source: branches/2017/dev_r8183_ICEMODEL/NEMOGCM/NEMO/LIM_SRC_3/icethd.F90 @ 8486

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1MODULE icethd
2   !!======================================================================
3   !!                  ***  MODULE icethd   ***
4   !!  LIM-3 :   ice thermodynamic
5   !!======================================================================
6   !! History :  LIM  ! 2000-01 (M.A. Morales Maqueda, H. Goosse, T. Fichefet) LIM-1
7   !!            2.0  ! 2002-07 (C. Ethe, G. Madec)  LIM-2 (F90 rewriting)
8   !!            3.0  ! 2005-11 (M. Vancoppenolle)  LIM-3 : Multi-layer thermodynamics + salinity variations
9   !!             -   ! 2007-04 (M. Vancoppenolle) add ice_thd_glohec, ice_thd_con_dh and ice_thd_con_dif
10   !!            3.2  ! 2009-07 (M. Vancoppenolle, Y. Aksenov, G. Madec) bug correction in wfx_snw
11   !!            3.3  ! 2010-11 (G. Madec) corrected snow melting heat (due to factor betas)
12   !!            4.0  ! 2011-02 (G. Madec) dynamical allocation
13   !!             -   ! 2012-05 (C. Rousset) add penetration solar flux
14   !!----------------------------------------------------------------------
15#if defined key_lim3
16   !!----------------------------------------------------------------------
17   !!   'key_lim3'                                       LIM3 sea-ice model
18   !!----------------------------------------------------------------------
19   !!   ice_thd       : thermodynamic of sea ice
20   !!   ice_thd_init  : initialisation of sea-ice thermodynamic
21   !!----------------------------------------------------------------------
22   USE phycst         ! physical constants
23   USE dom_oce        ! ocean space and time domain variables
24   USE ice            ! sea-ice variables
25!!gm list trop longue ==>>> why not passage en argument d'appel ?
26   USE sbc_oce , ONLY : sss_m, sst_m, e3t_m, utau, vtau, ssu_m, ssv_m, frq_m, qns_tot, qsr_tot, sprecip, ln_cpl
27   USE sbc_ice , ONLY : qsr_oce, qns_oce, qemp_oce, qsr_ice, qns_ice, dqns_ice, evap_ice, qprec_ice, qevap_ice, &
28      &                 fr1_i0, fr2_i0, nn_limflx
29   USE ice1D          ! thermodynamic sea-ice variables
30   USE icethd_dif     ! vertical diffusion
31   USE icethd_dh      ! ice-snow growth and melt
32   USE icethd_da      ! lateral melting
33   USE icethd_sal     ! ice salinity
34   USE icethd_ent     ! ice enthalpy redistribution
35   USE icethd_lac     ! lateral accretion
36   USE iceitd         ! remapping thickness distribution
37   USE icetab         ! 1D <==> 2D transformation
38   USE icevar         !
39   USE icectl         ! control print
40   !
41   USE in_out_manager ! I/O manager
42   USE lbclnk         ! lateral boundary condition - MPP links
43   USE lib_mpp        ! MPP library
44   USE lib_fortran    ! Fortran utilities (allows no signed zero when 'key_nosignedzero' defined) 
45   USE timing         ! Timing
46
47   IMPLICIT NONE
48   PRIVATE
49
50   PUBLIC   ice_thd         ! called by limstp module
51   PUBLIC   ice_thd_init    ! called by ice_init
52
53   !! * Substitutions
54#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
55   !!----------------------------------------------------------------------
56   !! NEMO/ICE 4.0 , NEMO Consortium (2017)
57   !! $Id: icethd.F90 8420 2017-08-08 12:18:46Z clem $
58   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
59   !!----------------------------------------------------------------------
60CONTAINS
61
62   SUBROUTINE ice_thd( kt )
63      !!-------------------------------------------------------------------
64      !!                ***  ROUTINE ice_thd  ***       
65      !! 
66      !! ** Purpose : This routine manages ice thermodynamics
67      !!         
68      !! ** Action : - Initialisation of some variables
69      !!             - Some preliminary computation (oceanic heat flux
70      !!               at the ice base, snow acc.,heat budget of the leads)
71      !!             - selection of the icy points and put them in an array
72      !!             - call ice_thd_dif  for vertical heat diffusion
73      !!             - call ice_thd_dh   for vertical ice growth and melt
74      !!             - call ice_thd_ent  for enthalpy remapping
75      !!             - call ice_thd_sal  for ice desalination
76      !!             - call ice_thd_temp to  retrieve temperature from ice enthalpy
77      !!             - back to the geographic grid
78      !!---------------------------------------------------------------------
79      INTEGER, INTENT(in) :: kt    ! number of iteration
80      !
81      INTEGER  :: ji, jj, jk, jl   ! dummy loop indices
82      REAL(wp) :: zfric_u, zqld, zqfr, zqfr_neg
83      REAL(wp) :: zvi_b, zsmv_b, zei_b, zfs_b, zfw_b, zft_b ! conservation check
84      REAL(wp), PARAMETER :: zfric_umin = 0._wp           ! lower bound for the friction velocity (cice value=5.e-04)
85      REAL(wp), PARAMETER :: zch        = 0.0057_wp       ! heat transfer coefficient
86      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj) ::   zu_io, zv_io, zfric   ! ice-ocean velocity (m/s) and frictional velocity (m2/s2)
87      !
88      !!-------------------------------------------------------------------
89
90      IF( nn_timing == 1 )   CALL timing_start('icethd')
91
92      IF( kt == nit000 .AND. lwp ) THEN
93         WRITE(numout,*)
94         WRITE(numout,*)' icethd : sea-ice thermodynamics'
95         WRITE(numout,*)' ~~~~~~~~'
96      ENDIF
97     
98      ! conservation test
99      IF( ln_limdiachk )   CALL ice_cons_hsm( 0, 'icethd', zvi_b, zsmv_b, zei_b, zfw_b, zfs_b, zft_b )
100
101      CALL ice_var_glo2eqv
102
103      !---------------------------------------------!
104      ! computation of friction velocity at T points
105      !---------------------------------------------!
106      IF( ln_limdyn ) THEN
107         zu_io(:,:) = u_ice(:,:) - ssu_m(:,:)
108         zv_io(:,:) = v_ice(:,:) - ssv_m(:,:)
109         DO jj = 2, jpjm1 
110            DO ji = fs_2, fs_jpim1
111               zfric(ji,jj) = rn_cio * ( 0.5_wp *  &
112                  &                    (  zu_io(ji,jj) * zu_io(ji,jj) + zu_io(ji-1,jj) * zu_io(ji-1,jj)   &
113                  &                     + zv_io(ji,jj) * zv_io(ji,jj) + zv_io(ji,jj-1) * zv_io(ji,jj-1) ) ) * tmask(ji,jj,1)
114            END DO
115         END DO
116      ELSE      !  if no ice dynamics => transmit directly the atmospheric stress to the ocean
117         DO jj = 2, jpjm1
118            DO ji = fs_2, fs_jpim1
119               zfric(ji,jj) = r1_rau0 * SQRT( 0.5_wp *  &
120                  &                         (  utau(ji,jj) * utau(ji,jj) + utau(ji-1,jj) * utau(ji-1,jj)   &
121                  &                          + vtau(ji,jj) * vtau(ji,jj) + vtau(ji,jj-1) * vtau(ji,jj-1) ) ) * tmask(ji,jj,1)
122            END DO
123         END DO
124      ENDIF
125      CALL lbc_lnk( zfric, 'T',  1. )
126      !
127      ftr_ice(:,:,:) = 0._wp  ! initialization (part of solar radiation transmitted through the ice)
128
129      !--------------------------------------------------------------------!
130      ! Partial computation of forcing for the thermodynamic sea ice model
131      !--------------------------------------------------------------------!
132      DO jj = 1, jpj
133         DO ji = 1, jpi
134            rswitch  = tmask(ji,jj,1) * MAX( 0._wp , SIGN( 1._wp , at_i(ji,jj) - epsi10 ) ) ! 0 if no ice
135            !
136            !           !  solar irradiance transmission at the mixed layer bottom and used in the lead heat budget
137            !           !  practically no "direct lateral ablation"
138            !           
139            !           !  net downward heat flux from the ice to the ocean, expressed as a function of ocean
140            !           !  temperature and turbulent mixing (McPhee, 1992)
141            !
142            ! --- Energy received in the lead, zqld is defined everywhere (J.m-2) --- !
143            zqld =  tmask(ji,jj,1) * rdt_ice *  &
144               &    ( ( 1._wp - at_i_b(ji,jj) ) * qsr_oce(ji,jj) * frq_m(ji,jj) +  &
145               &      ( 1._wp - at_i_b(ji,jj) ) * qns_oce(ji,jj) + qemp_oce(ji,jj) )
146
147            ! --- Energy needed to bring ocean surface layer until its freezing (<0, J.m-2) --- !
148            ! includes supercooling potential energy (>0) or "above-freezing" energy (<0)
149            zqfr = tmask(ji,jj,1) * rau0 * rcp * e3t_m(ji,jj) * ( t_bo(ji,jj) - ( sst_m(ji,jj) + rt0 ) )
150
151            ! --- Above-freezing sensible heat content (J/m2 grid)
152            zqfr_neg = tmask(ji,jj,1) * rau0 * rcp * e3t_m(ji,jj) * MIN( ( t_bo(ji,jj) - ( sst_m(ji,jj) + rt0 ) ), 0._wp )
153
154            ! --- Sensible ocean-to-ice heat flux (W/m2)
155            zfric_u      = MAX( SQRT( zfric(ji,jj) ), zfric_umin ) 
156            fhtur(ji,jj) = rswitch * rau0 * rcp * zch  * zfric_u * ( ( sst_m(ji,jj) + rt0 ) - t_bo(ji,jj) ) ! W.m-2
157
158            fhtur(ji,jj) = rswitch * MIN( fhtur(ji,jj), - zqfr_neg * r1_rdtice / MAX( at_i(ji,jj), epsi10 ) )
159            ! upper bound for fhtur: the heat retrieved from the ocean must be smaller than the heat necessary to reach
160            !                        the freezing point, so that we do not have SST < T_freeze
161            !                        This implies: - ( fhtur(ji,jj) * at_i(ji,jj) * rtdice ) - zqfr >= 0
162
163            !-- Energy Budget of the leads (J.m-2), source of lateral accretion. Must be < 0 to form ice
164            qlead(ji,jj) = MIN( 0._wp , zqld - ( fhtur(ji,jj) * at_i(ji,jj) * rdt_ice ) - zqfr )
165
166            ! If there is ice and leads are warming, then transfer energy from the lead budget and use it for bottom melting
167            IF( zqld > 0._wp ) THEN
168               fhld (ji,jj) = rswitch * zqld * r1_rdtice / MAX( at_i(ji,jj), epsi10 ) ! divided by at_i since this is (re)multiplied by a_i in icethd_dh.F90
169               qlead(ji,jj) = 0._wp
170            ELSE
171               fhld (ji,jj) = 0._wp
172            ENDIF
173            !
174            ! Net heat flux on top of the ice-ocean [W.m-2]
175            ! ---------------------------------------------
176            hfx_in(ji,jj) = qns_tot(ji,jj) + qsr_tot(ji,jj) 
177         END DO
178      END DO
179     
180      ! In case we bypass open-water ice formation
181      IF( .NOT. ln_limdO )  qlead(:,:) = 0._wp
182      ! In case we bypass growing/melting from top and bottom: we suppose ice is impermeable => ocean is isolated from atmosphere
183      IF( .NOT. ln_limdH ) THEN
184         hfx_in(:,:) = ( 1._wp - at_i_b(:,:) ) * ( qns_oce(:,:) + qsr_oce(:,:) ) + qemp_oce(:,:)
185         fhtur (:,:) = 0._wp
186         fhld  (:,:) = 0._wp
187      ENDIF
188
189      ! ---------------------------------------------------------------------
190      ! Net heat flux on top of the ocean after ice thermo (1st step) [W.m-2]
191      ! ---------------------------------------------------------------------
192      !     First  step here              :  non solar + precip - qlead - qturb
193      !     Second step in icethd_dh      :  heat remaining if total melt (zq_rema)
194      !     Third  step in iceupdate.F90  :  heat from ice-ocean mass exchange (zf_mass) + solar
195      DO jj = 1, jpj
196         DO ji = 1, jpi
197            hfx_out(ji,jj) = ( 1._wp - at_i_b(ji,jj) ) * qns_oce(ji,jj) + qemp_oce(ji,jj)  &  ! Non solar heat flux received by the ocean               
198               &             - qlead(ji,jj) * r1_rdtice                                    &  ! heat flux taken from the ocean where there is open water ice formation
199               &             - at_i(ji,jj) * fhtur(ji,jj)                                  &  ! heat flux taken by turbulence
200               &             - at_i(ji,jj) *  fhld(ji,jj)                                     ! heat flux taken during bottom growth/melt
201                                                                                              !    (fhld should be 0 while bott growth)
202         END DO
203      END DO
204
205      !-------------------------------------------------------------------------------------------!
206      ! Thermodynamic computation (only on grid points covered by ice) => loop over ice categories
207      !-------------------------------------------------------------------------------------------!
208      DO jl = 1, jpl
209
210         ! select ice covered grid points
211         nidx = 0 ; idxice(:) = 0
212         DO jj = 1, jpj
213            DO ji = 1, jpi
214               IF ( a_i(ji,jj,jl) > epsi10 ) THEN     
215                  nidx         = nidx  + 1
216                  idxice(nidx) = (jj - 1) * jpi + ji
217               ENDIF
218            END DO
219         END DO
220
221         IF( lk_mpp )         CALL mpp_ini_ice( nidx , numout )
222
223         IF( nidx > 0 ) THEN  ! If there is no ice, do nothing.
224            !                                                               
225                              CALL ice_thd_1d2d( jl, 1 )            ! --- Move to 1D arrays --- !
226            !                                                       ! --- & Change units of e_i, e_s from J/m2 to J/m3 --- !
227            !
228            s_i_new   (1:nidx) = 0._wp ; dh_s_tot (1:nidx) = 0._wp  ! --- some init --- !  (important to have them here)
229            dh_i_surf (1:nidx) = 0._wp ; dh_i_bott(1:nidx) = 0._wp
230            dh_snowice(1:nidx) = 0._wp ; dh_i_sub (1:nidx) = 0._wp
231            !
232            IF( ln_limdH ) THEN                                     ! --- growing/melting --- !
233                              CALL ice_thd_dif                             ! Ice/Snow Temperature profile
234                              CALL ice_thd_dh                              ! Ice/Snow thickness   
235                              CALL ice_thd_ent( e_i_1d(1:nidx,:) )         ! Ice enthalpy remapping
236            ENDIF
237            !
238                              CALL ice_thd_sal                      ! --- Ice salinity --- !   
239            !
240                              CALL ice_thd_temp                     ! --- temperature update --- !
241            !
242!!gm please create a new logical (l_thd_lam or a better explicit name) set one for all in icestp.F90 module
243!!gm        l_thd_lam = ln_limdH .AND. ( ( nn_monocat == 1 .OR. nn_monocat == 4 ) .AND. jpl == 1 )
244!!gm        by the way, the different options associated with nn_monocat =1 to 4  are quite impossible to identify
245!!gm        more comment to add when ready the namelist, with an explicit print in the ocean.output
246            IF( ln_limdH ) THEN
247               IF ( ( nn_monocat == 1 .OR. nn_monocat == 4 ) .AND. jpl == 1 ) THEN
248                              CALL ice_thd_lam                      ! --- extra lateral melting if monocat --- !
249               END IF
250            END IF
251            !
252            IF( ln_limdA )    CALL ice_thd_da                       ! --- lateral melting --- !
253            !
254                              CALL ice_thd_1d2d( jl, 2 )            ! --- Change units of e_i, e_s from J/m3 to J/m2 --- !
255            !                                                       ! --- & Move to 2D arrays --- !
256            !
257            IF( lk_mpp )      CALL mpp_comm_free( ncomm_ice ) !RB necessary ??
258         ENDIF
259         !
260      END DO
261      ! update ice age (in case a_i changed, i.e. becomes 0 or lateral melting)
262      oa_i(:,:,:) = o_i(:,:,:) * a_i(:,:,:)
263
264      IF( ln_limdiachk )   CALL ice_cons_hsm( 1, 'icethd', zvi_b, zsmv_b, zei_b, zfw_b, zfs_b, zft_b )
265      !
266                           CALL ice_var_zapsmall           ! --- remove very small ice concentration (<1e-10) --- !
267      !                                                    !     & make sure at_i=SUM(a_i) & ato_i=1 where at_i=0
268      !                   
269      IF( jpl > 1 )        CALL ice_itd_rem( kt )          ! --- Transport ice between thickness categories --- !
270      !
271      IF( ln_limdO )       CALL ice_thd_lac                ! --- frazil ice growing in leads --- !
272      !
273      IF( ln_limctl )      CALL ice_prt( kt, iiceprt, jiceprt, 1, ' - ice thermodyn. - ' )   ! control print
274      IF( ln_ctl )         CALL ice_prt3D( 'icethd' )      ! Control print
275      !
276      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('icethd')
277      !
278   END SUBROUTINE ice_thd 
279
280 
281   SUBROUTINE ice_thd_temp
282      !!-----------------------------------------------------------------------
283      !!                   ***  ROUTINE ice_thd_temp ***
284      !!                 
285      !! ** Purpose :   Computes sea ice temperature (Kelvin) from enthalpy
286      !!
287      !! ** Method  :   Formula (Bitz and Lipscomb, 1999)
288      !!-------------------------------------------------------------------
289      INTEGER  ::   ji, jk   ! dummy loop indices
290      REAL(wp) ::   ztmelts, zaaa, zbbb, zccc, zdiscrim  ! local scalar
291      !!-------------------------------------------------------------------
292      ! Recover ice temperature
293      DO jk = 1, nlay_i
294         DO ji = 1, nidx
295            ztmelts       =  -tmut * s_i_1d(ji,jk) + rt0
296            ! Conversion q(S,T) -> T (second order equation)
297            zaaa          =  cpic
298            zbbb          =  ( rcp - cpic ) * ( ztmelts - rt0 ) + e_i_1d(ji,jk) * r1_rhoic - lfus
299            zccc          =  lfus * ( ztmelts - rt0 )
300            zdiscrim      =  SQRT( MAX( zbbb * zbbb - 4._wp * zaaa * zccc, 0._wp ) )
301            t_i_1d(ji,jk) =  rt0 - ( zbbb + zdiscrim ) / ( 2._wp * zaaa )
302           
303            ! mask temperature
304            rswitch       =  1._wp - MAX( 0._wp , SIGN( 1._wp , - ht_i_1d(ji) ) ) 
305            t_i_1d(ji,jk) =  rswitch * t_i_1d(ji,jk) + ( 1._wp - rswitch ) * rt0
306         END DO
307      END DO 
308      !
309   END SUBROUTINE ice_thd_temp
310
311
312   SUBROUTINE ice_thd_lam
313      !!-----------------------------------------------------------------------
314      !!                   ***  ROUTINE ice_thd_lam ***
315      !!                 
316      !! ** Purpose :   Lateral melting in case monocategory
317      !!                          ( dA = A/2h dh )
318      !!-----------------------------------------------------------------------
319      INTEGER  ::   ji                 ! dummy loop indices
320      REAL(wp) ::   zhi_bef            ! ice thickness before thermo
321      REAL(wp) ::   zdh_mel, zda_mel   ! net melting
322      REAL(wp) ::   zvi, zvs           ! ice/snow volumes
323      !!-----------------------------------------------------------------------
324      !
325      DO ji = 1, nidx
326         zdh_mel = MIN( 0._wp, dh_i_surf(ji) + dh_i_bott(ji) + dh_snowice(ji) + dh_i_sub(ji) )
327         IF( zdh_mel < 0._wp .AND. a_i_1d(ji) > 0._wp )  THEN
328            zvi          = a_i_1d(ji) * ht_i_1d(ji)
329            zvs          = a_i_1d(ji) * ht_s_1d(ji)
330            ! lateral melting = concentration change
331            zhi_bef     = ht_i_1d(ji) - zdh_mel
332            rswitch     = MAX( 0._wp , SIGN( 1._wp , zhi_bef - epsi20 ) )
333            zda_mel     = rswitch * a_i_1d(ji) * zdh_mel / ( 2._wp * MAX( zhi_bef, epsi20 ) )
334            a_i_1d(ji)  = MAX( epsi20, a_i_1d(ji) + zda_mel ) 
335            ! adjust thickness
336            ht_i_1d(ji) = zvi / a_i_1d(ji)           
337            ht_s_1d(ji) = zvs / a_i_1d(ji)           
338            ! retrieve total concentration
339            at_i_1d(ji) = a_i_1d(ji)
340         END IF
341      END DO
342      !
343   END SUBROUTINE ice_thd_lam
344
345
346   SUBROUTINE ice_thd_1d2d( kl, kn )
347      !!-----------------------------------------------------------------------
348      !!                   ***  ROUTINE ice_thd_1d2d ***
349      !!                 
350      !! ** Purpose :   move arrays from 1d to 2d and the reverse
351      !!-----------------------------------------------------------------------
352      INTEGER, INTENT(in) ::   kl   ! index of the ice category
353      INTEGER, INTENT(in) ::   kn   ! 1= from 2D to 1D   ;   2= from 1D to 2D
354      !
355      INTEGER ::   jk   ! dummy loop indices
356      !!-----------------------------------------------------------------------
357      !
358      SELECT CASE( kn )
359      !                    !---------------------!
360      CASE( 1 )            !==  from 2D to 1D  ==!
361         !                 !---------------------!
362         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), at_i_1d(1:nidx), at_i             )
363         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), a_i_1d (1:nidx), a_i (:,:,kl)     )
364         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), ht_i_1d(1:nidx), ht_i(:,:,kl)     )
365         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), ht_s_1d(1:nidx), ht_s(:,:,kl)     )
366         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), t_su_1d(1:nidx), t_su(:,:,kl)     )
367         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), sm_i_1d(1:nidx), sm_i(:,:,kl)     )
368         DO jk = 1, nlay_s
369            CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), t_s_1d(1:nidx,jk), t_s(:,:,jk,kl)   )
370            CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), e_s_1d(1:nidx,jk), e_s(:,:,jk,kl)   )
371         END DO
372         DO jk = 1, nlay_i
373            CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), t_i_1d(1:nidx,jk), t_i(:,:,jk,kl)   )
374            CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), e_i_1d(1:nidx,jk), e_i(:,:,jk,kl)   )
375            CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), s_i_1d(1:nidx,jk), s_i(:,:,jk,kl)   )
376         END DO
377         !
378         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), qprec_ice_1d(1:nidx), qprec_ice        )
379         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), qsr_ice_1d  (1:nidx), qsr_ice (:,:,kl) )
380         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), fr1_i0_1d   (1:nidx), fr1_i0           )
381         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), fr2_i0_1d   (1:nidx), fr2_i0           )
382         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), qns_ice_1d  (1:nidx), qns_ice (:,:,kl) )
383         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), ftr_ice_1d  (1:nidx), ftr_ice (:,:,kl) )
384         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), evap_ice_1d (1:nidx), evap_ice(:,:,kl) )
385         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), dqns_ice_1d (1:nidx), dqns_ice(:,:,kl) )
386         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), t_bo_1d     (1:nidx), t_bo             )
387         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), sprecip_1d  (1:nidx), sprecip          ) 
388         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), fhtur_1d    (1:nidx), fhtur            )
389         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), fhld_1d     (1:nidx), fhld             )
390         !
391         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), wfx_snw_sni_1d(1:nidx), wfx_snw_sni   )
392         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), wfx_snw_sum_1d(1:nidx), wfx_snw_sum   )
393         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), wfx_sub_1d    (1:nidx), wfx_sub       )
394         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), wfx_snw_sub_1d(1:nidx), wfx_snw_sub   )
395         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), wfx_ice_sub_1d(1:nidx), wfx_ice_sub   )
396         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), wfx_err_sub_1d(1:nidx), wfx_err_sub   )
397         !
398         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), wfx_bog_1d (1:nidx), wfx_bog          )
399         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), wfx_bom_1d (1:nidx), wfx_bom          )
400         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), wfx_sum_1d (1:nidx), wfx_sum          )
401         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), wfx_sni_1d (1:nidx), wfx_sni          )
402         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), wfx_res_1d (1:nidx), wfx_res          )
403         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), wfx_spr_1d (1:nidx), wfx_spr          )
404         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), wfx_lam_1d (1:nidx), wfx_lam          )
405         !
406         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), sfx_bog_1d (1:nidx), sfx_bog          )
407         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), sfx_bom_1d (1:nidx), sfx_bom          )
408         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), sfx_sum_1d (1:nidx), sfx_sum          )
409         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), sfx_sni_1d (1:nidx), sfx_sni          )
410         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), sfx_bri_1d (1:nidx), sfx_bri          )
411         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), sfx_res_1d (1:nidx), sfx_res          )
412         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), sfx_sub_1d (1:nidx), sfx_sub          )
413         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), sfx_lam_1d (1:nidx), sfx_lam          )
414         !
415         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), hfx_thd_1d (1:nidx), hfx_thd          )
416         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), hfx_spr_1d (1:nidx), hfx_spr          )
417         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), hfx_sum_1d (1:nidx), hfx_sum          )
418         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), hfx_bom_1d (1:nidx), hfx_bom          )
419         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), hfx_bog_1d (1:nidx), hfx_bog          )
420         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), hfx_dif_1d (1:nidx), hfx_dif          )
421         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), hfx_opw_1d (1:nidx), hfx_opw          )
422         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), hfx_snw_1d (1:nidx), hfx_snw          )
423         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), hfx_sub_1d (1:nidx), hfx_sub          )
424         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), hfx_err_1d (1:nidx), hfx_err          )
425         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), hfx_res_1d (1:nidx), hfx_res          )
426         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), hfx_err_dif_1d(1:nidx), hfx_err_dif   )
427         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), hfx_err_rem_1d(1:nidx), hfx_err_rem   )
428         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), hfx_out_1d (1:nidx), hfx_out          )
429         !
430         ! SIMIP diagnostics
431         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), diag_fc_bo_1d(1:nidx), diag_fc_bo   )
432         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), diag_fc_su_1d(1:nidx), diag_fc_su   )
433         ! ocean surface fields
434         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), sst_1d(1:nidx), sst_m )
435         CALL tab_2d_1d( nidx, idxice(1:nidx), sss_1d(1:nidx), sss_m )
436
437         ! --- Change units of e_i, e_s from J/m2 to J/m3 --- !
438         DO jk = 1, nlay_i
439            WHERE( ht_i_1d(1:nidx)>0._wp ) e_i_1d(1:nidx,jk) = e_i_1d(1:nidx,jk) / (ht_i_1d(1:nidx) * a_i_1d(1:nidx)) * nlay_i
440         END DO
441         DO jk = 1, nlay_s
442            WHERE( ht_s_1d(1:nidx)>0._wp ) e_s_1d(1:nidx,jk) = e_s_1d(1:nidx,jk) / (ht_s_1d(1:nidx) * a_i_1d(1:nidx)) * nlay_s
443         END DO
444         !
445         !                 !---------------------!
446      CASE( 2 )            !==  from 1D to 2D  ==!
447         !                 !---------------------!
448         ! --- Change units of e_i, e_s from J/m3 to J/m2 --- !
449         DO jk = 1, nlay_i
450            e_i_1d(1:nidx,jk) = e_i_1d(1:nidx,jk) * ht_i_1d(1:nidx) * a_i_1d(1:nidx) * r1_nlay_i
451         END DO
452         DO jk = 1, nlay_s
453            e_s_1d(1:nidx,jk) = e_s_1d(1:nidx,jk) * ht_s_1d(1:nidx) * a_i_1d(1:nidx) * r1_nlay_s
454         END DO
455         !
456         ! Change thickness to volume
457         v_i_1d(1:nidx)   = ht_i_1d(1:nidx) * a_i_1d(1:nidx)
458         v_s_1d(1:nidx)   = ht_s_1d(1:nidx) * a_i_1d(1:nidx)
459         smv_i_1d(1:nidx) = sm_i_1d(1:nidx) * v_i_1d(1:nidx)
460         
461         CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), at_i_1d(1:nidx), at_i             )
462         CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), a_i_1d (1:nidx), a_i (:,:,kl)     )
463         CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), ht_i_1d(1:nidx), ht_i(:,:,kl)     )
464         CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), ht_s_1d(1:nidx), ht_s(:,:,kl)     )
465         CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), t_su_1d(1:nidx), t_su(:,:,kl)     )
466         CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), sm_i_1d(1:nidx), sm_i(:,:,kl)     )
467         DO jk = 1, nlay_s
468            CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), t_s_1d(1:nidx,jk), t_s(:,:,jk,kl) )
469            CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), e_s_1d(1:nidx,jk), e_s(:,:,jk,kl) )
470         END DO
471         DO jk = 1, nlay_i
472            CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), t_i_1d(1:nidx,jk), t_i(:,:,jk,kl) )
473            CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), e_i_1d(1:nidx,jk), e_i(:,:,jk,kl) )
474            CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), s_i_1d(1:nidx,jk), s_i(:,:,jk,kl) )
475         END DO
476         !
477         CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), wfx_snw_sni_1d(1:nidx), wfx_snw_sni )
478         CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), wfx_snw_sum_1d(1:nidx), wfx_snw_sum )
479         CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), wfx_sub_1d    (1:nidx), wfx_sub     )
480         CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), wfx_snw_sub_1d(1:nidx), wfx_snw_sub )
481         CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), wfx_ice_sub_1d(1:nidx), wfx_ice_sub )
482         CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), wfx_err_sub_1d(1:nidx), wfx_err_sub )
483         !
484         CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), wfx_bog_1d (1:nidx), wfx_bog        )
485         CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), wfx_bom_1d (1:nidx), wfx_bom        )
486         CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), wfx_sum_1d (1:nidx), wfx_sum        )
487         CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), wfx_sni_1d (1:nidx), wfx_sni        )
488         CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), wfx_res_1d (1:nidx), wfx_res        )
489         CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), wfx_spr_1d (1:nidx), wfx_spr        )
490         CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), wfx_lam_1d (1:nidx), wfx_lam        )
491         !
492         CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), sfx_bog_1d (1:nidx), sfx_bog        )
493         CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), sfx_bom_1d (1:nidx), sfx_bom        )
494         CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), sfx_sum_1d (1:nidx), sfx_sum        )
495         CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), sfx_sni_1d (1:nidx), sfx_sni        )
496         CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), sfx_bri_1d (1:nidx), sfx_bri        )
497         CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), sfx_res_1d (1:nidx), sfx_res        )
498         CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), sfx_sub_1d (1:nidx), sfx_sub        )
499         CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), sfx_lam_1d (1:nidx), sfx_lam        )
500         !
501         CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), hfx_thd_1d (1:nidx), hfx_thd        )
502         CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), hfx_spr_1d (1:nidx), hfx_spr        )
503         CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), hfx_sum_1d (1:nidx), hfx_sum        )
504         CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), hfx_bom_1d (1:nidx), hfx_bom        )
505         CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), hfx_bog_1d (1:nidx), hfx_bog        )
506         CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), hfx_dif_1d (1:nidx), hfx_dif        )
507         CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), hfx_opw_1d (1:nidx), hfx_opw        )
508         CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), hfx_snw_1d (1:nidx), hfx_snw        )
509         CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), hfx_sub_1d (1:nidx), hfx_sub        )
510         CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), hfx_err_1d (1:nidx), hfx_err        )
511         CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), hfx_res_1d (1:nidx), hfx_res        )
512         CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), hfx_err_dif_1d(1:nidx), hfx_err_dif )
513         CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), hfx_err_rem_1d(1:nidx), hfx_err_rem )
514         CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), hfx_out_1d (1:nidx), hfx_out        )
515         !
516         CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), qns_ice_1d(1:nidx), qns_ice(:,:,kl) )
517         CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), ftr_ice_1d(1:nidx), ftr_ice(:,:,kl) )
518         !
519         ! SIMIP diagnostics         
520         CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), t_si_1d      (1:nidx), t_si(:,:,kl) )
521         CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), diag_fc_bo_1d(1:nidx), diag_fc_bo   )
522         CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), diag_fc_su_1d(1:nidx), diag_fc_su   )
523         ! extensive variables
524         CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), v_i_1d  (1:nidx), v_i  (:,:,kl) )
525         CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), v_s_1d  (1:nidx), v_s  (:,:,kl) )
526         CALL tab_1d_2d( nidx, idxice(1:nidx), smv_i_1d(1:nidx), smv_i(:,:,kl) )
527         !
528      END SELECT
529      !
530   END SUBROUTINE ice_thd_1d2d
531
532
533   SUBROUTINE ice_thd_init
534      !!-----------------------------------------------------------------------
535      !!                   ***  ROUTINE ice_thd_init ***
536      !!                 
537      !! ** Purpose :   Physical constants and parameters linked to the ice
538      !!              thermodynamics
539      !!
540      !! ** Method  :   Read the namicethd namelist and check the ice-thermo
541      !!              parameter values called at the first timestep (nit000)
542      !!
543      !! ** input   :   Namelist namicether
544      !!-------------------------------------------------------------------
545      INTEGER  ::   ios   ! Local integer output status for namelist read
546      !!
547      NAMELIST/namicethd/ rn_kappa_i, nn_ice_thcon, ln_dqnsice, rn_cdsn,                                  &
548         &                ln_limdH, rn_betas,                                                             &
549         &                ln_limdA, rn_beta, rn_dmin,                                                     &
550         &                ln_limdO, rn_hnewice, ln_frazil, rn_maxfrazb, rn_vfrazb, rn_Cfrazb, rn_himin,   &
551         &                nn_limflx
552      !!-------------------------------------------------------------------
553      !
554      REWIND( numnam_ice_ref )              ! Namelist namicethd in reference namelist : Ice thermodynamics
555      READ  ( numnam_ice_ref, namicethd, IOSTAT = ios, ERR = 901)
556901   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namicethd in reference namelist', lwp )
557
558      REWIND( numnam_ice_cfg )              ! Namelist namicethd in configuration namelist : Ice thermodynamics
559      READ  ( numnam_ice_cfg, namicethd, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
560902   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namicethd in configuration namelist', lwp )
561      IF(lwm) WRITE ( numoni, namicethd )
562      !
563      !
564      IF(lwp) THEN                          ! control print
565         WRITE(numout,*) 'ice_thd_init : Ice Thermodynamics'
566         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~~'
567         WRITE(numout,*)'   Namelist namicethd'
568         WRITE(numout,*)'   -- icethd_dif --'
569         WRITE(numout,*)'      extinction radiation parameter in sea ice               rn_kappa_i   = ', rn_kappa_i
570         WRITE(numout,*)'      switch for comp. of thermal conductivity in the ice     nn_ice_thcon = ', nn_ice_thcon
571         WRITE(numout,*)'      change the surface non-solar flux with Tsu or not       ln_dqnsice   = ', ln_dqnsice
572         WRITE(numout,*)'      thermal conductivity of the snow                        rn_cdsn      = ', rn_cdsn
573         WRITE(numout,*)'   -- icethd_dh --'
574         WRITE(numout,*)'      activate ice thick change from top/bot (T) or not (F)   ln_limdH     = ', ln_limdH
575         WRITE(numout,*)'      coefficient for ice-lead partition of snowfall          rn_betas     = ', rn_betas
576         WRITE(numout,*)'   -- icethd_da --'
577         WRITE(numout,*)'      activate lateral melting (T) or not (F)                 ln_limdA     = ', ln_limdA
578         WRITE(numout,*)'      Coef. beta for lateral melting param.                   rn_beta      = ', rn_beta
579         WRITE(numout,*)'      Minimum floe diameter for lateral melting param.        rn_dmin      = ', rn_dmin
580         WRITE(numout,*)'   -- icethd_lac --'
581         WRITE(numout,*)'      activate ice growth in open-water (T) or not (F)        ln_limdO     = ', ln_limdO
582         WRITE(numout,*)'      ice thickness for lateral accretion                     rn_hnewice   = ', rn_hnewice
583         WRITE(numout,*)'      Frazil ice thickness as a function of wind or not       ln_frazil    = ', ln_frazil
584         WRITE(numout,*)'      Maximum proportion of frazil ice collecting at bottom   rn_maxfrazb  = ', rn_maxfrazb
585         WRITE(numout,*)'      Threshold relative drift speed for collection of frazil rn_vfrazb    = ', rn_vfrazb
586         WRITE(numout,*)'      Squeezing coefficient for collection of frazil          rn_Cfrazb    = ', rn_Cfrazb
587         WRITE(numout,*)'   -- iceitd --'
588         WRITE(numout,*)'      minimum ice thickness                                   rn_himin     = ', rn_himin 
589         WRITE(numout,*)'   -- icestp --'
590         WRITE(numout,*)'      Multicategory heat flux formulation                     nn_limflx    = ', nn_limflx
591      ENDIF
592      !
593      IF ( rn_hnewice < rn_himin )   CALL ctl_stop( 'STOP', 'ice_thd_init : rn_hnewice should be >= rn_himin' )
594      !
595      IF(lwp) WRITE(numout,*)
596      SELECT CASE( nn_limflx )         ! LIM3 Multi-category heat flux formulation
597      CASE( -1  )
598         IF(lwp) WRITE(numout,*) '   LIM3: use per-category fluxes (nn_limflx = -1) '
599         IF( ln_cpl )   CALL ctl_stop( 'ice_thd_init : the chosen nn_limflx for LIM3 in coupled mode must be 0 or 2' )
600      CASE(  0  )
601         IF(lwp) WRITE(numout,*) '   LIM3: use average per-category fluxes (nn_limflx = 0) '
602      CASE(  1  )
603         IF(lwp) WRITE(numout,*) '   LIM3: use average then redistribute per-category fluxes (nn_limflx = 1) '
604         IF( ln_cpl )   CALL ctl_stop( 'ice_thd_init : the chosen nn_limflx for LIM3 in coupled mode must be 0 or 2' )
605      CASE(  2  )
606         IF(lwp) WRITE(numout,*) '   LIM3: Redistribute a single flux over categories (nn_limflx = 2) '
607         IF( .NOT. ln_cpl )   CALL ctl_stop( 'ice_thd_init : the chosen nn_limflx for LIM3 in forced mode cannot be 2' )
608      CASE DEFAULT
609         CALL ctl_stop( 'ice_thd_init: LIM3 option, nn_limflx, should be between -1 and 2' )
610      END SELECT
611      !
612   END SUBROUTINE ice_thd_init
613
614#else
615   !!----------------------------------------------------------------------
616   !!   Default option         Dummy module          NO  LIM3 sea-ice model
617   !!----------------------------------------------------------------------
618#endif
619
620   !!======================================================================
621END MODULE icethd
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.