New URL for NEMO forge!   http://forge.nemo-ocean.eu

Since March 2022 along with NEMO 4.2 release, the code development moved to a self-hosted GitLab.
This present forge is now archived and remained online for history.
limthd_dh.F90 in branches/DEV_r2191_3partymerge2010/NEMO/LIM_SRC_3 – NEMO

source: branches/DEV_r2191_3partymerge2010/NEMO/LIM_SRC_3/limthd_dh.F90 @ 2208

Last change on this file since 2208 was 2208, checked in by rblod, 14 years ago

Put FCM NEMO code changes in DEV_r2191_3partymerge2010 branch

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 34.3 KB
RevLine 
[825]1MODULE limthd_dh
[1572]2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE limthd_dh ***
4   !!  LIM-3 :   thermodynamic growth and decay of the ice
5   !!======================================================================
6   !! History :  LIM  ! 2003-05 (M. Vancoppenolle) Original code in 1D
7   !!                 ! 2005-06 (M. Vancoppenolle) 3D version
8   !!            3.2  ! 2009-07 (M. Vancoppenolle, Y. Aksenov, G. Madec) bug correction in rdmsnif & rdmicif
9   !!----------------------------------------------------------------------
[825]10#if defined key_lim3
[834]11   !!----------------------------------------------------------------------
12   !!   'key_lim3'                                      LIM3 sea-ice model
13   !!----------------------------------------------------------------------
[1572]14   !!   lim_thd_dh  : vertical accr./abl. and lateral ablation of sea ice
[825]15   !!----------------------------------------------------------------------
16   USE par_oce          ! ocean parameters
17   USE phycst           ! physical constants (OCE directory)
[888]18   USE sbc_oce          ! Surface boundary condition: ocean fields
[825]19   USE thd_ice
20   USE iceini
21   USE limistate
22   USE in_out_manager
23   USE ice
24   USE par_ice
[869]25   USE lib_mpp
[921]26
[825]27   IMPLICIT NONE
28   PRIVATE
29
[1572]30   PUBLIC   lim_thd_dh   ! called by lim_thd
[825]31
[1572]32   REAL(wp) ::   epsi20 = 1e-20   ! constant values
33   REAL(wp) ::   epsi13 = 1e-13   !
34   REAL(wp) ::   epsi16 = 1e-16   !
35   REAL(wp) ::   zzero  = 0.e0    !
36   REAL(wp) ::   zone   = 1.e0    !
[825]37
38   !!----------------------------------------------------------------------
[1572]39   !! NEMO/LIM 3.2,  UCL-LOCEAN-IPSL (2009)
[1156]40   !! $Id$
[2208]41   !! Software governed by the CeCILL licence  (NEMOGCM/License_CeCILL.txt)
[825]42   !!----------------------------------------------------------------------
43
44CONTAINS
45
46   SUBROUTINE lim_thd_dh(kideb,kiut,jl)
[921]47      !!------------------------------------------------------------------
48      !!                ***  ROUTINE lim_thd_dh  ***
49      !!
[1572]50      !! ** Purpose :   determines variations of ice and snow thicknesses.
[921]51      !!
[1572]52      !! ** Method  :   Ice/Snow surface melting arises from imbalance in surface fluxes
53      !!              Bottom accretion/ablation arises from flux budget
54      !!              Snow thickness can increase by precipitation and decrease by sublimation
55      !!              If snow load excesses Archmiede limit, snow-ice is formed by
56      !!              the flooding of sea-water in the snow
[921]57      !!
[1572]58      !!                 1) Compute available flux of heat for surface ablation
59      !!                 2) Compute snow and sea ice enthalpies
60      !!                 3) Surface ablation and sublimation
61      !!                 4) Bottom accretion/ablation
62      !!                 5) Case of Total ablation
63      !!                 6) Snow ice formation
[921]64      !!
[1572]65      !! References : Bitz and Lipscomb, 1999, J. Geophys. Res.
66      !!              Fichefet T. and M. Maqueda 1997, J. Geophys. Res., 102(C6), 12609-12646   
67      !!              Vancoppenolle, Fichefet and Bitz, 2005, Geophys. Res. Let.
68      !!              Vancoppenolle et al.,2009, Ocean Modelling
[921]69      !!------------------------------------------------------------------
[1572]70      INTEGER , INTENT(in) ::   kideb, kiut   ! Start/End point on which the  the computation is applied
71      INTEGER , INTENT(in) ::   jl            ! Thickness cateogry number
72      !!
73      INTEGER  ::   ji , jk        ! dummy loop indices
74      INTEGER  ::   zji, zjj       ! 2D corresponding indices to ji
75      INTEGER  ::   isnow          ! switch for presence (1) or absence (0) of snow
76      INTEGER  ::   isnowic        ! snow ice formation not
77      INTEGER  ::   i_ice_switch   ! ice thickness above a certain treshold or not
78      INTEGER  ::   iter
[825]79
[1572]80      REAL(wp) ::   zzfmass_i, zzfmass_s   ! temporary scalar
81      REAL(wp) ::   zhsnew, zihgnew, ztmelts               ! temporary scalar
82      REAL(wp) ::   zhn, zdhcf, zdhbf, zhni, zhnfi, zihg   !
83      REAL(wp) ::   zdhnm, zhnnew, zhisn, zihic            !
84      REAL(wp) ::   zfracs       ! fractionation coefficient for bottom salt entrapment
85      REAL(wp) ::   zds          ! increment of bottom ice salinity
86      REAL(wp) ::   zcoeff       ! dummy argument for snowfall partitioning over ice and leads
87      REAL(wp) ::   zsm_snowice  ! snow-ice salinity
88      REAL(wp) ::   zswi1        ! switch for computation of bottom salinity
89      REAL(wp) ::   zswi12       ! switch for computation of bottom salinity
90      REAL(wp) ::   zswi2        ! switch for computation of bottom salinity
91      REAL(wp) ::   zgrr         ! bottom growth rate
92      REAL(wp) ::   ztform       ! bottom formation temperature
[825]93
[1572]94      REAL(wp), DIMENSION(jpij) ::   zh_i        ! ice layer thickness
95      REAL(wp), DIMENSION(jpij) ::   zh_s        ! snow layer thickness
96      REAL(wp), DIMENSION(jpij) ::   ztfs        ! melting point
97      REAL(wp), DIMENSION(jpij) ::   zhsold      ! old snow thickness
98      REAL(wp), DIMENSION(jpij) ::   zqprec      ! energy of fallen snow
99      REAL(wp), DIMENSION(jpij) ::   zqfont_su   ! incoming, remaining surface energy
100      REAL(wp), DIMENSION(jpij) ::   zqfont_bo   ! incoming, bottom energy
101      REAL(wp), DIMENSION(jpij) ::   z_f_surf    ! surface heat for ablation
102      REAL(wp), DIMENSION(jpij) ::   zhgnew      ! new ice thickness
103      REAL(wp), DIMENSION(jpij) ::   zfmass_i    !
[825]104
[1572]105      REAL(wp), DIMENSION(jpij) ::   zdh_s_mel     ! snow melt
106      REAL(wp), DIMENSION(jpij) ::   zdh_s_pre     ! snow precipitation
107      REAL(wp), DIMENSION(jpij) ::   zdh_s_sub     ! snow sublimation
108      REAL(wp), DIMENSION(jpij) ::   zfsalt_melt   ! salt flux due to ice melt
[825]109
[1572]110      REAL(wp) , DIMENSION(jpij,jkmax) ::   zdeltah
[825]111
[921]112      ! Pathological cases
[1572]113      REAL(wp), DIMENSION(jpij) ::   zfdt_init   ! total incoming heat for ice melt
114      REAL(wp), DIMENSION(jpij) ::   zfdt_final  ! total remaing heat for ice melt
115      REAL(wp), DIMENSION(jpij) ::   zqt_i       ! total ice heat content
116      REAL(wp), DIMENSION(jpij) ::   zqt_s       ! total snow heat content
117      REAL(wp), DIMENSION(jpij) ::   zqt_dummy   ! dummy heat content
[825]118
[1572]119      REAL(wp), DIMENSION(jpij,jkmax) ::   zqt_i_lay   ! total ice heat content
[825]120
[921]121      ! Heat conservation
[1572]122      INTEGER  ::   num_iter_max, numce_dh
123      REAL(wp) ::   meance_dh
124      INTEGER , DIMENSION(jpij) ::   innermelt
125      REAL(wp), DIMENSION(jpij) ::   zfbase, zdq_i
126      !!------------------------------------------------------------------
[825]127
128      zfsalt_melt(:)  = 0.0
129      ftotal_fin(:)   = 0.0
130      zfdt_init(:)    = 0.0
131      zfdt_final(:)   = 0.0
132
133      DO ji = kideb, kiut
134         old_ht_i_b(ji) = ht_i_b(ji)
135         old_ht_s_b(ji) = ht_s_b(ji)
136      END DO
[921]137      !
138      !------------------------------------------------------------------------------!
139      !  1) Calculate available heat for surface ablation                            !
140      !------------------------------------------------------------------------------!
141      !
[825]142      DO ji = kideb,kiut
143         isnow         = INT( 1.0 - MAX ( 0.0 , SIGN ( 1.0 , - ht_s_b(ji) ) ) )
144         ztfs(ji)      = isnow * rtt + ( 1.0 - isnow ) * rtt
[1572]145         z_f_surf(ji)  = qnsr_ice_1d(ji) + ( 1.0 - i0(ji) ) * qsr_ice_1d(ji) - fc_su(ji)
146         z_f_surf(ji)  = MAX( zzero , z_f_surf(ji) ) * MAX( zzero , SIGN( zone , t_su_b(ji) - ztfs(ji) ) )
147         zfdt_init(ji) = ( z_f_surf(ji) + MAX( fbif_1d(ji) + qlbbq_1d(ji) + fc_bo_i(ji),0.0 ) ) * rdt_ice
[825]148      END DO ! ji
149
150      zqfont_su(:) = 0.0
151      zqfont_bo(:) = 0.0
152      dsm_i_se_1d(:) = 0.0     
153      dsm_i_si_1d(:) = 0.0     
[921]154      !
155      !------------------------------------------------------------------------------!
156      !  2) Computing layer thicknesses and  snow and sea-ice enthalpies.            !
157      !------------------------------------------------------------------------------!
158      !
[825]159      ! Layer thickness
160      DO ji = kideb,kiut
161         zh_i(ji) = ht_i_b(ji) / nlay_i
162         zh_s(ji) = ht_s_b(ji) / nlay_s
163      END DO
164
[834]165      ! Total enthalpy of the snow
[825]166      zqt_s(:) = 0.0
167      DO jk = 1, nlay_s
168         DO ji = kideb,kiut
[1572]169            zqt_s(ji) =  zqt_s(ji) + q_s_b(ji,jk) * ht_s_b(ji) / nlay_s
[825]170         END DO
171      END DO
172
[834]173      ! Total enthalpy of the ice
[825]174      zqt_i(:) = 0.0
175      DO jk = 1, nlay_i
176         DO ji = kideb,kiut
177            zqt_i(ji)        =  zqt_i(ji) + q_i_b(ji,jk) * ht_i_b(ji) / nlay_i
[1572]178            zqt_i_lay(ji,jk) =              q_i_b(ji,jk) * ht_i_b(ji) / nlay_i
[825]179         END DO
180      END DO
[921]181      !
182      !------------------------------------------------------------------------------|
183      !  3) Surface ablation and sublimation                                         |
184      !------------------------------------------------------------------------------|
185      !
[834]186      !-------------------------
187      ! 3.1 Snow precips / melt
188      !-------------------------
[825]189      ! Snow accumulation in one thermodynamic time step
190      ! snowfall is partitionned between leads and ice
191      ! if snow fall was uniform, a fraction (1-at_i) would fall into leads
192      ! but because of the winds, more snow falls on leads than on sea ice
193      ! and a greater fraction (1-at_i)^beta of the total mass of snow
[834]194      ! (beta < 1) falls in leads.
[825]195      ! In reality, beta depends on wind speed,
196      ! and should decrease with increasing wind speed but here, it is
[834]197      ! considered as a constant. an average value is 0.66
[825]198      ! Martin Vancoppenolle, December 2006
199
200      ! Snow fall
201      DO ji = kideb, kiut
202         zcoeff = ( 1.0 - ( 1.0 - at_i_b(ji) )**betas ) / at_i_b(ji) 
203         zdh_s_pre(ji) = zcoeff * sprecip_1d(ji) * rdt_ice / rhosn
204      END DO
205      zdh_s_mel(:) =  0.0
206
207      ! Melt of fallen snow
208      DO ji = kideb, kiut
209         ! tatm_ice is now in K
[1572]210         zqprec   (ji)   =  rhosn * ( cpic * ( rtt - tatm_ice_1d(ji) ) + lfus ) 
211         zqfont_su(ji)   =  z_f_surf(ji) * rdt_ice
212         zdeltah  (ji,1) =  MIN( 0.e0 , - zqfont_su(ji) / MAX( zqprec(ji) , epsi13 ) )
213         zqfont_su(ji)   =  MAX( 0.e0 , - zdh_s_pre(ji) - zdeltah(ji,1)              ) * zqprec(ji)
214         zdeltah  (ji,1) =  MAX( - zdh_s_pre(ji) , zdeltah(ji,1) )
215         zdh_s_mel(ji)   =  zdh_s_mel(ji) + zdeltah(ji,1)
[825]216         ! heat conservation
[1572]217         qt_s_in(ji,jl)  =  qt_s_in(ji,jl) + zqprec(ji) * zdh_s_pre(ji)
218         zqt_s  (ji)     =  zqt_s  (ji)    + zqprec(ji) * zdh_s_pre(ji)
219         zqt_s  (ji)     =  MAX( zqt_s(ji) - zqfont_su(ji) , 0.e0 ) 
[825]220      END DO
221
222
223      ! Snow melt due to surface heat imbalance
224      DO jk = 1, nlay_s
225         DO ji = kideb, kiut
[1572]226            zdeltah  (ji,jk) = - zqfont_su(ji) / q_s_b(ji,jk)
227            zqfont_su(ji)    =  MAX( 0.0 , - zh_s(ji) - zdeltah(ji,jk) ) * q_s_b(ji,jk) 
228            zdeltah  (ji,jk) =  MAX( zdeltah(ji,jk) , - zh_s(ji) )
229            zdh_s_mel(ji)    =  zdh_s_mel(ji) + zdeltah(ji,jk)        ! resulting melt of snow   
[825]230         END DO
231      END DO
232
233      ! Apply snow melt to snow depth
234      DO ji = kideb, kiut
235         dh_s_tot(ji)   =  zdh_s_mel(ji) + zdh_s_pre(ji)
236         ! Old and new snow depths
237         zhsold(ji)     =  ht_s_b(ji)
238         zhsnew         =  ht_s_b(ji) + dh_s_tot(ji)
239         ! If snow is still present zhn = 1, else zhn = 0
240         zhn            =  1.0 - MAX( zzero , SIGN( zone , - zhsnew ) )
241         ht_s_b(ji)     =  MAX( zzero , zhsnew )
242         ! Volume and mass variations of snow
[1572]243         dvsbq_1d  (ji) =  a_i_b(ji) * ( ht_s_b(ji) - zhsold(ji) - zdh_s_mel(ji) )
244         dvsbq_1d  (ji) =  MIN( zzero, dvsbq_1d(ji) )
[1571]245         rdmsnif_1d(ji) =  rdmsnif_1d(ji) + rhosn * dvsbq_1d(ji)
[825]246      END DO ! ji
247
[834]248      !--------------------------
249      ! 3.2 Surface ice ablation
250      !--------------------------
[825]251      DO ji = kideb, kiut 
[1572]252         dh_i_surf(ji) =  0.e0
253         z_f_surf (ji) =  zqfont_su(ji) / rdt_ice ! heat conservation test
254         zdq_i    (ji) =  0.e0
[825]255      END DO ! ji
256
257      DO jk = 1, nlay_i
258         DO ji = kideb, kiut 
[1572]259            !                                                    ! melt of layer jk
260            zdeltah  (ji,jk) = - zqfont_su(ji) / q_i_b(ji,jk)
261            !                                                    ! recompute heat available
262            zqfont_su(ji)    = MAX( 0.0 , - zh_i(ji) - zdeltah(ji,jk) ) * q_i_b(ji,jk) 
263            !                                                    ! melt of layer jk cannot be higher than its thickness
264            zdeltah  (ji,jk) = MAX( zdeltah(ji,jk) , - zh_i(ji) )
265            !                                                    ! update surface melt
266            dh_i_surf(ji)    = dh_i_surf(ji) + zdeltah(ji,jk) 
267            !                                                    ! for energy conservation
268            zdq_i    (ji)    = zdq_i(ji) + zdeltah(ji,jk) * q_i_b(ji,jk) / rdt_ice
269            !
[834]270            ! contribution to ice-ocean salt flux
[1572]271            zji = MOD( npb(ji) - 1, jpi ) + 1
272            zjj = ( npb(ji) - 1 ) / jpi + 1
273            zfsalt_melt(ji) = zfsalt_melt(ji) + ( sss_m(zji,zjj) - sm_i_b(ji) ) * a_i_b(ji)    &
274               &                              * MIN( zdeltah(ji,jk) , 0.e0 ) * rhoic / rdt_ice 
275         END DO
276      END DO
[825]277
[1572]278      !                     !-------------------
279      IF( con_i ) THEN      ! Conservation test
280         !                  !-------------------
281         numce_dh  = 0
282         meance_dh = 0.e0
[921]283         DO ji = kideb, kiut
284            IF ( ( z_f_surf(ji) + zdq_i(ji) ) .GE. 1.0e-3 ) THEN
285               numce_dh  = numce_dh + 1
286               meance_dh = meance_dh + z_f_surf(ji) + zdq_i(ji)
287            ENDIF
[1572]288            IF( z_f_surf(ji) + zdq_i(ji) .GE. 1.0e-3  ) THEN!
[921]289               WRITE(numout,*) ' ALERTE heat loss for surface melt '
290               WRITE(numout,*) ' zji, zjj, jl :', zji, zjj, jl
291               WRITE(numout,*) ' ht_i_b  : ', ht_i_b(ji)
292               WRITE(numout,*) ' z_f_surf  : ', z_f_surf(ji)
293               WRITE(numout,*) ' zdq_i   : ', zdq_i(ji)
294               WRITE(numout,*) ' ht_i_b  : ', ht_i_b(ji)
295               WRITE(numout,*) ' fc_bo_i : ', fc_bo_i(ji)
296               WRITE(numout,*) ' fbif_1d : ', fbif_1d(ji)
297               WRITE(numout,*) ' qlbbq_1d: ', qlbbq_1d(ji)
298               WRITE(numout,*) ' s_i_new : ', s_i_new(ji)
299               WRITE(numout,*) ' sss_m   : ', sss_m(zji,zjj)
300            ENDIF
[1572]301         END DO
302         !
303         IF( numce_dh > 0 )   meance_dh = meance_dh / numce_dh
[921]304         WRITE(numout,*) ' Error report - Category : ', jl
305         WRITE(numout,*) ' ~~~~~~~~~~~~ '
306         WRITE(numout,*) ' Number of points where there is sur. me. error : ', numce_dh
307         WRITE(numout,*) ' Mean basal growth error on error points : ', meance_dh
[1572]308         !
309      ENDIF
[825]310
[834]311      !----------------------
312      ! 3.3 Snow sublimation
313      !----------------------
[825]314
315      DO ji = kideb, kiut
316         ! if qla is positive (upwards), heat goes to the atmosphere, therefore
317         ! snow sublimates, if qla is negative (downwards), snow condensates
[1572]318         zdh_s_sub(ji)    =  - parsub * qla_ice_1d(ji) / ( rhosn * lsub ) * rdt_ice
319         dh_s_tot (ji)    =  dh_s_tot(ji) + zdh_s_sub(ji)
320         zdhcf            =  ht_s_b(ji) + zdh_s_sub(ji) 
321         ht_s_b   (ji)    =  MAX( zzero , zdhcf )
[825]322         ! we recompute dh_s_tot
[1572]323         dh_s_tot (ji)    =  ht_s_b(ji) - zhsold(ji)
324         qt_s_in  (ji,jl) =  qt_s_in(ji,jl) + zdh_s_sub(ji)*q_s_b(ji,1)
325      END DO
[825]326
[1572]327      zqt_dummy(:) = 0.e0
[825]328      DO jk = 1, nlay_s
329         DO ji = kideb,kiut
[1572]330            q_s_b    (ji,jk) = rhosn * ( cpic * ( rtt - t_s_b(ji,jk) ) + lfus )
331            zqt_dummy(ji)    =  zqt_dummy(ji) + q_s_b(ji,jk) * ht_s_b(ji) / nlay_s            ! heat conservation
[825]332         END DO
333      END DO
334
[1572]335      DO jk = 1, nlay_s
336         DO ji = kideb, kiut
337            ! In case of disparition of the snow, we have to update the snow temperatures
[825]338            zhisn  =  MAX( zzero , SIGN( zone, - ht_s_b(ji) ) )
339            t_s_b(ji,jk) = ( 1.0 - zhisn ) * t_s_b(ji,jk) + zhisn * rtt
340            q_s_b(ji,jk) = ( 1.0 - zhisn ) * q_s_b(ji,jk)
341         END DO
[921]342      END DO
[825]343
[921]344      !
345      !------------------------------------------------------------------------------!
346      ! 4) Basal growth / melt                                                       !
347      !------------------------------------------------------------------------------!
348      !
[825]349      ! Ice basal growth / melt is given by the ratio of heat budget over basal
350      ! ice heat content.  Basal heat budget is given by the difference between
351      ! the inner conductive flux  (fc_bo_i), from the open water heat flux
352      ! (qlbbqb) and the turbulent ocean flux (fbif).
[834]353      ! fc_bo_i is positive downwards. fbif and qlbbq are positive to the ice
[825]354
[834]355      !-----------------------------------------------------
356      ! 4.1 Basal growth - (a) salinity not varying in time
357      !-----------------------------------------------------
[1572]358      IF(  num_sal /= 2  .AND.  num_sal /= 4  ) THEN
[825]359         DO ji = kideb, kiut
[1572]360            IF(  ( fc_bo_i(ji) + fbif_1d(ji) + qlbbq_1d(ji) ) < 0.0  ) THEN
[825]361               s_i_new(ji)         =  sm_i_b(ji)
362               ! Melting point in K
363               ztmelts             =  - tmut * s_i_new(ji) + rtt 
364               ! New ice heat content (Bitz and Lipscomb, 1999)
365               ztform              =  t_i_b(ji,nlay_i)  ! t_bo_b crashes in the
[921]366               ! Baltic
[1572]367               q_i_b(ji,nlay_i+1)  = rhoic * (  cpic * ( ztmelts - ztform )                                &
368                  &                           + lfus * (  1.0 - ( ztmelts - rtt ) / ( ztform - rtt )  )    &
369                  &                           - rcp  * ( ztmelts - rtt )                                 )
[825]370               ! Basal growth rate = - F*dt / q
[1572]371               dh_i_bott(ji)       =  - rdt_ice*( fc_bo_i(ji) + fbif_1d(ji) + qlbbq_1d(ji) ) / q_i_b(ji,nlay_i+1) 
372            ENDIF
373         END DO
374      ENDIF
[825]375
[834]376      !-------------------------------------------------
377      ! 4.1 Basal growth - (b) salinity varying in time
378      !-------------------------------------------------
[1572]379      IF(  num_sal == 2 .OR.  num_sal == 4  ) THEN
[825]380         ! the growth rate (dh_i_bott) is function of the new ice
381         ! heat content (q_i_b(nlay_i+1)). q_i_b depends on the new ice
382         ! salinity (snewice). snewice depends on dh_i_bott
383         ! it converges quickly, so, no problem
[834]384         ! See Vancoppenolle et al., OM08 for more info on this
[825]385
386         ! Initial value (tested 1D, can be anything between 1 and 20)
387         num_iter_max = 4
[1572]388         s_i_new(:)   = 4.0
[825]389
390         ! Iterative procedure
391         DO iter = 1, num_iter_max
392            DO ji = kideb, kiut
[1572]393               IF(  fc_bo_i(ji) + fbif_1d(ji) + qlbbq_1d(ji) < 0.e0  ) THEN
[825]394                  zji = MOD( npb(ji) - 1, jpi ) + 1
395                  zjj = ( npb(ji) - 1 ) / jpi + 1
396                  ! Melting point in K
397                  ztmelts             =   - tmut * s_i_new(ji) + rtt 
398                  ! New ice heat content (Bitz and Lipscomb, 1999)
[1572]399                  q_i_b(ji,nlay_i+1)  =  rhoic * (  cpic * ( ztmelts - t_bo_b(ji) )                             &
400                     &                            + lfus * ( 1.0 - ( ztmelts - rtt ) / ( t_bo_b(ji) - rtt ) )   &
401                     &                            - rcp * ( ztmelts-rtt )                                     )
[825]402                  ! Bottom growth rate = - F*dt / q
[1572]403                  dh_i_bott(ji) =  - rdt_ice * ( fc_bo_i(ji) + fbif_1d(ji) + qlbbq_1d(ji) ) / q_i_b(ji,nlay_i+1)
[825]404                  ! New ice salinity ( Cox and Weeks, JGR, 1988 )
405                  ! zswi2  (1) if dh_i_bott/rdt .GT. 3.6e-7
406                  ! zswi12 (1) if dh_i_bott/rdt .LT. 3.6e-7 and .GT. 2.0e-8
407                  ! zswi1  (1) if dh_i_bott/rdt .LT. 2.0e-8
[1572]408                  zgrr   = MIN( 1.0e-3, MAX ( dh_i_bott(ji) / rdt_ice , epsi13 ) )
[825]409                  zswi2  = MAX( zzero , SIGN( zone , zgrr - 3.6e-7 ) ) 
410                  zswi12 = MAX( zzero , SIGN( zone , zgrr - 2.0e-8 ) ) * ( 1.0 - zswi2 )
411                  zswi1  = 1. - zswi2 * zswi12 
[1572]412                  zfracs = zswi1  * 0.12 + zswi12 * ( 0.8925 + 0.0568 * LOG( 100.0 * zgrr ) )   &
413                     &                   + zswi2  * 0.26 / ( 0.26 + 0.74 * EXP ( - 724300.0 * zgrr ) ) 
414                  zds         = zfracs * sss_m(zji,zjj) - s_i_new(ji)
[888]415                  s_i_new(ji) = zfracs * sss_m(zji,zjj)
[825]416               ENDIF ! fc_bo_i
417            END DO ! ji
418         END DO ! iter
419
420         ! Final values
421         DO ji = kideb, kiut
[1572]422            IF( ( fc_bo_i(ji) + fbif_1d(ji) + qlbbq_1d(ji) ) .LT. 0.0  ) THEN
[825]423               ! New ice salinity must not exceed 15 psu
424               s_i_new(ji) = MIN( s_i_new(ji), s_i_max )
425               ! Metling point in K
426               ztmelts     =   - tmut * s_i_new(ji) + rtt 
427               ! New ice heat content (Bitz and Lipscomb, 1999)
[1572]428               q_i_b(ji,nlay_i+1)  =  rhoic * (  cpic * ( ztmelts - t_bo_b(ji) )                              &
429                  &                            + lfus * ( 1.0 - ( ztmelts - rtt ) / ( t_bo_b(ji) - rtt ) )    &
430                  &                            - rcp * ( ztmelts - rtt )                                    )
[825]431               ! Basal growth rate = - F*dt / q
[1572]432               dh_i_bott(ji)       =  - rdt_ice*( fc_bo_i(ji) + fbif_1d(ji) + qlbbq_1d(ji) ) / q_i_b(ji,nlay_i+1) 
[834]433               ! Salinity update
[825]434               ! entrapment during bottom growth
[1572]435               dsm_i_se_1d(ji) = ( s_i_new(ji) * dh_i_bott(ji) + sm_i_b(ji) * ht_i_b(ji) )    &
436                  &            / MAX( ht_i_b(ji) + dh_i_bott(ji) ,epsi13 ) - sm_i_b(ji)
[825]437            ENDIF ! heat budget
[1572]438         END DO
439      ENDIF
[825]440
[834]441      !----------------
442      ! 4.2 Basal melt
443      !----------------
[825]444      meance_dh = 0.0
[1572]445      numce_dh  = 0
[825]446      innermelt(:) = 0
447
448      DO ji = kideb, kiut
449         ! heat convergence at the surface > 0
[1572]450         IF(  ( fc_bo_i(ji) + fbif_1d(ji) + qlbbq_1d(ji) ) >= 0.e0  ) THEN
[921]451
[825]452            s_i_new(ji)   =  s_i_b(ji,nlay_i)
453            zqfont_bo(ji) =  rdt_ice * ( fc_bo_i(ji) + fbif_1d(ji) + qlbbq_1d(ji) )
454
455            zfbase(ji)    =  zqfont_bo(ji) / rdt_ice ! heat conservation test
[1572]456            zdq_i(ji)     =  0.e0
[825]457
[1572]458            dh_i_bott(ji) =  0.e0
[825]459         ENDIF
460      END DO
461
462      DO jk = nlay_i, 1, -1
463         DO ji = kideb, kiut
464            IF (  ( fc_bo_i(ji) + fbif_1d(ji) + qlbbq_1d(ji) ) .GE. 0.0  ) THEN
465               ztmelts             =   - tmut * s_i_b(ji,jk) + rtt 
466               IF ( t_i_b(ji,jk) .GE. ztmelts ) THEN
467                  zdeltah(ji,jk)  = - zh_i(ji)
468                  dh_i_bott(ji)   = dh_i_bott(ji) + zdeltah(ji,jk)
469                  innermelt(ji)   = 1
470               ELSE  ! normal ablation
471                  zdeltah(ji,jk)  = - zqfont_bo(ji) / q_i_b(ji,jk)
[1572]472                  zqfont_bo(ji)   = MAX( 0.0 , - zh_i(ji) - zdeltah(ji,jk) ) * q_i_b(ji,jk)
[825]473                  zdeltah(ji,jk)  = MAX(zdeltah(ji,jk), - zh_i(ji) )
474                  dh_i_bott(ji)   = dh_i_bott(ji) + zdeltah(ji,jk)
[1572]475                  zdq_i(ji)       = zdq_i(ji) + zdeltah(ji,jk) * q_i_b(ji,jk) / rdt_ice
[921]476                  ! contribution to salt flux
[825]477                  zji             = MOD( npb(ji) - 1, jpi ) + 1
478                  zjj             = ( npb(ji) - 1 ) / jpi + 1
[1572]479                  zfsalt_melt(ji) = zfsalt_melt(ji) + ( sss_m(zji,zjj) - sm_i_b(ji)   ) * a_i_b(ji)   &
480                     &                              * MIN( zdeltah(ji,jk) , 0.0 ) * rhoic / rdt_ice 
[825]481               ENDIF
482            ENDIF
483         END DO ! ji
484      END DO ! jk
485
[1572]486      !                     !-------------------
487      IF( con_i ) THEN      ! Conservation test
488      !                     !-------------------
[921]489         DO ji = kideb, kiut
[1572]490            IF(  ( fc_bo_i(ji) + fbif_1d(ji) + qlbbq_1d(ji) ) >= 0.e0  ) THEN
491               IF( ( zfbase(ji) + zdq_i(ji) ) >= 1.e-3 ) THEN
492                  numce_dh  = numce_dh + 1
[921]493                  meance_dh = meance_dh + zfbase(ji) + zdq_i(ji)
494               ENDIF
495               IF ( zfbase(ji) + zdq_i(ji) .GE. 1.0e-3  ) THEN
496                  WRITE(numout,*) ' ALERTE heat loss for basal  melt '
497                  WRITE(numout,*) ' zji, zjj, jl :', zji, zjj, jl
498                  WRITE(numout,*) ' ht_i_b  : ', ht_i_b(ji)
499                  WRITE(numout,*) ' zfbase  : ', zfbase(ji)
500                  WRITE(numout,*) ' zdq_i   : ', zdq_i(ji)
501                  WRITE(numout,*) ' ht_i_b  : ', ht_i_b(ji)
502                  WRITE(numout,*) ' fc_bo_i : ', fc_bo_i(ji)
503                  WRITE(numout,*) ' fbif_1d : ', fbif_1d(ji)
504                  WRITE(numout,*) ' qlbbq_1d: ', qlbbq_1d(ji)
505                  WRITE(numout,*) ' s_i_new : ', s_i_new(ji)
506                  WRITE(numout,*) ' sss_m   : ', sss_m(zji,zjj)
507                  WRITE(numout,*) ' dh_i_bott : ', dh_i_bott(ji)
508                  WRITE(numout,*) ' innermelt : ', innermelt(ji)
509               ENDIF
[1572]510            ENDIF
511         END DO
512         IF( numce_dh > 0 )   meance_dh = meance_dh / numce_dh
[921]513         WRITE(numout,*) ' Number of points where there is bas. me. error : ', numce_dh
514         WRITE(numout,*) ' Mean basal melt error on error points : ', meance_dh
515         WRITE(numout,*) ' Remaining bottom heat : ', zqfont_bo(jiindex_1d)
[1572]516         !
517      ENDIF
[825]518
[921]519      !
520      !------------------------------------------------------------------------------!
521      !  5) Pathological cases                                                       !
522      !------------------------------------------------------------------------------!
523      !
[834]524      !----------------------------------------------
525      ! 5.1 Excessive ablation in a 1-category model
526      !----------------------------------------------
[825]527
528      DO ji = kideb, kiut
[1572]529         !                     ! in a 1-category sea ice model, bottom ablation must not exceed hmelt (-0.15)
530         IF( jpl == 1 ) THEN   ;   zdhbf = MAX( hmelt , dh_i_bott(ji) )
531         ELSE                  ;   zdhbf =              dh_i_bott(ji) 
532         ENDIF
533         !                     ! excessive energy is sent to lateral ablation
534         fsup     (ji) =  rhoic * lfus * at_i_b(ji) / MAX( 1.0 - at_i_b(ji) , epsi13 )   &
535            &                          * ( zdhbf - dh_i_bott(ji) ) / rdt_ice
[825]536         dh_i_bott(ji)  = zdhbf
[1572]537         !                     !since ice volume is only used for outputs, we keep it global for all categories
538         dvbbq_1d (ji) = a_i_b(ji) * dh_i_bott(ji)
539         !                     !new ice thickness
540         zhgnew   (ji) = ht_i_b(ji) + dh_i_surf(ji) + dh_i_bott(ji)
541         !                     ! diagnostic ( bottom ice growth )
542         zji = MOD( npb(ji) - 1, jpi ) + 1
543         zjj = ( npb(ji) - 1 ) / jpi + 1
544         diag_bot_gr(zji,zjj) = diag_bot_gr(zji,zjj) + MAX(dh_i_bott(ji),0.0)*a_i_b(ji) / rdt_ice
545         diag_sur_me(zji,zjj) = diag_sur_me(zji,zjj) + MIN(dh_i_surf(ji),0.0)*a_i_b(ji) / rdt_ice
546         diag_bot_me(zji,zjj) = diag_bot_me(zji,zjj) + MIN(dh_i_bott(ji),0.0)*a_i_b(ji) / rdt_ice
[825]547      END DO
548
[834]549      !-----------------------------------
550      ! 5.2 More than available ice melts
551      !-----------------------------------
[825]552      ! then heat applied minus heat content at previous time step
553      ! should equal heat remaining
554      !
555      DO ji = kideb, kiut
556         ! Adapt the remaining energy if too much ice melts
557         !--------------------------------------------------
558         zihgnew    =  1.0 - MAX( zzero , SIGN( zone , - zhgnew(ji) ) ) !1 if ice
559         ! 0 if no more ice
[1572]560         zhgnew    (ji) =         zihgnew   * zhgnew(ji)      ! ice thickness is put to 0
[825]561         ! remaining heat
[834]562         zfdt_final(ji) = ( 1.0 - zihgnew ) * ( zqfont_su(ji) +  zqfont_bo(ji) ) 
[825]563
564         ! If snow remains, energy is used to melt snow
[1572]565         zhni =  ht_s_b(ji)      ! snow depth at previous time step
566         zihg =  MAX( zzero , SIGN ( zone , - ht_s_b(ji) ) ) ! 0 if snow
[825]567
568         ! energy of melting of remaining snow
[1572]569         zqt_s(ji) =    ( 1. - zihg ) * zqt_s(ji) / MAX( zhni, epsi13 )
570         zdhnm     =  - ( 1. - zihg ) * ( 1. - zihgnew ) * zfdt_final(ji) / MAX( zqt_s(ji) , epsi13 )
[825]571         zhnfi          =  zhni + zdhnm
[1572]572         zfdt_final(ji) =  MAX( zfdt_final(ji) + zqt_s(ji) * zdhnm , 0.0 )
[825]573         ht_s_b(ji)     =  MAX( zzero , zhnfi )
574         zqt_s(ji)      =  zqt_s(ji) * ht_s_b(ji)
575
576         ! Mass variations of ice and snow
577         !---------------------------------
[1572]578         !                                              ! mass variation of the jl category
[1571]579         zzfmass_s = - a_i_b(ji) * ( zhni       - ht_s_b(ji) ) * rhosn   ! snow
580         zzfmass_i =   a_i_b(ji) * ( zhgnew(ji) - ht_i_b(ji) ) * rhoic   ! ice 
581         !
582         zfmass_i(ji) = zzfmass_i                       ! ice variation saved to compute salt flux (see below)
583         !
584         !                                              ! mass variation cumulated over category
585         rdmsnif_1d(ji) = rdmsnif_1d(ji) + zzfmass_s                     ! snow
586         rdmicif_1d(ji) = rdmicif_1d(ji) + zzfmass_i                     ! ice
[825]587
588         ! Remaining heat to the ocean
589         !---------------------------------
[1572]590         focea(ji)  = - zfdt_final(ji) / rdt_ice         ! focea is in W.m-2 * dt
[825]591
592      END DO
593
594      ftotal_fin (:) = zfdt_final(:)  / rdt_ice
595
596      !---------------------------
597      ! Salt flux and heat fluxes                   
598      !---------------------------
599      DO ji = kideb, kiut
[1572]600         zihgnew    =  1.0 - MAX( zzero , SIGN( zone , - zhgnew(ji) ) )   !1 if ice
[825]601
602         ! Salt flux
[1572]603         zji = MOD( npb(ji) - 1, jpi ) + 1
604         zjj = ( npb(ji) - 1 ) / jpi + 1
[825]605         ! new lines
[1572]606         IF( num_sal == 4 ) THEN
607            fseqv_1d(ji) = fseqv_1d(ji) +        zihgnew  * zfsalt_melt(ji)                                &
608               &                        + (1.0 - zihgnew) * zfmass_i(ji) * ( sss_m(zji,zjj) - bulk_sal   ) / rdt_ice
609         ELSE
610            fseqv_1d(ji) = fseqv_1d(ji) +        zihgnew  * zfsalt_melt(ji)                                &
611               &                        + (1.0 - zihgnew) * zfmass_i(ji) * ( sss_m(zji,zjj) - sm_i_b(ji) ) / rdt_ice
612         ENDIF
[825]613         ! Heat flux
614         ! excessive bottom ablation energy (fsup) - 0 except if jpl = 1
615         ! excessive total ablation energy (focea) sent to the ocean
[1572]616         qfvbq_1d(ji)  = qfvbq_1d(ji) + fsup(ji) + ( 1.0 - zihgnew ) * focea(ji) * a_i_b(ji) * rdt_ice
[825]617
618         zihic   = 1.0 - MAX( zzero , SIGN( zone , -ht_i_b(ji) ) )
619         ! equals 0 if ht_i = 0, 1 if ht_i gt 0
620         fscbq_1d(ji) =  a_i_b(ji) * fstbif_1d(ji)
[1572]621         qldif_1d(ji)  = qldif_1d(ji) + fsup(ji) + ( 1.0 - zihgnew ) * focea(ji)    * a_i_b(ji) * rdt_ice   &
622            &                                    + ( 1.0 - zihic   ) * fscbq_1d(ji)             * rdt_ice
[825]623      END DO  ! ji
624
625      !-------------------------------------------
626      ! Correct temperature, energy and thickness
627      !-------------------------------------------
628      DO ji = kideb, kiut
[1572]629         zihgnew    =  1.0 - MAX( zzero , SIGN( zone , - zhgnew(ji) ) ) 
630         t_su_b(ji) =  zihgnew * t_su_b(ji) + ( 1.0 - zihgnew ) * rtt
[825]631      END DO  ! ji
632
633      DO jk = 1, nlay_i
634         DO ji = kideb, kiut
[1572]635            zihgnew      =  1.0 - MAX( zzero , SIGN( zone , - zhgnew(ji) ) ) 
636            t_i_b(ji,jk) =  zihgnew * t_i_b(ji,jk) + ( 1.0 - zihgnew ) * rtt
637            q_i_b(ji,jk) =  zihgnew * q_i_b(ji,jk)
[825]638         END DO
639      END DO  ! ji
640
641      DO ji = kideb, kiut
642         ht_i_b(ji) = zhgnew(ji)
643      END DO  ! ji
[921]644      !
645      !------------------------------------------------------------------------------|
646      !  6) Snow-Ice formation                                                       |
647      !------------------------------------------------------------------------------|
[1572]648      ! When snow load excesses Archimede's limit, snow-ice interface goes down under sea-level,
649      ! flooding of seawater transforms snow into ice dh_snowice is positive for the ice
[825]650      DO ji = kideb, kiut
[1572]651         !
652         dh_snowice(ji) = MAX(  zzero , ( rhosn * ht_s_b(ji) + (rhoic-rau0) * ht_i_b(ji) ) / ( rhosn+rau0-rhoic )  )
653         zhgnew(ji)     = MAX(  zhgnew(ji) , zhgnew(ji) + dh_snowice(ji)  )
654         zhnnew         = MIN(  ht_s_b(ji) , ht_s_b(ji) - dh_snowice(ji)  )
[825]655
[921]656         !  Changes in ice volume and ice mass.
[1572]657         dvnbq_1d  (ji) =                a_i_b(ji) * ( zhgnew(ji)-ht_i_b(ji) )
658         dmgwi_1d  (ji) = dmgwi_1d(ji) + a_i_b(ji) * ( ht_s_b(ji) - zhnnew ) * rhosn
[825]659
[1572]660         rdmicif_1d(ji) = rdmicif_1d(ji) + a_i_b(ji) * ( zhgnew(ji) - ht_i_b(ji) ) * rhoic 
661         rdmsnif_1d(ji) = rdmsnif_1d(ji) + a_i_b(ji) * ( zhnnew     - ht_s_b(ji) ) * rhosn
[825]662
[921]663         !        Equivalent salt flux (1) Snow-ice formation component
664         !        -----------------------------------------------------
[1572]665         zji = MOD( npb(ji) - 1, jpi ) + 1
666         zjj =    ( npb(ji) - 1 ) / jpi + 1
[825]667
[1572]668         IF( num_sal /= 2 ) THEN   ;   zsm_snowice = sm_i_b(ji)
669         ELSE                      ;   zsm_snowice = ( rhoic - rhosn ) / rhoic * sss_m(zji,zjj) 
670         ENDIF
671         IF( num_sal == 4 ) THEN
672            fseqv_1d(ji) = fseqv_1d(ji) + ( sss_m(zji,zjj) - bulk_sal    ) * a_i_b(ji)   &
673               &                        * ( zhgnew(ji) - ht_i_b(ji) ) * rhoic / rdt_ice
674         ELSE
675            fseqv_1d(ji) = fseqv_1d(ji) + ( sss_m(zji,zjj) - zsm_snowice ) * a_i_b(ji)   &
676               &                        * ( zhgnew(ji) - ht_i_b(ji) ) * rhoic / rdt_ice
677         ENDIF
[825]678         ! entrapment during snow ice formation
[1572]679         i_ice_switch = 1.0 - MAX( 0.e0 , SIGN( 1.0 , - ht_i_b(ji) + 1.0e-6 ) )
680         isnowic      = 1.0 - MAX( 0.e0 , SIGN( 1.0 , - dh_snowice(ji)      ) ) * i_ice_switch
681         IF(  num_sal == 2  .OR.  num_sal == 4  )   &
682            dsm_i_si_1d(ji) = ( zsm_snowice*dh_snowice(ji) &
683            &               + sm_i_b(ji) * ht_i_b(ji) / MAX( ht_i_b(ji) + dh_snowice(ji), epsi13)   &
684            &               - sm_i_b(ji) ) * isnowic     
[825]685
[921]686         !  Actualize new snow and ice thickness.
[825]687         ht_s_b(ji)  = zhnnew
688         ht_i_b(ji)  = zhgnew(ji)
689
690         ! Total ablation ! new lines added to debug
[1572]691         IF( ht_i_b(ji) <= 0.e0 )   a_i_b(ji) = 0.0
[825]692
693         ! diagnostic ( snow ice growth )
[1572]694         zji = MOD( npb(ji) - 1, jpi ) + 1
695         zjj =    ( npb(ji) - 1 ) / jpi + 1
696         diag_sni_gr(zji,zjj)  = diag_sni_gr(zji,zjj) + dh_snowice(ji)*a_i_b(ji) / rdt_ice
697         !
[825]698      END DO !ji
699
[921]700   END SUBROUTINE lim_thd_dh
[1572]701   
[825]702#else
[1572]703   !!----------------------------------------------------------------------
704   !!   Default option                               NO  LIM3 sea-ice model
705   !!----------------------------------------------------------------------
[825]706CONTAINS
707   SUBROUTINE lim_thd_dh          ! Empty routine
708   END SUBROUTINE lim_thd_dh
709#endif
[1572]710
711   !!======================================================================
[921]712END MODULE limthd_dh
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.