source: branches/UKMO/dev_r5518_GO6_package/NEMOGCM/NEMO/LIM_SRC_3/ice.F90 @ 6498

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1MODULE ice
2   !!======================================================================
3   !!                        ***  MODULE ice  ***
4   !! LIM-3 Sea Ice physics:  diagnostics variables of ice defined in memory
5   !!=====================================================================
6   !! History :  3.0  ! 2008-03  (M. Vancoppenolle) original code LIM-3
7   !!            4.0  ! 2011-02  (G. Madec) dynamical allocation
8   !!----------------------------------------------------------------------
9#if defined key_lim3
10   !!----------------------------------------------------------------------
11   !!   'key_lim3'                                      LIM-3 sea-ice model
12   !!----------------------------------------------------------------------
13   USE in_out_manager ! I/O manager
14   USE lib_mpp        ! MPP library
15
16   IMPLICIT NONE
17   PRIVATE
18
19   PUBLIC    ice_alloc  !  Called in sbc_lim_init
20
21   !!======================================================================
22   !! LIM3 by the use of sweat, agile fingers and sometimes brain juice,
23   !!  was developed in Louvain-la-Neuve by :
24   !!    * Martin Vancoppenolle (UCL-ASTR, Belgium)
25   !!    * Sylvain Bouillon (UCL-ASTR, Belgium)
26   !!    * Miguel Angel Morales Maqueda (NOC-L, UK)
27   !!
28   !! Based on extremely valuable earlier work by
29   !!    * Thierry Fichefet
30   !!    * Hugues Goosse
31   !!
32   !! The following persons also contributed to the code in various ways
33   !!    * Gurvan Madec, Claude Talandier, Christian Ethe (LOCEAN, France)
34   !!    * Xavier Fettweis (UCL-ASTR), Ralph Timmermann (AWI, Germany)
35   !!    * Bill Lipscomb (LANL), Cecilia Bitz (UWa)
36   !!      and Elisabeth Hunke (LANL), USA.
37   !!
38   !! For more info, the interested user is kindly invited to consult the following references
39   !!    For model description and validation :
40   !!    * Vancoppenolle et al., Ocean Modelling, 2008a.
41   !!    * Vancoppenolle et al., Ocean Modelling, 2008b.
42   !!    For a specific description of EVP :
43   !!    * Bouillon et al., Ocean Modelling 2009.
44   !!
45   !!    Or the reference manual, that should be available by 2011
46   !!======================================================================
47   !!                                                                     |
48   !!              I C E   S T A T E   V A R I A B L E S                  |
49   !!                                                                     |
50   !! Introduction :                                                      |
51   !! --------------                                                      |
52   !! Every ice-covered grid cell is characterized by a series of state   |
53   !! variables. To account for unresolved spatial variability in ice     |
54   !! thickness, the ice cover in divided in ice thickness categories.    |
55   !!                                                                     |
56   !! Sea ice state variables depend on the ice thickness category        |
57   !!                                                                     |
58   !! Those variables are divided into two groups                         |
59   !! * Extensive (or global) variables.                                  |
60   !!   These are the variables that are transported by all means         |
61   !! * Intensive (or equivalent) variables.                              |
62   !!   These are the variables that are either physically more           |
63   !!   meaningful and/or used in ice thermodynamics                      |
64   !!                                                                     |
65   !! Routines in limvar.F90 perform conversions                          |
66   !!  - lim_var_glo2eqv  : from global to equivalent variables           |
67   !!  - lim_var_eqv2glo  : from equivalent to global variables           |
68   !!                                                                     |
69   !! For various purposes, the sea ice state variables have sometimes    |
70   !! to be aggregated over all ice thickness categories. This operation  |
71   !! is done in :                                                        |
72   !!  - lim_var_agg                                                      |
73   !!                                                                     |
74   !! in icestp.F90, the routines that compute the changes in the ice     |
75   !! state variables are called                                          |
76   !! - lim_dyn : ice dynamics                                            |
77   !! - lim_trp : ice transport                                           |
78   !! - lim_itd_me : mechanical redistribution (ridging and rafting)      |
79   !! - lim_thd : ice halo-thermodynamics                                 |
80   !! - lim_itd_th : thermodynamic changes in ice thickness distribution  |
81   !!                and creation of new ice                              |
82   !!                                                                     |
83   !! See the associated routines for more information                    |
84   !!                                                                     |
85   !! List of ice state variables :                                       |
86   !! -----------------------------                                       |
87   !!                                                                     |
88   !!-------------|-------------|---------------------------------|-------|
89   !!   name in   |   name in   |              meaning            | units |
90   !! 2D routines | 1D routines |                                 |       |
91   !!-------------|-------------|---------------------------------|-------|
92   !!                                                                     |
93   !! ******************************************************************* |
94   !! ***         Dynamical variables (prognostic)                    *** |
95   !! ******************************************************************* |
96   !!                                                                     |
97   !! u_ice       |      -      |    Comp. U of the ice velocity  | m/s   |
98   !! v_ice       |      -      |    Comp. V of the ice velocity  | m/s   |
99   !!                                                                     |
100   !! ******************************************************************* |
101   !! ***         Category dependent state variables (prognostic)     *** |
102   !! ******************************************************************* |
103   !!                                                                     |
104   !! ** Global variables                                                 |
105   !!-------------|-------------|---------------------------------|-------|
106   !! a_i         | a_i_1d      |    Ice concentration            |       |
107   !! v_i         |      -      |    Ice volume per unit area     | m     |
108   !! v_s         |      -      |    Snow volume per unit area    | m     |
109   !! smv_i       |      -      |    Sea ice salt content         | ppt.m |
110   !! oa_i        !      -      !    Sea ice areal age content    | day   |
111   !! e_i         !      -      !    Ice enthalpy                 | J/m2  |
112   !!      -      ! q_i_1d      !    Ice enthalpy per unit vol.   | J/m3  |
113   !! e_s         !      -      !    Snow enthalpy                | J/m2  |
114   !!      -      ! q_s_1d      !    Snow enthalpy per unit vol.  | J/m3  |
115   !!                                                                     |
116   !!-------------|-------------|---------------------------------|-------|
117   !!                                                                     |
118   !! ** Equivalent variables                                             |
119   !!-------------|-------------|---------------------------------|-------|
120   !!                                                                     |
121   !! ht_i        | ht_i_1d     |    Ice thickness                | m     |
122   !! ht_s        ! ht_s_1d     |    Snow depth                   | m     |
123   !! sm_i        ! sm_i_1d     |    Sea ice bulk salinity        ! ppt   |
124   !! s_i         ! s_i_1d      |    Sea ice salinity profile     ! ppt   |
125   !! o_i         !      -      |    Sea ice Age                  ! days  |
126   !! t_i         ! t_i_1d      |    Sea ice temperature          ! K     |
127   !! t_s         ! t_s_1d      |    Snow temperature             ! K     |
128   !! t_su        ! t_su_1d     |    Sea ice surface temperature  ! K     |
129   !!                                                                     |
130   !! notes: the ice model only sees a bulk (i.e., vertically averaged)   |
131   !!        salinity, except in thermodynamic computations, for which    |
132   !!        the salinity profile is computed as a function of bulk       |
133   !!        salinity                                                     |
134   !!                                                                     |
135   !!        the sea ice surface temperature is not associated to any     |
136   !!        heat content. Therefore, it is not a state variable and      |
137   !!        does not have to be advected. Nevertheless, it has to be     |
138   !!        computed to determine whether the ice is melting or not      |
139   !!                                                                     |
140   !! ******************************************************************* |
141   !! ***         Category-summed state variables (diagnostic)        *** |
142   !! ******************************************************************* |
143   !! at_i        | at_i_1d     |    Total ice concentration      |       |
144   !! vt_i        |      -      |    Total ice vol. per unit area | m     |
145   !! vt_s        |      -      |    Total snow vol. per unit ar. | m     |
146   !! smt_i       |      -      |    Mean sea ice salinity        | ppt   |
147   !! tm_i        |      -      |    Mean sea ice temperature     | K     |
148   !! ot_i        !      -      !    Sea ice areal age content    | day   |
149   !! et_i        !      -      !    Total ice enthalpy           | J/m2  |
150   !! et_s        !      -      !    Total snow enthalpy          | J/m2  |
151   !! bv_i        !      -      !    Mean relative brine volume   | ???   |
152   !!=====================================================================
153
154   LOGICAL, PUBLIC ::   con_i = .false.   ! switch for conservation test
155
156   !!--------------------------------------------------------------------------
157   !! * Share Module variables
158   !!--------------------------------------------------------------------------
159   INTEGER , PUBLIC ::   nstart           !: iteration number of the begining of the run
160   INTEGER , PUBLIC ::   nlast            !: iteration number of the end of the run
161   INTEGER , PUBLIC ::   nitrun           !: number of iteration
162   INTEGER , PUBLIC ::   numit            !: iteration number
163   REAL(wp), PUBLIC ::   rdt_ice          !: ice time step
164   REAL(wp), PUBLIC ::   r1_rdtice        !: = 1. / rdt_ice
165
166   !                                     !!** ice-thickness distribution namelist (namiceitd) **
167   INTEGER , PUBLIC ::   nn_catbnd        !: categories distribution following: tanh function (1), or h^(-alpha) function (2)
168   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_himean        !: mean thickness of the domain (used to compute the distribution, nn_itdshp = 2 only)
169
170   !                                     !!** ice-dynamics namelist (namicedyn) **
171   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_icestr_bvf    !: use brine volume to diminish ice strength
172   INTEGER , PUBLIC ::   nn_icestr        !: ice strength parameterization (0=Hibler79 1=Rothrock75)
173   INTEGER , PUBLIC ::   nn_nevp          !: number of iterations for subcycling
174   INTEGER , PUBLIC ::   nn_ahi0          !: sea-ice hor. eddy diffusivity coeff. (3 ways of calculation)
175   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_pe_rdg        !: ridging work divided by pot. energy change in ridging, nn_icestr = 1
176   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_cio           !: drag coefficient for oceanic stress
177   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_pstar         !: determines ice strength (N/M), Hibler JPO79
178   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_crhg          !: determines changes in ice strength
179   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_creepl        !: creep limit : has to be under 1.0e-9
180   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_ecc           !: eccentricity of the elliptical yield curve
181   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_ahi0_ref      !: sea-ice hor. eddy diffusivity coeff. (m2/s)
182   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_relast        !: ratio => telast/rdt_ice (1/3 or 1/9 depending on nb of subcycling nevp)
183
184   !                                     !!** ice-salinity namelist (namicesal) **
185   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_simax         !: maximum ice salinity [PSU]
186   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_simin         !: minimum ice salinity [PSU]
187   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_sal_gd        !: restoring salinity for gravity drainage [PSU]
188   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_sal_fl        !: restoring salinity for flushing [PSU]
189   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_time_gd       !: restoring time constant for gravity drainage (= 20 days) [s]
190   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_time_fl       !: restoring time constant for gravity drainage (= 10 days) [s]
191   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_icesal        !: bulk salinity (ppt) in case of constant salinity
192
193   !                                     !!** ice-salinity namelist (namicesal) **
194   INTEGER , PUBLIC ::   nn_icesal           !: salinity configuration used in the model
195   !                                         ! 1 - constant salinity in both space and time
196   !                                         ! 2 - prognostic salinity (s(z,t))
197   !                                         ! 3 - salinity profile, constant in time
198   INTEGER , PUBLIC ::   nn_ice_thcon        !: thermal conductivity: =0 Untersteiner (1964) ; =1 Pringle et al (2007)
199   INTEGER , PUBLIC ::   nn_monocat          !: virtual ITD mono-category parameterizations (1) or not (0)
200   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_it_qnsice        !: iterate surface flux with changing surface temperature or not (F)
201
202   !                                     !!** ice-mechanical redistribution namelist (namiceitdme)
203   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_cs            !: fraction of shearing energy contributing to ridging           
204   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_fsnowrdg      !: fractional snow loss to the ocean during ridging
205   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_fsnowrft      !: fractional snow loss to the ocean during ridging
206   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_gstar         !: fractional area of young ice contributing to ridging
207   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_astar         !: equivalent of G* for an exponential participation function
208   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_hstar         !: thickness that determines the maximal thickness of ridged ice
209   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_hraft         !: threshold thickness (m) for rafting / ridging
210   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_craft         !: coefficient for smoothness of the hyperbolic tangent in rafting
211   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_por_rdg       !: initial porosity of ridges (0.3 regular value)
212   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_betas         !: coef. for partitioning of snowfall between leads and sea ice
213   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_kappa_i       !: coef. for the extinction of radiation Grenfell et al. (2006) [1/m]
214   REAL(wp), PUBLIC ::   nn_conv_dif      !: maximal number of iterations for heat diffusion
215   REAL(wp), PUBLIC ::   rn_terr_dif      !: maximal tolerated error (C) for heat diffusion
216
217   !                                     !!** ice-mechanical redistribution namelist (namiceitdme)
218   LOGICAL , PUBLIC ::   ln_rafting      !: rafting of ice or not                       
219   INTEGER , PUBLIC ::   nn_partfun      !: participation function: =0 Thorndike et al. (1975), =1 Lipscomb et al. (2007)
220
221   REAL(wp), PUBLIC ::   usecc2           !:  = 1.0 / ( rn_ecc * rn_ecc )
222   REAL(wp), PUBLIC ::   rhoco            !: = rau0 * cio
223   REAL(wp), PUBLIC ::   r1_nlay_i        !: 1 / nlay_i
224   REAL(wp), PUBLIC ::   r1_nlay_s        !: 1 / nlay_s
225   !
226   !                                     !!** switch for presence of ice or not
227   REAL(wp), PUBLIC ::   rswitch
228   !
229   !                                     !!** define some parameters
230   REAL(wp), PUBLIC, PARAMETER ::   epsi06   = 1.e-06_wp  !: small number
231   REAL(wp), PUBLIC, PARAMETER ::   epsi10   = 1.e-10_wp  !: small number
232   REAL(wp), PUBLIC, PARAMETER ::   epsi20   = 1.e-20_wp  !: small number
233
234   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   u_oce, v_oce   !: surface ocean velocity used in ice dynamics
235   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   ahiu , ahiv    !: hor. diffusivity coeff. at U- and V-points [m2/s]
236   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   pahu , pahv    !: ice hor. eddy diffusivity coef. at U- and V-points
237   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   ust2s, hicol   !: friction velocity, ice collection thickness accreted in leads
238   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   strp1, strp2   !: strength at previous time steps
239   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   strength       !: ice strength
240   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   stress1_i, stress2_i, stress12_i   !: 1st, 2nd & diagonal stress tensor element
241   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   delta_i        !: ice rheology elta factor (Flato & Hibler 95) [s-1]
242   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   divu_i         !: Divergence of the velocity field [s-1]
243   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   shear_i        !: Shear of the velocity field [s-1]
244   !
245   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   sist        !: Average Sea-Ice Surface Temperature [Kelvin]
246   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   icethi      !: total ice thickness (for all categories) (diag only)
247   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   t_bo        !: Sea-Ice bottom temperature [Kelvin]     
248   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   frld        !: Leads fraction = 1 - ice fraction
249   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   pfrld       !: Leads fraction at previous time 
250   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   phicif      !: Old ice thickness
251   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   qlead       !: heat balance of the lead (or of the open ocean)
252   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   fhtur       !: net downward heat flux from the ice to the ocean
253   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   fhld        !: heat flux from the lead used for bottom melting
254
255   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   wfx_snw    !: snow-ocean mass exchange   [kg.m-2.s-1]
256   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   wfx_spr    !: snow precipitation on ice  [kg.m-2.s-1]
257   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   wfx_sub    !: snow/ice sublimation       [kg.m-2.s-1]
258
259   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   wfx_ice    !: ice-ocean mass exchange                   [kg.m-2.s-1]
260   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   wfx_sni    !: snow ice growth component of wfx_ice      [kg.m-2.s-1]
261   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   wfx_opw    !: lateral ice growth component of wfx_ice   [kg.m-2.s-1]
262   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   wfx_bog    !: bottom ice growth component of wfx_ice    [kg.m-2.s-1]
263   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   wfx_dyn    !: dynamical ice growth component of wfx_ice [kg.m-2.s-1]
264   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   wfx_bom    !: bottom melt component of wfx_ice          [kg.m-2.s-1]
265   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   wfx_sum    !: surface melt component of wfx_ice         [kg.m-2.s-1]
266   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   wfx_res    !: residual component of wfx_ice             [kg.m-2.s-1]
267
268   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   afx_tot     !: ice concentration tendency (total)          [s-1]
269   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   afx_thd     !: ice concentration tendency (thermodynamics) [s-1]
270   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   afx_dyn     !: ice concentration tendency (dynamics)       [s-1]
271
272   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   sfx_bog     !: salt flux due to ice growth/melt                      [PSU/m2/s]
273   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   sfx_bom     !: salt flux due to ice growth/melt                      [PSU/m2/s]
274   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   sfx_sum     !: salt flux due to ice growth/melt                      [PSU/m2/s]
275   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   sfx_sni     !: salt flux due to ice growth/melt                      [PSU/m2/s]
276   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   sfx_opw     !: salt flux due to ice growth/melt                      [PSU/m2/s]
277   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   sfx_bri     !: salt flux due to brine rejection                      [PSU/m2/s]
278   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   sfx_dyn     !: salt flux due to porous ridged ice formation          [PSU/m2/s]
279   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   sfx_res     !: residual salt flux due to correction of ice thickness [PSU/m2/s]
280
281   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   sfx_sub     !: salt flux due to ice sublimation
282
283   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   hfx_bog     !: total heat flux causing bottom ice growth        [W.m-2]
284   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   hfx_bom     !: total heat flux causing bottom ice melt          [W.m-2]
285   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   hfx_sum     !: total heat flux causing surface ice melt         [W.m-2]
286   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   hfx_opw     !: total heat flux causing open water ice formation [W.m-2]
287   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   hfx_dif     !: total heat flux causing Temp change in the ice   [W.m-2]
288   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   hfx_snw     !: heat flux for snow melt                          [W.m-2]
289   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   hfx_err     !: heat flux error after heat diffusion             [W.m-2]
290   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   hfx_err_dif !: heat flux remaining due to change in non-solar flux [W.m-2]
291   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   hfx_err_rem !: heat flux error after heat remapping             [W.m-2]
292   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   hfx_in      !: heat flux available for thermo transformations   [W.m-2]
293   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   hfx_out     !: heat flux remaining at the end of thermo transformations  [W.m-2]
294   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   wfx_err_sub !: mass flux error after sublimation [kg.m-2.s-1]
295   
296   ! heat flux associated with ice-atmosphere mass exchange
297   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   hfx_sub     !: heat flux for sublimation  [W.m-2]
298   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   hfx_spr     !: heat flux of the snow precipitation  [W.m-2]
299
300   ! heat flux associated with ice-ocean mass exchange
301   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   hfx_thd     !: ice-ocean heat flux from thermo processes (limthd_dh)  [W.m-2]
302   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   hfx_dyn     !: ice-ocean heat flux from mecanical processes (limitd_me)  [W.m-2]
303   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   hfx_res     !: residual heat flux due to correction of ice thickness [W.m-2]
304
305   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   ftr_ice   !: transmitted solar radiation under ice
306   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)   ::   rn_amax_2d  !: maximum ice concentration 2d array
307
308   !!--------------------------------------------------------------------------
309   !! * Ice global state variables
310   !!--------------------------------------------------------------------------
311   !! Variables defined for each ice category
312   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   ht_i    !: Ice thickness (m)
313   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   a_i     !: Ice fractional areas (concentration)
314   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   v_i     !: Ice volume per unit area (m)
315   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   v_s     !: Snow volume per unit area(m)
316   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   ht_s    !: Snow thickness (m)
317   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   t_su    !: Sea-Ice Surface Temperature (K)
318   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   sm_i    !: Sea-Ice Bulk salinity (ppt)
319   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   smv_i   !: Sea-Ice Bulk salinity times volume per area (ppt.m)
320   !                                                                  !  this is an extensive variable that has to be transported
321   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   o_i     !: Sea-Ice Age (days)
322   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   ov_i    !: Sea-Ice Age times volume per area (days.m)
323   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:) ::   oa_i    !: Sea-Ice Age times ice area (days)
324
325   !! Variables summed over all categories, or associated to all the ice in a single grid cell
326   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   u_ice, v_ice   !: components of the ice velocity (m/s)
327   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   tio_u, tio_v   !: components of the ice-ocean stress (N/m2)
328   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   vt_i , vt_s    !: ice and snow total volume per unit area (m)
329   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   at_i           !: ice total fractional area (ice concentration)
330   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   ato_i          !: =1-at_i ; total open water fractional area
331   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   et_i , et_s    !: ice and snow total heat content
332   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   ot_i           !: mean age over all categories
333   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   tm_i           !: mean ice temperature over all categories
334   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   bv_i           !: brine volume averaged over all categories
335   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:) ::   smt_i          !: mean sea ice salinity averaged over all categories [PSU]
336
337   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:,:) ::   t_s        !: Snow temperatures [K]
338   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:,:) ::   e_s        !: Snow ...     
339     
340   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:,:) ::   t_i        !: ice temperatures          [K]
341   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:,:) ::   e_i        !: ice thermal contents    [J/m2]
342   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:,:) ::   s_i        !: ice salinities          [PSU]
343
344   !!--------------------------------------------------------------------------
345   !! * Moments for advection
346   !!--------------------------------------------------------------------------
347   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)     ::   sxopw, syopw, sxxopw, syyopw, sxyopw   !: open water in sea ice
348   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)   ::   sxice, syice, sxxice, syyice, sxyice   !: ice thickness
349   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)   ::   sxsn , sysn , sxxsn , syysn , sxysn    !: snow thickness
350   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)   ::   sxa  , sya  , sxxa  , syya  , sxya     !: lead fraction
351   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)   ::   sxc0 , syc0 , sxxc0 , syyc0 , sxyc0    !: snow thermal content
352   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)   ::   sxsal, sysal, sxxsal, syysal, sxysal   !: ice salinity
353   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)   ::   sxage, syage, sxxage, syyage, sxyage   !: ice age
354   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:,:) ::   sxe  , sye  , sxxe  , syye  , sxye     !: ice layers heat content
355
356   !!--------------------------------------------------------------------------
357   !! * Old values of global variables
358   !!--------------------------------------------------------------------------
359   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)   ::   v_s_b, v_i_b               !: snow and ice volumes
360   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:)   ::   a_i_b, smv_i_b, oa_i_b     !:
361   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:,:) ::   e_s_b                      !: snow heat content
362   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:,:,:) ::   e_i_b                      !: ice temperatures
363   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)     ::   u_ice_b, v_ice_b           !: ice velocity
364           
365   !!--------------------------------------------------------------------------
366   !! * Ice thickness distribution variables
367   !!--------------------------------------------------------------------------
368   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:)   ::   hi_max         !: Boundary of ice thickness categories in thickness space
369   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:)   ::   hi_mean        !: Mean ice thickness in catgories
370
371   !!--------------------------------------------------------------------------
372   !! * Ice Run
373   !!--------------------------------------------------------------------------
374   !                                                  !!: ** Namelist namicerun read in sbc_lim_init **
375   INTEGER          , PUBLIC ::   jpl             !: number of ice  categories
376   INTEGER          , PUBLIC ::   nlay_i          !: number of ice  layers
377   INTEGER          , PUBLIC ::   nlay_s          !: number of snow layers
378   CHARACTER(len=80), PUBLIC ::   cn_icerst_in    !: suffix of ice restart name (input)
379   CHARACTER(len=256), PUBLIC ::   cn_icerst_indir !: ice restart input directory
380   CHARACTER(len=80), PUBLIC ::   cn_icerst_out   !: suffix of ice restart name (output)
381   CHARACTER(len=256), PUBLIC ::   cn_icerst_outdir!: ice restart output directory
382   LOGICAL          , PUBLIC ::   ln_limdyn       !: flag for ice dynamics (T) or not (F)
383   LOGICAL          , PUBLIC ::   ln_icectl       !: flag for sea-ice points output (T) or not (F)
384   REAL(wp)         , PUBLIC ::   rn_amax_n       !: maximum ice concentration Northern hemisphere
385   REAL(wp)         , PUBLIC ::   rn_amax_s       !: maximum ice concentration Southern hemisphere
386   INTEGER          , PUBLIC ::   iiceprt         !: debug i-point
387   INTEGER          , PUBLIC ::   jiceprt         !: debug j-point
388   !
389   !!--------------------------------------------------------------------------
390   !! * Ice diagnostics
391   !!--------------------------------------------------------------------------
392   ! Increment of global variables
393   ! thd refers to changes induced by thermodynamics
394   ! trp   ''         ''     ''       advection (transport of ice)
395   LOGICAL , PUBLIC                                        ::   ln_limdiahsb  !: flag for ice diag (T) or not (F)
396   LOGICAL , PUBLIC                                        ::   ln_limdiaout  !: flag for ice diag (T) or not (F)
397   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)     ::   diag_trp_vi   !: transport of ice volume
398   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)     ::   diag_trp_vs   !: transport of snw volume
399   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)     ::   diag_trp_ei   !: transport of ice enthalpy (W/m2)
400   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)     ::   diag_trp_es   !: transport of snw enthalpy (W/m2)
401   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)     ::   diag_trp_smv  !: transport of salt content
402   !
403   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)     ::   diag_heat     !: snw/ice heat content variation   [W/m2]
404   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)     ::   diag_smvi     !: ice salt content variation   []
405   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)     ::   diag_vice     !: ice volume variation   [m/s]
406   REAL(wp), PUBLIC, ALLOCATABLE, SAVE, DIMENSION(:,:)     ::   diag_vsnw     !: snw volume variation   [m/s]
407   !
408   !!----------------------------------------------------------------------
409   !! NEMO/LIM3 4.0 , UCL - NEMO Consortium (2010)
410   !! $Id$
411   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
412   !!----------------------------------------------------------------------
413CONTAINS
414
415   FUNCTION ice_alloc()
416      !!-----------------------------------------------------------------
417      !!               *** Routine ice_alloc_2 ***
418      !!-----------------------------------------------------------------
419      INTEGER :: ice_alloc
420      !
421      INTEGER :: ierr(17), ii
422      !!-----------------------------------------------------------------
423
424      ierr(:) = 0
425
426      ! What could be one huge allocate statement is broken-up to try to
427      ! stay within Fortran's max-line length limit.
428      ii = 1
429      ALLOCATE( u_oce    (jpi,jpj) , v_oce    (jpi,jpj) ,                           &
430         &      ahiu     (jpi,jpj) , ahiv     (jpi,jpj) ,                           &
431         &      pahu     (jpi,jpj) , pahv     (jpi,jpj) ,                           &
432         &      ust2s    (jpi,jpj) , hicol    (jpi,jpj) ,                           &
433         &      strp1    (jpi,jpj) , strp2    (jpi,jpj) , strength  (jpi,jpj) ,     &
434         &      stress1_i(jpi,jpj) , stress2_i(jpi,jpj) , stress12_i(jpi,jpj) ,     &
435         &      delta_i  (jpi,jpj) , divu_i   (jpi,jpj) , shear_i   (jpi,jpj) , STAT=ierr(ii) )
436
437      ii = ii + 1
438      ALLOCATE( sist   (jpi,jpj) , icethi (jpi,jpj) , t_bo   (jpi,jpj) ,                        &
439         &      frld   (jpi,jpj) , pfrld  (jpi,jpj) , phicif (jpi,jpj) ,                        &
440         &      wfx_snw(jpi,jpj) , wfx_ice(jpi,jpj) , wfx_sub(jpi,jpj) ,                        &
441         &      wfx_bog(jpi,jpj) , wfx_dyn(jpi,jpj) , wfx_bom(jpi,jpj) , wfx_sum(jpi,jpj) ,     &
442         &      wfx_res(jpi,jpj) , wfx_sni(jpi,jpj) , wfx_opw(jpi,jpj) , wfx_spr(jpi,jpj) ,     &
443         &      afx_tot(jpi,jpj) , afx_thd(jpi,jpj),  afx_dyn(jpi,jpj) ,                        &
444         &      fhtur  (jpi,jpj) , ftr_ice(jpi,jpj,jpl), qlead  (jpi,jpj) ,                     &
445         &      rn_amax_2d(jpi,jpj),                                                            &
446         &      sfx_res(jpi,jpj) , sfx_bri(jpi,jpj) , sfx_dyn(jpi,jpj) , sfx_sub(jpi,jpj) ,                       &
447         &      sfx_bog(jpi,jpj) , sfx_bom(jpi,jpj) , sfx_sum(jpi,jpj) , sfx_sni(jpi,jpj) , sfx_opw(jpi,jpj) ,    &
448         &      hfx_res(jpi,jpj) , hfx_snw(jpi,jpj) , hfx_sub(jpi,jpj) , hfx_err(jpi,jpj) ,     & 
449         &      hfx_err_dif(jpi,jpj) , hfx_err_rem(jpi,jpj) , wfx_err_sub(jpi,jpj) ,       &
450         &      hfx_in (jpi,jpj) , hfx_out(jpi,jpj) , fhld(jpi,jpj) ,                           &
451         &      hfx_sum(jpi,jpj) , hfx_bom(jpi,jpj) , hfx_bog(jpi,jpj) , hfx_dif(jpi,jpj) , hfx_opw(jpi,jpj) ,    &
452         &      hfx_thd(jpi,jpj) , hfx_dyn(jpi,jpj) , hfx_spr(jpi,jpj) ,  STAT=ierr(ii) )
453
454      ! * Ice global state variables
455      ii = ii + 1
456      ALLOCATE( ht_i (jpi,jpj,jpl) , a_i  (jpi,jpj,jpl) , v_i  (jpi,jpj,jpl) ,     &
457         &      v_s  (jpi,jpj,jpl) , ht_s (jpi,jpj,jpl) , t_su (jpi,jpj,jpl) ,     &
458         &      sm_i (jpi,jpj,jpl) , smv_i(jpi,jpj,jpl) , o_i  (jpi,jpj,jpl) ,     &
459         &      ov_i (jpi,jpj,jpl) , oa_i (jpi,jpj,jpl)                      , STAT=ierr(ii) )
460      ii = ii + 1
461      ALLOCATE( u_ice(jpi,jpj) , v_ice(jpi,jpj) , tio_u(jpi,jpj) , tio_v(jpi,jpj) ,     &
462         &      vt_i (jpi,jpj) , vt_s (jpi,jpj) , at_i (jpi,jpj) , ato_i(jpi,jpj) ,     &
463         &      et_i (jpi,jpj) , et_s (jpi,jpj) , ot_i (jpi,jpj) , tm_i (jpi,jpj) ,     &
464         &      bv_i (jpi,jpj) , smt_i(jpi,jpj)                                   , STAT=ierr(ii) )
465      ii = ii + 1
466      ALLOCATE( t_s(jpi,jpj,nlay_s,jpl) , e_s(jpi,jpj,nlay_s,jpl) , STAT=ierr(ii) )
467      ii = ii + 1
468      ALLOCATE( t_i(jpi,jpj,nlay_i,jpl) , e_i(jpi,jpj,nlay_i,jpl) , s_i(jpi,jpj,nlay_i,jpl) , STAT=ierr(ii) )
469
470      ! * Moments for advection
471      ii = ii + 1
472      ALLOCATE( sxopw(jpi,jpj) , syopw(jpi,jpj) , sxxopw(jpi,jpj) , syyopw(jpi,jpj) , sxyopw(jpi,jpj) , STAT=ierr(ii) )
473      ii = ii + 1
474      ALLOCATE( sxice(jpi,jpj,jpl) , syice(jpi,jpj,jpl) , sxxice(jpi,jpj,jpl) , syyice(jpi,jpj,jpl) , sxyice(jpi,jpj,jpl) ,   &
475         &      sxsn (jpi,jpj,jpl) , sysn (jpi,jpj,jpl) , sxxsn (jpi,jpj,jpl) , syysn (jpi,jpj,jpl) , sxysn (jpi,jpj,jpl) ,   &
476         &      STAT=ierr(ii) )
477      ii = ii + 1
478      ALLOCATE( sxa  (jpi,jpj,jpl) , sya  (jpi,jpj,jpl) , sxxa  (jpi,jpj,jpl) , syya  (jpi,jpj,jpl) , sxya  (jpi,jpj,jpl) ,   &
479         &      sxc0 (jpi,jpj,jpl) , syc0 (jpi,jpj,jpl) , sxxc0 (jpi,jpj,jpl) , syyc0 (jpi,jpj,jpl) , sxyc0 (jpi,jpj,jpl) ,   &
480         &      sxsal(jpi,jpj,jpl) , sysal(jpi,jpj,jpl) , sxxsal(jpi,jpj,jpl) , syysal(jpi,jpj,jpl) , sxysal(jpi,jpj,jpl) ,   &
481         &      sxage(jpi,jpj,jpl) , syage(jpi,jpj,jpl) , sxxage(jpi,jpj,jpl) , syyage(jpi,jpj,jpl) , sxyage(jpi,jpj,jpl) ,   &
482         &      STAT=ierr(ii) )
483      ii = ii + 1
484      ALLOCATE( sxe (jpi,jpj,nlay_i,jpl) , sye (jpi,jpj,nlay_i,jpl) , sxxe(jpi,jpj,nlay_i,jpl) ,     &
485         &      syye(jpi,jpj,nlay_i,jpl) , sxye(jpi,jpj,nlay_i,jpl)                            , STAT=ierr(ii) )
486
487      ! * Old values of global variables
488      ii = ii + 1
489      ALLOCATE( v_s_b  (jpi,jpj,jpl) , v_i_b  (jpi,jpj,jpl) , e_s_b(jpi,jpj,nlay_s,jpl) ,     &
490         &      a_i_b  (jpi,jpj,jpl) , smv_i_b(jpi,jpj,jpl) , e_i_b(jpi,jpj,nlay_i,jpl) ,     &
491         &      oa_i_b (jpi,jpj,jpl) , u_ice_b(jpi,jpj)     , v_ice_b(jpi,jpj)          , STAT=ierr(ii) )
492     
493      ! * Ice thickness distribution variables
494      ii = ii + 1
495      ALLOCATE( hi_max(0:jpl), hi_mean(jpl),  STAT=ierr(ii) )
496
497      ! * Ice diagnostics
498      ii = ii + 1
499      ALLOCATE( diag_trp_vi(jpi,jpj), diag_trp_vs (jpi,jpj), diag_trp_ei(jpi,jpj),   & 
500         &      diag_trp_es(jpi,jpj), diag_trp_smv(jpi,jpj), diag_heat  (jpi,jpj),   &
501         &      diag_smvi  (jpi,jpj), diag_vice   (jpi,jpj), diag_vsnw  (jpi,jpj), STAT=ierr(ii) )
502
503      ice_alloc = MAXVAL( ierr(:) )
504      IF( ice_alloc /= 0 )   CALL ctl_warn('ice_alloc_2: failed to allocate arrays.')
505      !
506   END FUNCTION ice_alloc
507
508#else
509   !!----------------------------------------------------------------------
510   !!   Default option         Empty module            NO LIM sea-ice model
511   !!----------------------------------------------------------------------
512#endif
513
514   !!======================================================================
515END MODULE ice
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.