752!OLI_CODE             zvolp = z0
1753!OLI_CODE          END IF
1754!OLI_CODE       END IF
1755!OLI_CODE     
1756!OLI_CODE       ! height and area corresponding to the remaining volume
1757!OLI_CODE
1758!OLI_CODE       call calc_hpond(reduced_aicen, asnon, hsnon, rhos, alfan, &
1759!OLI_CODE            zvolp, cum_max_vol, hpond, m_index)
1760!OLI_CODE     
1761!OLI_CODE       DO n=1, m_index
1762!OLI_CODE          zhpondn(n) = hpond - alfan(n) + alfan(1)
1763!OLI_CODE          zapondn(n) = reduced_aicen(n)
1764!OLI_CODE       END DO
1765!OLI_CODE       apond = sum(zapondn(1:m_index))
1766!OLI_CODE     
1767!OLI_CODE       !------------------------------------------------------------------------
1768!OLI_CODE       ! drainage due to ice permeability - Darcy's law
1769!OLI_CODE       !------------------------------------------------------------------------
1770!OLI_CODE     
1771!OLI_CODE       ! sea water level
1772!OLI_CODE       msno = z0
1773!OLI_CODE       DO n=1,jpl
1774!OLI_CODE         msno = msno + vsnon(n) * rhos(n)
1775!OLI_CODE       END DO
1776!OLI_CODE       floe_weight = (msno + rhoic*vice + rau0*zvolp) / aice
1777!OLI_CODE       hsl_rel = floe_weight / rau0 &
1778!OLI_CODE               - ((sum(betan(:)*aicen(:))/aice) + alfan(1))
1779!OLI_CODE     
1780!OLI_CODE       deltah = hpond - hsl_rel
1781!OLI_CODE       pressure_head = grav * rau0 * max(deltah, z0)
1782!OLI_CODE
1783!OLI_CODE       ! drain IF ice is permeable   
1784!OLI_CODE       permflag = 0
1785!OLI_CODE       IF (pressure_head > z0) THEN
1786!OLI_CODE       DO n = 1, jpl-1
1787!OLI_CODE          IF (hicen(n) /= z0) THEN
1788!OLI_CODE             CALL permeability_phi(ticen(:,n), salin(:,n), vicen(n), perm)
1789!OLI_CODE             IF (perm > z0) permflag = 1
1790!OLI_CODE             drain = perm*zapondn(n)*pressure_head*rdt_ice / &
1791!OLI_CODE                                      (viscosity*hicen(n))
1792!OLI_CODE             dvolp = dvolp + min(drain, zvolp)
1793!OLI_CODE             zvolp = max(zvolp - drain, z0)
[7325]1794!OLI_CODE             IF (zvolp < epsi10) THEN
[7293]1795!OLI_CODE                dvolp = dvolp + zvolp
1796!OLI_CODE                zvolp = z0
1797!OLI_CODE             END IF
1798!OLI_CODE          END IF
1799!OLI_CODE       END DO
1800!OLI_CODE 
1801!OLI_CODE       ! adjust melt pond DIMENSIONs
1802!OLI_CODE       IF (permflag > 0) THEN
1803!OLI_CODE          ! recompute pond depth   
1804!OLI_CODE          CALL calc_hpond(reduced_aicen, asnon, hsnon, rhos, alfan, &
1805!OLI_CODE                          zvolp, cum_max_vol, hpond, m_index)
1806!OLI_CODE          DO n=1, m_index
1807!OLI_CODE             zhpondn(n) = hpond - alfan(n) + alfan(1)
1808!OLI_CODE             zapondn(n) = reduced_aicen(n)
1809!OLI_CODE          END DO
1810!OLI_CODE          apond = sum(zapondn(1:m_index))
1811!OLI_CODE       END IF
1812!OLI_CODE       END IF ! pressure_head
1813!OLI_CODE
1814!OLI_CODE       !------------------------------------------------------------------------
1815!OLI_CODE       ! total melt pond volume in category DOes not include snow volume
1816!OLI_CODE       ! snow in melt ponds is not melted
1817!OLI_CODE       !------------------------------------------------------------------------
1818!OLI_CODE
1819!OLI_CODE       ! Calculate pond volume for lower categories
1820!OLI_CODE       DO n=1,m_index-1
1821!OLI_CODE          zvolpn(n) = zapondn(n) * zhpondn(n) &
1822!OLI_CODE                   - (rhos(n)/rauw) * asnon(n) * min(hsnon(n), zhpondn(n))!
1823!OLI_CODE       END DO
1824!OLI_CODE
1825!OLI_CODE       ! Calculate pond volume for highest category = remaining pond volume
1826!OLI_CODE       IF (m_index == 1) zvolpn(m_index) = zvolp
1827!OLI_CODE       IF (m_index > 1) THEN
1828!OLI_CODE         IF (zvolp > sum(zvolpn(1:m_index-1))) THEN
1829!OLI_CODE           zvolpn(m_index) = zvolp - sum(zvolpn(1:m_index-1))
1830!OLI_CODE         ELSE
1831!OLI_CODE           zvolpn(m_index) = z0
1832!OLI_CODE           zhpondn(m_index) = z0
1833!OLI_CODE           zapondn(m_index) = z0
1834!OLI_CODE           ! If remaining pond volume is negative reduce pond volume of
1835!OLI_CODE           ! lower category
[7325]1836!OLI_CODE           IF (zvolp+epsi10 < sum(zvolpn(1:m_index-1))) &
[7293]1837!OLI_CODE             zvolpn(m_index-1) = zvolpn(m_index-1)-sum(zvolpn(1:m_index-1))&
1838!OLI_CODE                                + zvolp
1839!OLI_CODE         END IF
1840!OLI_CODE       END IF
1841!OLI_CODE
1842!OLI_CODE       DO n=1,m_index
[7325]1843!OLI_CODE          IF (zapondn(n) > epsi10) THEN
[7293]1844!OLI_CODE              zhpondn(n) = zvolpn(n) / zapondn(n)
1845!OLI_CODE          ELSE
1846!OLI_CODE             dvolp = dvolp + zvolpn(n)
1847!OLI_CODE             zhpondn(n) = z0
1848!OLI_CODE             zvolpn(n) = z0
1849!OLI_CODE             zapondn(n) = z0
1850!OLI_CODE          end IF
1851!OLI_CODE       END DO
1852!OLI_CODE       DO n = m_index+1, jpl
1853!OLI_CODE          zhpondn(n) = z0
1854!OLI_CODE          zapondn(n) = z0
1855!OLI_CODE          zvolpn (n) = z0
1856!OLI_CODE       END DO
1857!OLI_CODE
1858!OLI_CODE    END SUBROUTINE pond_area
1859!OLI_CODE   
1860!OLI_CODE
1861!OLI_CODE    SUBROUTINE calc_hpond(aicen, asnon, hsnon, rhos, alfan, &
1862!OLI_CODE                          zvolp, cum_max_vol,                &
1863!OLI_CODE                          hpond, m_index)
1864!OLI_CODE       !!-------------------------------------------------------------------
1865!OLI_CODE       !!                ***  ROUTINE calc_hpond  ***
1866!OLI_CODE       !!
1867!OLI_CODE       !! ** Purpose :   Compute melt pond depth
1868!OLI_CODE       !!-------------------------------------------------------------------
1869!OLI_CODE     
1870!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION(jpl), INTENT(IN) :: &
1871!OLI_CODE          aicen, &
1872!OLI_CODE          asnon, &
1873!OLI_CODE          hsnon, &
1874!OLI_CODE          rhos,  &
1875!OLI_CODE          alfan, &
1876!OLI_CODE          cum_max_vol
1877!OLI_CODE     
1878!OLI_CODE       REAL (wp), INTENT(IN) :: &
1879!OLI_CODE          zvolp
1880!OLI_CODE     
1881!OLI_CODE       REAL (wp), INTENT(OUT) :: &
1882!OLI_CODE          hpond
1883!OLI_CODE     
1884!OLI_CODE       INTEGER, INTENT(OUT) :: &
1885!OLI_CODE          m_index
1886!OLI_CODE     
1887!OLI_CODE       INTEGER :: n, ns
1888!OLI_CODE     
1889!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION(0:jpl+1) :: &
1890!OLI_CODE          hitl, &
1891!OLI_CODE          aicetl
1892!OLI_CODE     
1893!OLI_CODE       REAL (wp) :: &
1894!OLI_CODE          rem_vol, &
1895!OLI_CODE          area, &
1896!OLI_CODE          vol, &
1897!OLI_CODE          tmp, &
1898!OLI_CODE          z0   = 0.0_wp,    &   
[7325]1899!OLI_CODE          epsi10 = 1.0e-11_wp
[7293]1900!OLI_CODE     
1901!OLI_CODE       !----------------------------------------------------------------
1902!OLI_CODE       ! hpond is zero if zvolp is zero - have we fully drained?
1903!OLI_CODE       !----------------------------------------------------------------
1904!OLI_CODE     
[7325]1905!OLI_CODE       IF (zvolp < epsi10) THEN
[7293]1906!OLI_CODE        hpond = z0
1907!OLI_CODE        m_index = 0
1908!OLI_CODE       ELSE
1909!OLI_CODE       
1910!OLI_CODE        !----------------------------------------------------------------
1911!OLI_CODE        ! Calculate the category where water fills up to
1912!OLI_CODE        !----------------------------------------------------------------
1913!OLI_CODE       
1914!OLI_CODE        !----------|
1915!OLI_CODE        !          |
1916!OLI_CODE        !          |
1917!OLI_CODE        !          |----------|                                     -- --
1918!OLI_CODE        !__________|__________|_________________________________________ ^
1919!OLI_CODE        !          |          |             rem_vol     ^                | Semi-filled
1920!OLI_CODE        !          |          |----------|-- -- -- - ---|-- ---- -- -- --v layer
1921!OLI_CODE        !          |          |          |              |
1922!OLI_CODE        !          |          |          |              |hpond
1923!OLI_CODE        !          |          |          |----------|   |     |-------
1924!OLI_CODE        !          |          |          |          |   |     |
1925!OLI_CODE        !          |          |          |          |---v-----|
1926!OLI_CODE        !          |          | m_index  |          |         |
1927!OLI_CODE        !-------------------------------------------------------------
1928!OLI_CODE       
1929!OLI_CODE        m_index = 0  ! 1:m_index categories have water in them
1930!OLI_CODE        DO n = 1, jpl
1931!OLI_CODE           IF (zvolp <= cum_max_vol(n)) THEN
1932!OLI_CODE              m_index = n
1933!OLI_CODE              IF (n == 1) THEN
1934!OLI_CODE                 rem_vol = zvolp
1935!OLI_CODE              ELSE
1936!OLI_CODE                 rem_vol = zvolp - cum_max_vol(n-1)
1937!OLI_CODE              END IF
1938!OLI_CODE              exit ! to break out of the loop
1939!OLI_CODE           END IF
1940!OLI_CODE        END DO
1941!OLI_CODE        m_index = min(jpl-1, m_index)
1942!OLI_CODE       
1943!OLI_CODE        !----------------------------------------------------------------
1944!OLI_CODE        ! semi-filled layer may have m_index different snow in it
1945!OLI_CODE        !----------------------------------------------------------------
1946!OLI_CODE       
1947!OLI_CODE        !-----------------------------------------------------------  ^
1948!OLI_CODE        !                                                             |  alfan(m_index+1)
1949!OLI_CODE        !                                                             |
1950!OLI_CODE        !hitl(3)-->                             |----------|          |
1951!OLI_CODE        !hitl(2)-->                |------------| * * * * *|          |
1952!OLI_CODE        !hitl(1)-->     |----------|* * * * * * |* * * * * |          |
1953!OLI_CODE        !hitl(0)-->-------------------------------------------------  |  ^
1954!OLI_CODE        !                various snow from lower categories          |  |alfa(m_index)
1955!OLI_CODE       
1956!OLI_CODE        ! hitl - heights of the snow layers from thinner and current categories
1957!OLI_CODE        ! aicetl - area of each snow depth in this layer
1958!OLI_CODE       
1959!OLI_CODE        hitl(:) = z0
1960!OLI_CODE        aicetl(:) = z0
1961!OLI_CODE        DO n = 1, m_index
1962!OLI_CODE           hitl(n)   = max(min(hsnon(n) + alfan(n) - alfan(m_index), &
1963!OLI_CODE                                  alfan(m_index+1) - alfan(m_index)), z0)
1964!OLI_CODE           aicetl(n) = asnon(n)
1965!OLI_CODE           
1966!OLI_CODE           aicetl(0) = aicetl(0) + (aicen(n) - asnon(n))
1967!OLI_CODE        END DO
1968!OLI_CODE        hitl(m_index+1) = alfan(m_index+1) - alfan(m_index)
1969!OLI_CODE        aicetl(m_index+1) = z0
1970!OLI_CODE       
1971!OLI_CODE        !----------------------------------------------------------------
1972!OLI_CODE        ! reorder array according to hitl
1973!OLI_CODE        ! snow heights not necessarily in height order
1974!OLI_CODE        !----------------------------------------------------------------
1975!OLI_CODE       
1976!OLI_CODE        DO ns = 1, m_index+1
1977!OLI_CODE           DO n = 0, m_index - ns + 1
1978!OLI_CODE              IF (hitl(n) > hitl(n+1)) THEN ! swap order
1979!OLI_CODE                 tmp = hitl(n)
1980!OLI_CODE                 hitl(n) = hitl(n+1)
1981!OLI_CODE                 hitl(n+1) = tmp
1982!OLI_CODE                 tmp = aicetl(n)
1983!OLI_CODE                 aicetl(n) = aicetl(n+1)
1984!OLI_CODE                 aicetl(n+1) = tmp
1985!OLI_CODE              END IF
1986!OLI_CODE           END DO
1987!OLI_CODE        END DO
1988!OLI_CODE       
1989!OLI_CODE        !----------------------------------------------------------------
1990!OLI_CODE        ! divide semi-filled layer into set of sublayers each vertically homogenous
1991!OLI_CODE        !----------------------------------------------------------------
1992!OLI_CODE       
1993!OLI_CODE        !hitl(3)----------------------------------------------------------------
1994!OLI_CODE        !                                                       | * * * * * * * * 
1995!OLI_CODE        !                                                       |* * * * * * * * *
1996!OLI_CODE        !hitl(2)----------------------------------------------------------------
1997!OLI_CODE        !                                    | * * * * * * * *  | * * * * * * * * 
1998!OLI_CODE        !                                    |* * * * * * * * * |* * * * * * * * *
1999!OLI_CODE        !hitl(1)----------------------------------------------------------------
2000!OLI_CODE        !                 | * * * * * * * *  | * * * * * * * *  | * * * * * * * * 
2001!OLI_CODE        !                 |* * * * * * * * * |* * * * * * * * * |* * * * * * * * *
2002!OLI_CODE        !hitl(0)----------------------------------------------------------------
2003!OLI_CODE        !    aicetl(0)         aicetl(1)           aicetl(2)          aicetl(3)           
2004!OLI_CODE       
2005!OLI_CODE        ! move up over layers incrementing volume
2006!OLI_CODE        DO n = 1, m_index+1
2007!OLI_CODE           
2008!OLI_CODE           area = sum(aicetl(:)) - &                 ! total area of sub-layer
2009!OLI_CODE                (rhos(n)/rau0) * sum(aicetl(n:jpl+1)) ! area of sub-layer occupied by snow
2010!OLI_CODE           
2011!OLI_CODE           vol = (hitl(n) - hitl(n-1)) * area      ! thickness of sub-layer times area
2012!OLI_CODE           
2013!OLI_CODE           IF (vol >= rem_vol) THEN  ! have reached the sub-layer with the depth within
2014!OLI_CODE              hpond = rem_vol / area + hitl(n-1) + alfan(m_index) - &
2015!OLI_CODE                           alfan(1)
2016!OLI_CODE              exit
2017!OLI_CODE           ELSE  ! still in sub-layer below the sub-layer with the depth
2018!OLI_CODE              rem_vol = rem_vol - vol
2019!OLI_CODE           END IF
2020!OLI_CODE           
2021!OLI_CODE        END DO
2022!OLI_CODE       
2023!OLI_CODE       END IF
2024!OLI_CODE     
2025!OLI_CODE    END SUBROUTINE calc_hpond
2026!OLI_CODE   
2027!OLI_CODE
2028!OLI_CODE    SUBROUTINE permeability_phi(ticen, salin, vicen, perm)
2029!OLI_CODE       !!-------------------------------------------------------------------
2030!OLI_CODE       !!                ***  ROUTINE permeability_phi  ***
2031!OLI_CODE       !!
2032!OLI_CODE       !! ** Purpose :   Determine the liquid fraction of brine in the ice
2033!OLI_CODE       !!                and its permeability
2034!OLI_CODE       !!-------------------------------------------------------------------
2035!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION(nlay_i), INTENT(IN) :: &
2036!OLI_CODE          ticen,  & ! energy of melting for each ice layer (J/m2)
2037!OLI_CODE          salin
2038!OLI_CODE
2039!OLI_CODE       REAL (wp), INTENT(IN) :: &
2040!OLI_CODE          vicen     ! ice volume
2041!OLI_CODE     
2042!OLI_CODE       REAL (wp), INTENT(OUT) :: &
2043!OLI_CODE          perm      ! permeability
2044!OLI_CODE
2045!OLI_CODE       REAL (wp) ::   &
2046!OLI_CODE          Sbr        ! brine salinity
2047!OLI_CODE
2048!OLI_CODE       REAL (wp), DIMENSION(nlay_i) ::   &
2049!OLI_CODE          Tin, &    ! ice temperature
2050!OLI_CODE          phi       ! liquid fraction
2051!OLI_CODE
2052!OLI_CODE       INTEGER :: k
2053!OLI_CODE     
2054!OLI_CODE       REAL (wp) :: &
2055!OLI_CODE          c2    = 2.0_wp
2056!OLI_CODE 
2057!OLI_CODE       !-----------------------------------------------------------------
2058!OLI_CODE       ! Compute ice temperatures from enthalpies using quadratic formula
2059!OLI_CODE       !-----------------------------------------------------------------
2060!OLI_CODE
2061!OLI_CODE       DO k = 1,nlay_i
2062!OLI_CODE          Tin(k) = ticen(k)
2063!OLI_CODE       END DO
2064!OLI_CODE
2065!OLI_CODE       !-----------------------------------------------------------------
2066!OLI_CODE       ! brine salinity and liquid fraction
2067!OLI_CODE       !-----------------------------------------------------------------
2068!OLI_CODE
2069!OLI_CODE       IF (maxval(Tin-rtt) <= -c2) THEN
2070!OLI_CODE
2071!OLI_CODE          DO k = 1,nlay_i
2072!OLI_CODE             Sbr = - 1.2_wp                 &
2073!OLI_CODE                   -21.8_wp     * (Tin(k)-rtt)    &
2074!OLI_CODE                   - 0.919_wp   * (Tin(k)-rtt)**2 &
2075!OLI_CODE                   - 0.01878_wp * (Tin(k)-rtt)**3
2076!OLI_CODE             phi(k) = salin(k)/Sbr ! liquid fraction
2077!OLI_CODE          END DO ! k
2078!OLI_CODE       
2079!OLI_CODE       ELSE
2080!OLI_CODE
2081!OLI_CODE          DO k = 1,nlay_i
2082!OLI_CODE             Sbr = -17.6_wp    * (Tin(k)-rtt)    &
2083!OLI_CODE                   - 0.389_wp  * (Tin(k)-rtt)**2 &
2084!OLI_CODE                   - 0.00362_wp* (Tin(k)-rtt)**3
2085!OLI_CODE             phi(k) = salin(k)/Sbr ! liquid fraction
2086!OLI_CODE          END DO
2087!OLI_CODE
2088!OLI_CODE       END IF
2089!OLI_CODE     
2090!OLI_CODE       !-----------------------------------------------------------------
2091!OLI_CODE       ! permeability
2092!OLI_CODE       !-----------------------------------------------------------------
2093!OLI_CODE
2094!OLI_CODE       perm = 3.0e-08_wp * (minval(phi))**3
2095!OLI_CODE     
2096!OLI_CODE    END SUBROUTINE permeability_phi
2097!OLI_CODE   
2098!OLI_CODE #else
2099!OLI_CODE    !!----------------------------------------------------------------------
2100!OLI_CODE    !!   Default option         Dummy Module          No LIM-3 sea-ice model
2101!OLI_CODE    !!----------------------------------------------------------------------
2102!OLI_CODE CONTAINS
2103!OLI_CODE    SUBROUTINE lim_mp_init          ! Empty routine
2104!OLI_CODE    END SUBROUTINE lim_mp_init   
2105!OLI_CODE    SUBROUTINE lim_mp               ! Empty routine
2106!OLI_CODE    END SUBROUTINE lim_mp
2107!OLI_CODE    SUBROUTINE compute_mp_topo      ! Empty routine
2108!OLI_CODE    END SUBROUTINE compute_mp_topo       
2109!OLI_CODE    SUBROUTINE pond_area            ! Empty routine
2110!OLI_CODE    END SUBROUTINE pond_area   
2111!OLI_CODE    SUBROUTINE calc_hpond           ! Empty routine
2112!OLI_CODE    END SUBROUTINE calc_hpond   
2113!OLI_CODE    SUBROUTINE permeability_phy     ! Empty routine
2114!OLI_CODE    END SUBROUTINE permeability_phy   
2115!OLI_CODE #endif
2116!OLI_CODE    !!======================================================================
2117!OLI_CODE END MODULE limmp_topo
2118!OLI_CODE
[7325]2119#else
2120   !!----------------------------------------------------------------------
2121   !!   Default option          Empty module           NO LIM sea-ice model
2122   !!----------------------------------------------------------------------
2123CONTAINS
2124   SUBROUTINE lim_mp_init     ! Empty routine
2125   END SUBROUTINE lim_mp_init
2126   SUBROUTINE lim_mp          ! Empty routine
2127   END SUBROUTINE lim_mp     
2128   SUBROUTINE lim_mp_topo     ! Empty routine
2129   END SUBROUTINE lim_mp_topo
[8060]2130   SUBROUTINE lim_mp_cesm     ! Empty routine
2131   END SUBROUTINE lim_mp_cesm
[7325]2132   SUBROUTINE lim_mp_area     ! Empty routine
2133   END SUBROUTINE lim_mp_area
2134   SUBROUTINE lim_mp_perm     ! Empty routine
2135   END SUBROUTINE lim_mp_perm
2136#endif 
2137
2138   !!======================================================================
2139END MODULE limmp 
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.