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 trunk/NEMOGCM/NEMO/LIM_SRC_3 – NEMO

source: trunk/NEMOGCM/NEMO/LIM_SRC_3/limthd_dh.F90 @ 3399

Last change on this file since 3399 was 3294, checked in by rblod, 12 years ago

Merge of 3.4beta into the trunk

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 35.4 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
[2715]9   !!            4.0  ! 2011-02 (G. Madec) dynamical allocation
[1572]10   !!----------------------------------------------------------------------
[825]11#if defined key_lim3
[834]12   !!----------------------------------------------------------------------
13   !!   'key_lim3'                                      LIM3 sea-ice model
14   !!----------------------------------------------------------------------
[1572]15   !!   lim_thd_dh  : vertical accr./abl. and lateral ablation of sea ice
[825]16   !!----------------------------------------------------------------------
17   USE par_oce          ! ocean parameters
18   USE phycst           ! physical constants (OCE directory)
[888]19   USE sbc_oce          ! Surface boundary condition: ocean fields
[2715]20   USE ice              ! LIM variables
21   USE par_ice          ! LIM parameters
22   USE thd_ice          ! LIM thermodynamics
23   USE in_out_manager   ! I/O manager
24   USE lib_mpp          ! MPP library
[3294]25   USE wrk_nemo         ! work arrays
[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   !!----------------------------------------------------------------------
[2715]39   !! NEMO/LIM3 4.0 , UCL - NEMO Consortium (2010)
[1156]40   !! $Id$
[2715]41   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
[825]42   !!----------------------------------------------------------------------
43CONTAINS
44
[2715]45   SUBROUTINE lim_thd_dh( kideb, kiut, jl )
[921]46      !!------------------------------------------------------------------
47      !!                ***  ROUTINE lim_thd_dh  ***
48      !!
[1572]49      !! ** Purpose :   determines variations of ice and snow thicknesses.
[921]50      !!
[1572]51      !! ** Method  :   Ice/Snow surface melting arises from imbalance in surface fluxes
52      !!              Bottom accretion/ablation arises from flux budget
53      !!              Snow thickness can increase by precipitation and decrease by sublimation
54      !!              If snow load excesses Archmiede limit, snow-ice is formed by
55      !!              the flooding of sea-water in the snow
[921]56      !!
[1572]57      !!                 1) Compute available flux of heat for surface ablation
58      !!                 2) Compute snow and sea ice enthalpies
59      !!                 3) Surface ablation and sublimation
60      !!                 4) Bottom accretion/ablation
61      !!                 5) Case of Total ablation
62      !!                 6) Snow ice formation
[921]63      !!
[1572]64      !! References : Bitz and Lipscomb, 1999, J. Geophys. Res.
65      !!              Fichefet T. and M. Maqueda 1997, J. Geophys. Res., 102(C6), 12609-12646   
66      !!              Vancoppenolle, Fichefet and Bitz, 2005, Geophys. Res. Let.
67      !!              Vancoppenolle et al.,2009, Ocean Modelling
[921]68      !!------------------------------------------------------------------
[1572]69      INTEGER , INTENT(in) ::   kideb, kiut   ! Start/End point on which the  the computation is applied
70      INTEGER , INTENT(in) ::   jl            ! Thickness cateogry number
71      !!
72      INTEGER  ::   ji , jk        ! dummy loop indices
73      INTEGER  ::   zji, zjj       ! 2D corresponding indices to ji
74      INTEGER  ::   isnow          ! switch for presence (1) or absence (0) of snow
75      INTEGER  ::   isnowic        ! snow ice formation not
76      INTEGER  ::   i_ice_switch   ! ice thickness above a certain treshold or not
77      INTEGER  ::   iter
[825]78
[2715]79      REAL(wp) ::   zzfmass_i, zihgnew                     ! local scalar
80      REAL(wp) ::   zzfmass_s, zhsnew, ztmelts             ! local scalar
[1572]81      REAL(wp) ::   zhn, zdhcf, zdhbf, zhni, zhnfi, zihg   !
[2715]82      REAL(wp) ::   zdhnm, zhnnew, zhisn, zihic, zzc       !
[1572]83      REAL(wp) ::   zfracs       ! fractionation coefficient for bottom salt entrapment
84      REAL(wp) ::   zds          ! increment of bottom ice salinity
85      REAL(wp) ::   zcoeff       ! dummy argument for snowfall partitioning over ice and leads
86      REAL(wp) ::   zsm_snowice  ! snow-ice salinity
87      REAL(wp) ::   zswi1        ! switch for computation of bottom salinity
88      REAL(wp) ::   zswi12       ! switch for computation of bottom salinity
89      REAL(wp) ::   zswi2        ! switch for computation of bottom salinity
90      REAL(wp) ::   zgrr         ! bottom growth rate
91      REAL(wp) ::   ztform       ! bottom formation temperature
[2715]92      !
[3294]93      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zh_i        ! ice layer thickness
94      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zh_s        ! snow layer thickness
95      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   ztfs        ! melting point
96      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zhsold      ! old snow thickness
97      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zqprec      ! energy of fallen snow
98      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zqfont_su   ! incoming, remaining surface energy
99      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zqfont_bo   ! incoming, bottom energy
100      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   z_f_surf    ! surface heat for ablation
101      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zhgnew      ! new ice thickness
102      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zfmass_i    !
103
104      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zdh_s_mel     ! snow melt
105      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zdh_s_pre     ! snow precipitation
106      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zdh_s_sub     ! snow sublimation
107      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zfsalt_melt   ! salt flux due to ice melt
108
109      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:) ::   zdeltah
110
111      ! Pathological cases
112      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zfdt_init   ! total incoming heat for ice melt
113      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zfdt_final  ! total remaing heat for ice melt
114      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zqt_i       ! total ice heat content
115      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zqt_s       ! total snow heat content
116      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zqt_dummy   ! dummy heat content
117
118      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:) ::   zqt_i_lay   ! total ice heat content
119
120      ! Heat conservation
121      INTEGER  ::   num_iter_max, numce_dh
122      REAL(wp) ::   meance_dh
123      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zinnermelt
124      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zfbase, zdq_i
[1572]125      !!------------------------------------------------------------------
[825]126
[3294]127      CALL wrk_alloc( jpij, zh_i, zh_s, ztfs, zhsold, zqprec, zqfont_su, zqfont_bo, z_f_surf, zhgnew, zfmass_i )
128      CALL wrk_alloc( jpij, zdh_s_mel, zdh_s_pre, zdh_s_sub, zfsalt_melt, zfdt_init, zfdt_final, zqt_i, zqt_s, zqt_dummy )
129      CALL wrk_alloc( jpij, zinnermelt, zfbase, zdq_i )
130      CALL wrk_alloc( jpij, jkmax, zdeltah, zqt_i_lay )
[825]131
[2715]132      zfsalt_melt(:)  = 0._wp
133      ftotal_fin(:)   = 0._wp
134      zfdt_init(:)    = 0._wp
135      zfdt_final(:)   = 0._wp
136
[825]137      DO ji = kideb, kiut
138         old_ht_i_b(ji) = ht_i_b(ji)
139         old_ht_s_b(ji) = ht_s_b(ji)
140      END DO
[921]141      !
142      !------------------------------------------------------------------------------!
143      !  1) Calculate available heat for surface ablation                            !
144      !------------------------------------------------------------------------------!
145      !
[2715]146      DO ji = kideb, kiut
[825]147         isnow         = INT( 1.0 - MAX ( 0.0 , SIGN ( 1.0 , - ht_s_b(ji) ) ) )
148         ztfs(ji)      = isnow * rtt + ( 1.0 - isnow ) * rtt
[1572]149         z_f_surf(ji)  = qnsr_ice_1d(ji) + ( 1.0 - i0(ji) ) * qsr_ice_1d(ji) - fc_su(ji)
150         z_f_surf(ji)  = MAX( zzero , z_f_surf(ji) ) * MAX( zzero , SIGN( zone , t_su_b(ji) - ztfs(ji) ) )
151         zfdt_init(ji) = ( z_f_surf(ji) + MAX( fbif_1d(ji) + qlbbq_1d(ji) + fc_bo_i(ji),0.0 ) ) * rdt_ice
[825]152      END DO ! ji
153
[2715]154      zqfont_su  (:) = 0._wp
155      zqfont_bo  (:) = 0._wp
156      dsm_i_se_1d(:) = 0._wp     
157      dsm_i_si_1d(:) = 0._wp   
[921]158      !
159      !------------------------------------------------------------------------------!
160      !  2) Computing layer thicknesses and  snow and sea-ice enthalpies.            !
161      !------------------------------------------------------------------------------!
162      !
[2715]163      DO ji = kideb, kiut     ! Layer thickness
[825]164         zh_i(ji) = ht_i_b(ji) / nlay_i
165         zh_s(ji) = ht_s_b(ji) / nlay_s
166      END DO
[2715]167      !
168      zqt_s(:) = 0._wp        ! Total enthalpy of the snow
[825]169      DO jk = 1, nlay_s
[2715]170         DO ji = kideb, kiut
[1572]171            zqt_s(ji) =  zqt_s(ji) + q_s_b(ji,jk) * ht_s_b(ji) / nlay_s
[825]172         END DO
173      END DO
[2715]174      !
175      zqt_i(:) = 0._wp        ! Total enthalpy of the ice
[825]176      DO jk = 1, nlay_i
[2715]177         DO ji = kideb, kiut
178            zzc = q_i_b(ji,jk) * ht_i_b(ji) / nlay_i
179            zqt_i(ji)        =  zqt_i(ji) + zzc
180            zqt_i_lay(ji,jk) =              zzc
[825]181         END DO
182      END DO
[921]183      !
184      !------------------------------------------------------------------------------|
185      !  3) Surface ablation and sublimation                                         |
186      !------------------------------------------------------------------------------|
187      !
[834]188      !-------------------------
189      ! 3.1 Snow precips / melt
190      !-------------------------
[825]191      ! Snow accumulation in one thermodynamic time step
192      ! snowfall is partitionned between leads and ice
193      ! if snow fall was uniform, a fraction (1-at_i) would fall into leads
194      ! but because of the winds, more snow falls on leads than on sea ice
195      ! and a greater fraction (1-at_i)^beta of the total mass of snow
[834]196      ! (beta < 1) falls in leads.
[825]197      ! In reality, beta depends on wind speed,
198      ! and should decrease with increasing wind speed but here, it is
[834]199      ! considered as a constant. an average value is 0.66
[825]200      ! Martin Vancoppenolle, December 2006
201
202      ! Snow fall
203      DO ji = kideb, kiut
204         zcoeff = ( 1.0 - ( 1.0 - at_i_b(ji) )**betas ) / at_i_b(ji) 
205         zdh_s_pre(ji) = zcoeff * sprecip_1d(ji) * rdt_ice / rhosn
206      END DO
[2715]207      zdh_s_mel(:) =  0._wp
[825]208
209      ! Melt of fallen snow
210      DO ji = kideb, kiut
211         ! tatm_ice is now in K
[1572]212         zqprec   (ji)   =  rhosn * ( cpic * ( rtt - tatm_ice_1d(ji) ) + lfus ) 
213         zqfont_su(ji)   =  z_f_surf(ji) * rdt_ice
214         zdeltah  (ji,1) =  MIN( 0.e0 , - zqfont_su(ji) / MAX( zqprec(ji) , epsi13 ) )
215         zqfont_su(ji)   =  MAX( 0.e0 , - zdh_s_pre(ji) - zdeltah(ji,1)              ) * zqprec(ji)
216         zdeltah  (ji,1) =  MAX( - zdh_s_pre(ji) , zdeltah(ji,1) )
217         zdh_s_mel(ji)   =  zdh_s_mel(ji) + zdeltah(ji,1)
[825]218         ! heat conservation
[1572]219         qt_s_in(ji,jl)  =  qt_s_in(ji,jl) + zqprec(ji) * zdh_s_pre(ji)
220         zqt_s  (ji)     =  zqt_s  (ji)    + zqprec(ji) * zdh_s_pre(ji)
221         zqt_s  (ji)     =  MAX( zqt_s(ji) - zqfont_su(ji) , 0.e0 ) 
[825]222      END DO
223
224
225      ! Snow melt due to surface heat imbalance
226      DO jk = 1, nlay_s
227         DO ji = kideb, kiut
[1572]228            zdeltah  (ji,jk) = - zqfont_su(ji) / q_s_b(ji,jk)
229            zqfont_su(ji)    =  MAX( 0.0 , - zh_s(ji) - zdeltah(ji,jk) ) * q_s_b(ji,jk) 
230            zdeltah  (ji,jk) =  MAX( zdeltah(ji,jk) , - zh_s(ji) )
231            zdh_s_mel(ji)    =  zdh_s_mel(ji) + zdeltah(ji,jk)        ! resulting melt of snow   
[825]232         END DO
233      END DO
234
235      ! Apply snow melt to snow depth
236      DO ji = kideb, kiut
237         dh_s_tot(ji)   =  zdh_s_mel(ji) + zdh_s_pre(ji)
238         ! Old and new snow depths
239         zhsold(ji)     =  ht_s_b(ji)
240         zhsnew         =  ht_s_b(ji) + dh_s_tot(ji)
241         ! If snow is still present zhn = 1, else zhn = 0
242         zhn            =  1.0 - MAX( zzero , SIGN( zone , - zhsnew ) )
243         ht_s_b(ji)     =  MAX( zzero , zhsnew )
244         ! Volume and mass variations of snow
[1572]245         dvsbq_1d  (ji) =  a_i_b(ji) * ( ht_s_b(ji) - zhsold(ji) - zdh_s_mel(ji) )
246         dvsbq_1d  (ji) =  MIN( zzero, dvsbq_1d(ji) )
[1571]247         rdmsnif_1d(ji) =  rdmsnif_1d(ji) + rhosn * dvsbq_1d(ji)
[825]248      END DO ! ji
249
[834]250      !--------------------------
251      ! 3.2 Surface ice ablation
252      !--------------------------
[825]253      DO ji = kideb, kiut 
[2715]254         dh_i_surf(ji) =  0._wp
[1572]255         z_f_surf (ji) =  zqfont_su(ji) / rdt_ice ! heat conservation test
[2715]256         zdq_i    (ji) =  0._wp
[825]257      END DO ! ji
258
259      DO jk = 1, nlay_i
260         DO ji = kideb, kiut 
[1572]261            !                                                    ! melt of layer jk
262            zdeltah  (ji,jk) = - zqfont_su(ji) / q_i_b(ji,jk)
263            !                                                    ! recompute heat available
264            zqfont_su(ji)    = MAX( 0.0 , - zh_i(ji) - zdeltah(ji,jk) ) * q_i_b(ji,jk) 
265            !                                                    ! melt of layer jk cannot be higher than its thickness
266            zdeltah  (ji,jk) = MAX( zdeltah(ji,jk) , - zh_i(ji) )
267            !                                                    ! update surface melt
268            dh_i_surf(ji)    = dh_i_surf(ji) + zdeltah(ji,jk) 
269            !                                                    ! for energy conservation
270            zdq_i    (ji)    = zdq_i(ji) + zdeltah(ji,jk) * q_i_b(ji,jk) / rdt_ice
271            !
[834]272            ! contribution to ice-ocean salt flux
[2715]273            zji = MOD( npb(ji) - 1 , jpi ) + 1
274            zjj =    ( npb(ji) - 1 ) / jpi + 1
[1572]275            zfsalt_melt(ji) = zfsalt_melt(ji) + ( sss_m(zji,zjj) - sm_i_b(ji) ) * a_i_b(ji)    &
276               &                              * MIN( zdeltah(ji,jk) , 0.e0 ) * rhoic / rdt_ice 
277         END DO
278      END DO
[825]279
[1572]280      !                     !-------------------
281      IF( con_i ) THEN      ! Conservation test
282         !                  !-------------------
283         numce_dh  = 0
[2715]284         meance_dh = 0._wp
[921]285         DO ji = kideb, kiut
286            IF ( ( z_f_surf(ji) + zdq_i(ji) ) .GE. 1.0e-3 ) THEN
287               numce_dh  = numce_dh + 1
288               meance_dh = meance_dh + z_f_surf(ji) + zdq_i(ji)
289            ENDIF
[1572]290            IF( z_f_surf(ji) + zdq_i(ji) .GE. 1.0e-3  ) THEN!
[921]291               WRITE(numout,*) ' ALERTE heat loss for surface melt '
292               WRITE(numout,*) ' zji, zjj, jl :', zji, zjj, jl
[2715]293               WRITE(numout,*) ' ht_i_b       : ', ht_i_b(ji)
294               WRITE(numout,*) ' z_f_surf     : ', z_f_surf(ji)
295               WRITE(numout,*) ' zdq_i        : ', zdq_i(ji)
296               WRITE(numout,*) ' ht_i_b       : ', ht_i_b(ji)
297               WRITE(numout,*) ' fc_bo_i      : ', fc_bo_i(ji)
298               WRITE(numout,*) ' fbif_1d      : ', fbif_1d(ji)
299               WRITE(numout,*) ' qlbbq_1d     : ', qlbbq_1d(ji)
300               WRITE(numout,*) ' s_i_new      : ', s_i_new(ji)
301               WRITE(numout,*) ' sss_m        : ', sss_m(zji,zjj)
[921]302            ENDIF
[1572]303         END DO
304         !
305         IF( numce_dh > 0 )   meance_dh = meance_dh / numce_dh
[921]306         WRITE(numout,*) ' Error report - Category : ', jl
307         WRITE(numout,*) ' ~~~~~~~~~~~~ '
308         WRITE(numout,*) ' Number of points where there is sur. me. error : ', numce_dh
309         WRITE(numout,*) ' Mean basal growth error on error points : ', meance_dh
[1572]310         !
311      ENDIF
[825]312
[834]313      !----------------------
314      ! 3.3 Snow sublimation
315      !----------------------
[825]316
317      DO ji = kideb, kiut
318         ! if qla is positive (upwards), heat goes to the atmosphere, therefore
319         ! snow sublimates, if qla is negative (downwards), snow condensates
[1572]320         zdh_s_sub(ji)    =  - parsub * qla_ice_1d(ji) / ( rhosn * lsub ) * rdt_ice
321         dh_s_tot (ji)    =  dh_s_tot(ji) + zdh_s_sub(ji)
322         zdhcf            =  ht_s_b(ji) + zdh_s_sub(ji) 
323         ht_s_b   (ji)    =  MAX( zzero , zdhcf )
[825]324         ! we recompute dh_s_tot
[1572]325         dh_s_tot (ji)    =  ht_s_b(ji) - zhsold(ji)
326         qt_s_in  (ji,jl) =  qt_s_in(ji,jl) + zdh_s_sub(ji)*q_s_b(ji,1)
327      END DO
[825]328
[1572]329      zqt_dummy(:) = 0.e0
[825]330      DO jk = 1, nlay_s
331         DO ji = kideb,kiut
[1572]332            q_s_b    (ji,jk) = rhosn * ( cpic * ( rtt - t_s_b(ji,jk) ) + lfus )
333            zqt_dummy(ji)    =  zqt_dummy(ji) + q_s_b(ji,jk) * ht_s_b(ji) / nlay_s            ! heat conservation
[825]334         END DO
335      END DO
336
[1572]337      DO jk = 1, nlay_s
338         DO ji = kideb, kiut
339            ! In case of disparition of the snow, we have to update the snow temperatures
[825]340            zhisn  =  MAX( zzero , SIGN( zone, - ht_s_b(ji) ) )
341            t_s_b(ji,jk) = ( 1.0 - zhisn ) * t_s_b(ji,jk) + zhisn * rtt
342            q_s_b(ji,jk) = ( 1.0 - zhisn ) * q_s_b(ji,jk)
343         END DO
[921]344      END DO
[825]345
[921]346      !
347      !------------------------------------------------------------------------------!
348      ! 4) Basal growth / melt                                                       !
349      !------------------------------------------------------------------------------!
350      !
[825]351      ! Ice basal growth / melt is given by the ratio of heat budget over basal
352      ! ice heat content.  Basal heat budget is given by the difference between
353      ! the inner conductive flux  (fc_bo_i), from the open water heat flux
354      ! (qlbbqb) and the turbulent ocean flux (fbif).
[834]355      ! fc_bo_i is positive downwards. fbif and qlbbq are positive to the ice
[825]356
[834]357      !-----------------------------------------------------
358      ! 4.1 Basal growth - (a) salinity not varying in time
359      !-----------------------------------------------------
[1572]360      IF(  num_sal /= 2  .AND.  num_sal /= 4  ) THEN
[825]361         DO ji = kideb, kiut
[1572]362            IF(  ( fc_bo_i(ji) + fbif_1d(ji) + qlbbq_1d(ji) ) < 0.0  ) THEN
[825]363               s_i_new(ji)         =  sm_i_b(ji)
364               ! Melting point in K
365               ztmelts             =  - tmut * s_i_new(ji) + rtt 
366               ! New ice heat content (Bitz and Lipscomb, 1999)
367               ztform              =  t_i_b(ji,nlay_i)  ! t_bo_b crashes in the
[921]368               ! Baltic
[1572]369               q_i_b(ji,nlay_i+1)  = rhoic * (  cpic * ( ztmelts - ztform )                                &
370                  &                           + lfus * (  1.0 - ( ztmelts - rtt ) / ( ztform - rtt )  )    &
371                  &                           - rcp  * ( ztmelts - rtt )                                 )
[825]372               ! Basal growth rate = - F*dt / q
[1572]373               dh_i_bott(ji)       =  - rdt_ice*( fc_bo_i(ji) + fbif_1d(ji) + qlbbq_1d(ji) ) / q_i_b(ji,nlay_i+1) 
374            ENDIF
375         END DO
376      ENDIF
[825]377
[834]378      !-------------------------------------------------
379      ! 4.1 Basal growth - (b) salinity varying in time
380      !-------------------------------------------------
[1572]381      IF(  num_sal == 2 .OR.  num_sal == 4  ) THEN
[825]382         ! the growth rate (dh_i_bott) is function of the new ice
383         ! heat content (q_i_b(nlay_i+1)). q_i_b depends on the new ice
384         ! salinity (snewice). snewice depends on dh_i_bott
385         ! it converges quickly, so, no problem
[834]386         ! See Vancoppenolle et al., OM08 for more info on this
[825]387
388         ! Initial value (tested 1D, can be anything between 1 and 20)
389         num_iter_max = 4
[1572]390         s_i_new(:)   = 4.0
[825]391
392         ! Iterative procedure
393         DO iter = 1, num_iter_max
394            DO ji = kideb, kiut
[1572]395               IF(  fc_bo_i(ji) + fbif_1d(ji) + qlbbq_1d(ji) < 0.e0  ) THEN
[825]396                  zji = MOD( npb(ji) - 1, jpi ) + 1
397                  zjj = ( npb(ji) - 1 ) / jpi + 1
398                  ! Melting point in K
399                  ztmelts             =   - tmut * s_i_new(ji) + rtt 
400                  ! New ice heat content (Bitz and Lipscomb, 1999)
[1572]401                  q_i_b(ji,nlay_i+1)  =  rhoic * (  cpic * ( ztmelts - t_bo_b(ji) )                             &
402                     &                            + lfus * ( 1.0 - ( ztmelts - rtt ) / ( t_bo_b(ji) - rtt ) )   &
403                     &                            - rcp * ( ztmelts-rtt )                                     )
[825]404                  ! Bottom growth rate = - F*dt / q
[1572]405                  dh_i_bott(ji) =  - rdt_ice * ( fc_bo_i(ji) + fbif_1d(ji) + qlbbq_1d(ji) ) / q_i_b(ji,nlay_i+1)
[825]406                  ! New ice salinity ( Cox and Weeks, JGR, 1988 )
407                  ! zswi2  (1) if dh_i_bott/rdt .GT. 3.6e-7
408                  ! zswi12 (1) if dh_i_bott/rdt .LT. 3.6e-7 and .GT. 2.0e-8
409                  ! zswi1  (1) if dh_i_bott/rdt .LT. 2.0e-8
[1572]410                  zgrr   = MIN( 1.0e-3, MAX ( dh_i_bott(ji) / rdt_ice , epsi13 ) )
[825]411                  zswi2  = MAX( zzero , SIGN( zone , zgrr - 3.6e-7 ) ) 
412                  zswi12 = MAX( zzero , SIGN( zone , zgrr - 2.0e-8 ) ) * ( 1.0 - zswi2 )
413                  zswi1  = 1. - zswi2 * zswi12 
[1572]414                  zfracs = zswi1  * 0.12 + zswi12 * ( 0.8925 + 0.0568 * LOG( 100.0 * zgrr ) )   &
415                     &                   + zswi2  * 0.26 / ( 0.26 + 0.74 * EXP ( - 724300.0 * zgrr ) ) 
416                  zds         = zfracs * sss_m(zji,zjj) - s_i_new(ji)
[888]417                  s_i_new(ji) = zfracs * sss_m(zji,zjj)
[825]418               ENDIF ! fc_bo_i
419            END DO ! ji
420         END DO ! iter
421
422         ! Final values
423         DO ji = kideb, kiut
[1572]424            IF( ( fc_bo_i(ji) + fbif_1d(ji) + qlbbq_1d(ji) ) .LT. 0.0  ) THEN
[825]425               ! New ice salinity must not exceed 15 psu
426               s_i_new(ji) = MIN( s_i_new(ji), s_i_max )
427               ! Metling point in K
428               ztmelts     =   - tmut * s_i_new(ji) + rtt 
429               ! New ice heat content (Bitz and Lipscomb, 1999)
[1572]430               q_i_b(ji,nlay_i+1)  =  rhoic * (  cpic * ( ztmelts - t_bo_b(ji) )                              &
431                  &                            + lfus * ( 1.0 - ( ztmelts - rtt ) / ( t_bo_b(ji) - rtt ) )    &
432                  &                            - rcp * ( ztmelts - rtt )                                    )
[825]433               ! Basal growth rate = - F*dt / q
[1572]434               dh_i_bott(ji)       =  - rdt_ice*( fc_bo_i(ji) + fbif_1d(ji) + qlbbq_1d(ji) ) / q_i_b(ji,nlay_i+1) 
[834]435               ! Salinity update
[825]436               ! entrapment during bottom growth
[1572]437               dsm_i_se_1d(ji) = ( s_i_new(ji) * dh_i_bott(ji) + sm_i_b(ji) * ht_i_b(ji) )    &
438                  &            / MAX( ht_i_b(ji) + dh_i_bott(ji) ,epsi13 ) - sm_i_b(ji)
[825]439            ENDIF ! heat budget
[1572]440         END DO
441      ENDIF
[825]442
[834]443      !----------------
444      ! 4.2 Basal melt
445      !----------------
[2715]446      meance_dh = 0._wp
[1572]447      numce_dh  = 0
[2715]448      zinnermelt(:) = 0._wp
[825]449
450      DO ji = kideb, kiut
451         ! heat convergence at the surface > 0
[2715]452         IF(  ( fc_bo_i(ji) + fbif_1d(ji) + qlbbq_1d(ji) ) >= 0._wp  ) THEN
[825]453            s_i_new(ji)   =  s_i_b(ji,nlay_i)
454            zqfont_bo(ji) =  rdt_ice * ( fc_bo_i(ji) + fbif_1d(ji) + qlbbq_1d(ji) )
[2715]455            zfbase(ji)    =  zqfont_bo(ji) / rdt_ice     ! heat conservation test
456            zdq_i(ji)     =  0._wp
457            dh_i_bott(ji) =  0._wp
[825]458         ENDIF
459      END DO
460
461      DO jk = nlay_i, 1, -1
462         DO ji = kideb, kiut
463            IF (  ( fc_bo_i(ji) + fbif_1d(ji) + qlbbq_1d(ji) ) .GE. 0.0  ) THEN
[2715]464               ztmelts            =   - tmut * s_i_b(ji,jk) + rtt 
465               IF( t_i_b(ji,jk) >= ztmelts ) THEN
[825]466                  zdeltah(ji,jk)  = - zh_i(ji)
467                  dh_i_bott(ji)   = dh_i_bott(ji) + zdeltah(ji,jk)
[2715]468                  zinnermelt(ji)   = 1._wp
[825]469               ELSE  ! normal ablation
470                  zdeltah(ji,jk)  = - zqfont_bo(ji) / q_i_b(ji,jk)
[1572]471                  zqfont_bo(ji)   = MAX( 0.0 , - zh_i(ji) - zdeltah(ji,jk) ) * q_i_b(ji,jk)
[825]472                  zdeltah(ji,jk)  = MAX(zdeltah(ji,jk), - zh_i(ji) )
473                  dh_i_bott(ji)   = dh_i_bott(ji) + zdeltah(ji,jk)
[1572]474                  zdq_i(ji)       = zdq_i(ji) + zdeltah(ji,jk) * q_i_b(ji,jk) / rdt_ice
[921]475                  ! contribution to salt flux
[825]476                  zji             = MOD( npb(ji) - 1, jpi ) + 1
477                  zjj             = ( npb(ji) - 1 ) / jpi + 1
[1572]478                  zfsalt_melt(ji) = zfsalt_melt(ji) + ( sss_m(zji,zjj) - sm_i_b(ji)   ) * a_i_b(ji)   &
479                     &                              * MIN( zdeltah(ji,jk) , 0.0 ) * rhoic / rdt_ice 
[825]480               ENDIF
481            ENDIF
482         END DO ! ji
483      END DO ! jk
484
[1572]485      !                     !-------------------
486      IF( con_i ) THEN      ! Conservation test
487      !                     !-------------------
[921]488         DO ji = kideb, kiut
[1572]489            IF(  ( fc_bo_i(ji) + fbif_1d(ji) + qlbbq_1d(ji) ) >= 0.e0  ) THEN
490               IF( ( zfbase(ji) + zdq_i(ji) ) >= 1.e-3 ) THEN
491                  numce_dh  = numce_dh + 1
[921]492                  meance_dh = meance_dh + zfbase(ji) + zdq_i(ji)
493               ENDIF
494               IF ( zfbase(ji) + zdq_i(ji) .GE. 1.0e-3  ) THEN
[2715]495                  WRITE(numout,*) ' ALERTE heat loss for basal melt : zji, zjj, jl :', zji, zjj, jl
496                  WRITE(numout,*) ' ht_i_b    : ', ht_i_b(ji)
497                  WRITE(numout,*) ' zfbase    : ', zfbase(ji)
498                  WRITE(numout,*) ' zdq_i     : ', zdq_i(ji)
499                  WRITE(numout,*) ' ht_i_b    : ', ht_i_b(ji)
500                  WRITE(numout,*) ' fc_bo_i   : ', fc_bo_i(ji)
501                  WRITE(numout,*) ' fbif_1d   : ', fbif_1d(ji)
502                  WRITE(numout,*) ' qlbbq_1d  : ', qlbbq_1d(ji)
503                  WRITE(numout,*) ' s_i_new   : ', s_i_new(ji)
504                  WRITE(numout,*) ' sss_m     : ', sss_m(zji,zjj)
[921]505                  WRITE(numout,*) ' dh_i_bott : ', dh_i_bott(ji)
[2715]506                  WRITE(numout,*) ' innermelt : ', INT( zinnermelt(ji) )
[921]507               ENDIF
[1572]508            ENDIF
509         END DO
510         IF( numce_dh > 0 )   meance_dh = meance_dh / numce_dh
[921]511         WRITE(numout,*) ' Number of points where there is bas. me. error : ', numce_dh
512         WRITE(numout,*) ' Mean basal melt error on error points : ', meance_dh
513         WRITE(numout,*) ' Remaining bottom heat : ', zqfont_bo(jiindex_1d)
[1572]514         !
515      ENDIF
[825]516
[921]517      !
518      !------------------------------------------------------------------------------!
519      !  5) Pathological cases                                                       !
520      !------------------------------------------------------------------------------!
521      !
[834]522      !----------------------------------------------
523      ! 5.1 Excessive ablation in a 1-category model
524      !----------------------------------------------
[825]525
526      DO ji = kideb, kiut
[1572]527         !                     ! in a 1-category sea ice model, bottom ablation must not exceed hmelt (-0.15)
528         IF( jpl == 1 ) THEN   ;   zdhbf = MAX( hmelt , dh_i_bott(ji) )
529         ELSE                  ;   zdhbf =              dh_i_bott(ji) 
530         ENDIF
531         !                     ! excessive energy is sent to lateral ablation
532         fsup     (ji) =  rhoic * lfus * at_i_b(ji) / MAX( 1.0 - at_i_b(ji) , epsi13 )   &
533            &                          * ( zdhbf - dh_i_bott(ji) ) / rdt_ice
[825]534         dh_i_bott(ji)  = zdhbf
[1572]535         !                     !since ice volume is only used for outputs, we keep it global for all categories
536         dvbbq_1d (ji) = a_i_b(ji) * dh_i_bott(ji)
537         !                     !new ice thickness
538         zhgnew   (ji) = ht_i_b(ji) + dh_i_surf(ji) + dh_i_bott(ji)
539         !                     ! diagnostic ( bottom ice growth )
540         zji = MOD( npb(ji) - 1, jpi ) + 1
541         zjj = ( npb(ji) - 1 ) / jpi + 1
542         diag_bot_gr(zji,zjj) = diag_bot_gr(zji,zjj) + MAX(dh_i_bott(ji),0.0)*a_i_b(ji) / rdt_ice
543         diag_sur_me(zji,zjj) = diag_sur_me(zji,zjj) + MIN(dh_i_surf(ji),0.0)*a_i_b(ji) / rdt_ice
544         diag_bot_me(zji,zjj) = diag_bot_me(zji,zjj) + MIN(dh_i_bott(ji),0.0)*a_i_b(ji) / rdt_ice
[825]545      END DO
546
[834]547      !-----------------------------------
548      ! 5.2 More than available ice melts
549      !-----------------------------------
[825]550      ! then heat applied minus heat content at previous time step
551      ! should equal heat remaining
552      !
553      DO ji = kideb, kiut
554         ! Adapt the remaining energy if too much ice melts
555         !--------------------------------------------------
556         zihgnew    =  1.0 - MAX( zzero , SIGN( zone , - zhgnew(ji) ) ) !1 if ice
557         ! 0 if no more ice
[1572]558         zhgnew    (ji) =         zihgnew   * zhgnew(ji)      ! ice thickness is put to 0
[825]559         ! remaining heat
[834]560         zfdt_final(ji) = ( 1.0 - zihgnew ) * ( zqfont_su(ji) +  zqfont_bo(ji) ) 
[825]561
562         ! If snow remains, energy is used to melt snow
[1572]563         zhni =  ht_s_b(ji)      ! snow depth at previous time step
564         zihg =  MAX( zzero , SIGN ( zone , - ht_s_b(ji) ) ) ! 0 if snow
[825]565
566         ! energy of melting of remaining snow
[1572]567         zqt_s(ji) =    ( 1. - zihg ) * zqt_s(ji) / MAX( zhni, epsi13 )
568         zdhnm     =  - ( 1. - zihg ) * ( 1. - zihgnew ) * zfdt_final(ji) / MAX( zqt_s(ji) , epsi13 )
[825]569         zhnfi          =  zhni + zdhnm
[1572]570         zfdt_final(ji) =  MAX( zfdt_final(ji) + zqt_s(ji) * zdhnm , 0.0 )
[825]571         ht_s_b(ji)     =  MAX( zzero , zhnfi )
572         zqt_s(ji)      =  zqt_s(ji) * ht_s_b(ji)
573
574         ! Mass variations of ice and snow
575         !---------------------------------
[1572]576         !                                              ! mass variation of the jl category
[1571]577         zzfmass_s = - a_i_b(ji) * ( zhni       - ht_s_b(ji) ) * rhosn   ! snow
578         zzfmass_i =   a_i_b(ji) * ( zhgnew(ji) - ht_i_b(ji) ) * rhoic   ! ice 
579         !
580         zfmass_i(ji) = zzfmass_i                       ! ice variation saved to compute salt flux (see below)
581         !
582         !                                              ! mass variation cumulated over category
583         rdmsnif_1d(ji) = rdmsnif_1d(ji) + zzfmass_s                     ! snow
584         rdmicif_1d(ji) = rdmicif_1d(ji) + zzfmass_i                     ! ice
[825]585
586         ! Remaining heat to the ocean
587         !---------------------------------
[1572]588         focea(ji)  = - zfdt_final(ji) / rdt_ice         ! focea is in W.m-2 * dt
[825]589
590      END DO
591
592      ftotal_fin (:) = zfdt_final(:)  / rdt_ice
593
594      !---------------------------
595      ! Salt flux and heat fluxes                   
596      !---------------------------
597      DO ji = kideb, kiut
[1572]598         zihgnew    =  1.0 - MAX( zzero , SIGN( zone , - zhgnew(ji) ) )   !1 if ice
[825]599
600         ! Salt flux
[1572]601         zji = MOD( npb(ji) - 1, jpi ) + 1
602         zjj = ( npb(ji) - 1 ) / jpi + 1
[825]603         ! new lines
[1572]604         IF( num_sal == 4 ) THEN
605            fseqv_1d(ji) = fseqv_1d(ji) +        zihgnew  * zfsalt_melt(ji)                                &
606               &                        + (1.0 - zihgnew) * zfmass_i(ji) * ( sss_m(zji,zjj) - bulk_sal   ) / rdt_ice
607         ELSE
608            fseqv_1d(ji) = fseqv_1d(ji) +        zihgnew  * zfsalt_melt(ji)                                &
609               &                        + (1.0 - zihgnew) * zfmass_i(ji) * ( sss_m(zji,zjj) - sm_i_b(ji) ) / rdt_ice
610         ENDIF
[825]611         ! Heat flux
612         ! excessive bottom ablation energy (fsup) - 0 except if jpl = 1
613         ! excessive total ablation energy (focea) sent to the ocean
[1572]614         qfvbq_1d(ji)  = qfvbq_1d(ji) + fsup(ji) + ( 1.0 - zihgnew ) * focea(ji) * a_i_b(ji) * rdt_ice
[825]615
616         zihic   = 1.0 - MAX( zzero , SIGN( zone , -ht_i_b(ji) ) )
617         ! equals 0 if ht_i = 0, 1 if ht_i gt 0
618         fscbq_1d(ji) =  a_i_b(ji) * fstbif_1d(ji)
[1572]619         qldif_1d(ji)  = qldif_1d(ji) + fsup(ji) + ( 1.0 - zihgnew ) * focea(ji)    * a_i_b(ji) * rdt_ice   &
620            &                                    + ( 1.0 - zihic   ) * fscbq_1d(ji)             * rdt_ice
[825]621      END DO  ! ji
622
623      !-------------------------------------------
624      ! Correct temperature, energy and thickness
625      !-------------------------------------------
626      DO ji = kideb, kiut
[1572]627         zihgnew    =  1.0 - MAX( zzero , SIGN( zone , - zhgnew(ji) ) ) 
628         t_su_b(ji) =  zihgnew * t_su_b(ji) + ( 1.0 - zihgnew ) * rtt
[825]629      END DO  ! ji
630
631      DO jk = 1, nlay_i
632         DO ji = kideb, kiut
[1572]633            zihgnew      =  1.0 - MAX( zzero , SIGN( zone , - zhgnew(ji) ) ) 
634            t_i_b(ji,jk) =  zihgnew * t_i_b(ji,jk) + ( 1.0 - zihgnew ) * rtt
635            q_i_b(ji,jk) =  zihgnew * q_i_b(ji,jk)
[825]636         END DO
637      END DO  ! ji
638
639      DO ji = kideb, kiut
640         ht_i_b(ji) = zhgnew(ji)
641      END DO  ! ji
[921]642      !
643      !------------------------------------------------------------------------------|
644      !  6) Snow-Ice formation                                                       |
645      !------------------------------------------------------------------------------|
[1572]646      ! When snow load excesses Archimede's limit, snow-ice interface goes down under sea-level,
647      ! flooding of seawater transforms snow into ice dh_snowice is positive for the ice
[825]648      DO ji = kideb, kiut
[1572]649         !
650         dh_snowice(ji) = MAX(  zzero , ( rhosn * ht_s_b(ji) + (rhoic-rau0) * ht_i_b(ji) ) / ( rhosn+rau0-rhoic )  )
651         zhgnew(ji)     = MAX(  zhgnew(ji) , zhgnew(ji) + dh_snowice(ji)  )
652         zhnnew         = MIN(  ht_s_b(ji) , ht_s_b(ji) - dh_snowice(ji)  )
[825]653
[921]654         !  Changes in ice volume and ice mass.
[1572]655         dvnbq_1d  (ji) =                a_i_b(ji) * ( zhgnew(ji)-ht_i_b(ji) )
656         dmgwi_1d  (ji) = dmgwi_1d(ji) + a_i_b(ji) * ( ht_s_b(ji) - zhnnew ) * rhosn
[825]657
[1572]658         rdmicif_1d(ji) = rdmicif_1d(ji) + a_i_b(ji) * ( zhgnew(ji) - ht_i_b(ji) ) * rhoic 
659         rdmsnif_1d(ji) = rdmsnif_1d(ji) + a_i_b(ji) * ( zhnnew     - ht_s_b(ji) ) * rhosn
[825]660
[921]661         !        Equivalent salt flux (1) Snow-ice formation component
662         !        -----------------------------------------------------
[1572]663         zji = MOD( npb(ji) - 1, jpi ) + 1
664         zjj =    ( npb(ji) - 1 ) / jpi + 1
[825]665
[1572]666         IF( num_sal /= 2 ) THEN   ;   zsm_snowice = sm_i_b(ji)
667         ELSE                      ;   zsm_snowice = ( rhoic - rhosn ) / rhoic * sss_m(zji,zjj) 
668         ENDIF
669         IF( num_sal == 4 ) THEN
670            fseqv_1d(ji) = fseqv_1d(ji) + ( sss_m(zji,zjj) - bulk_sal    ) * a_i_b(ji)   &
671               &                        * ( zhgnew(ji) - ht_i_b(ji) ) * rhoic / rdt_ice
672         ELSE
673            fseqv_1d(ji) = fseqv_1d(ji) + ( sss_m(zji,zjj) - zsm_snowice ) * a_i_b(ji)   &
674               &                        * ( zhgnew(ji) - ht_i_b(ji) ) * rhoic / rdt_ice
675         ENDIF
[825]676         ! entrapment during snow ice formation
[1572]677         i_ice_switch = 1.0 - MAX( 0.e0 , SIGN( 1.0 , - ht_i_b(ji) + 1.0e-6 ) )
678         isnowic      = 1.0 - MAX( 0.e0 , SIGN( 1.0 , - dh_snowice(ji)      ) ) * i_ice_switch
679         IF(  num_sal == 2  .OR.  num_sal == 4  )   &
680            dsm_i_si_1d(ji) = ( zsm_snowice*dh_snowice(ji) &
681            &               + sm_i_b(ji) * ht_i_b(ji) / MAX( ht_i_b(ji) + dh_snowice(ji), epsi13)   &
682            &               - sm_i_b(ji) ) * isnowic     
[825]683
[921]684         !  Actualize new snow and ice thickness.
[825]685         ht_s_b(ji)  = zhnnew
686         ht_i_b(ji)  = zhgnew(ji)
687
688         ! Total ablation ! new lines added to debug
[2715]689         IF( ht_i_b(ji) <= 0._wp )   a_i_b(ji) = 0._wp
[825]690
691         ! diagnostic ( snow ice growth )
[1572]692         zji = MOD( npb(ji) - 1, jpi ) + 1
693         zjj =    ( npb(ji) - 1 ) / jpi + 1
694         diag_sni_gr(zji,zjj)  = diag_sni_gr(zji,zjj) + dh_snowice(ji)*a_i_b(ji) / rdt_ice
695         !
[825]696      END DO !ji
[2715]697      !
[3294]698      CALL wrk_dealloc( jpij, zh_i, zh_s, ztfs, zhsold, zqprec, zqfont_su, zqfont_bo, z_f_surf, zhgnew, zfmass_i )
699      CALL wrk_dealloc( jpij, zdh_s_mel, zdh_s_pre, zdh_s_sub, zfsalt_melt, zfdt_init, zfdt_final, zqt_i, zqt_s, zqt_dummy )
700      CALL wrk_dealloc( jpij, zinnermelt, zfbase, zdq_i )
701      CALL wrk_dealloc( jpij, jkmax, zdeltah, zqt_i_lay )
[2715]702      !
[921]703   END SUBROUTINE lim_thd_dh
[1572]704   
[825]705#else
[1572]706   !!----------------------------------------------------------------------
707   !!   Default option                               NO  LIM3 sea-ice model
708   !!----------------------------------------------------------------------
[825]709CONTAINS
710   SUBROUTINE lim_thd_dh          ! Empty routine
711   END SUBROUTINE lim_thd_dh
712#endif
[1572]713
714   !!======================================================================
[921]715END MODULE limthd_dh
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.