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 @ 3584

Last change on this file since 3584 was 3558, checked in by rblod, 12 years ago

Fix issues when using key_nosignedzeo, see ticket #996

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 35.5 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
[3558]26   USE lib_fortran      ! Fortran utilities (allows no signed zero when 'key_nosignedzero' defined)
[921]27
[825]28   IMPLICIT NONE
29   PRIVATE
30
[1572]31   PUBLIC   lim_thd_dh   ! called by lim_thd
[825]32
[1572]33   REAL(wp) ::   epsi20 = 1e-20   ! constant values
34   REAL(wp) ::   epsi13 = 1e-13   !
35   REAL(wp) ::   epsi16 = 1e-16   !
36   REAL(wp) ::   zzero  = 0.e0    !
37   REAL(wp) ::   zone   = 1.e0    !
[825]38
39   !!----------------------------------------------------------------------
[2715]40   !! NEMO/LIM3 4.0 , UCL - NEMO Consortium (2010)
[1156]41   !! $Id$
[2715]42   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
[825]43   !!----------------------------------------------------------------------
44CONTAINS
45
[2715]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
[2715]80      REAL(wp) ::   zzfmass_i, zihgnew                     ! local scalar
81      REAL(wp) ::   zzfmass_s, zhsnew, ztmelts             ! local scalar
[1572]82      REAL(wp) ::   zhn, zdhcf, zdhbf, zhni, zhnfi, zihg   !
[2715]83      REAL(wp) ::   zdhnm, zhnnew, zhisn, zihic, zzc       !
[1572]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
[2715]93      !
[3294]94      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zh_i        ! ice layer thickness
95      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zh_s        ! snow layer thickness
96      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   ztfs        ! melting point
97      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zhsold      ! old snow thickness
98      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zqprec      ! energy of fallen snow
99      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zqfont_su   ! incoming, remaining surface energy
100      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zqfont_bo   ! incoming, bottom energy
101      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   z_f_surf    ! surface heat for ablation
102      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zhgnew      ! new ice thickness
103      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zfmass_i    !
104
105      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zdh_s_mel     ! snow melt
106      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zdh_s_pre     ! snow precipitation
107      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zdh_s_sub     ! snow sublimation
108      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zfsalt_melt   ! salt flux due to ice melt
109
110      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:) ::   zdeltah
111
112      ! Pathological cases
113      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zfdt_init   ! total incoming heat for ice melt
114      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zfdt_final  ! total remaing heat for ice melt
115      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zqt_i       ! total ice heat content
116      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zqt_s       ! total snow heat content
117      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zqt_dummy   ! dummy heat content
118
119      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:) ::   zqt_i_lay   ! total ice heat content
120
121      ! Heat conservation
122      INTEGER  ::   num_iter_max, numce_dh
123      REAL(wp) ::   meance_dh
124      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zinnermelt
125      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:) ::   zfbase, zdq_i
[1572]126      !!------------------------------------------------------------------
[825]127
[3294]128      CALL wrk_alloc( jpij, zh_i, zh_s, ztfs, zhsold, zqprec, zqfont_su, zqfont_bo, z_f_surf, zhgnew, zfmass_i )
129      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 )
130      CALL wrk_alloc( jpij, zinnermelt, zfbase, zdq_i )
131      CALL wrk_alloc( jpij, jkmax, zdeltah, zqt_i_lay )
[825]132
[2715]133      zfsalt_melt(:)  = 0._wp
134      ftotal_fin(:)   = 0._wp
135      zfdt_init(:)    = 0._wp
136      zfdt_final(:)   = 0._wp
137
[825]138      DO ji = kideb, kiut
139         old_ht_i_b(ji) = ht_i_b(ji)
140         old_ht_s_b(ji) = ht_s_b(ji)
141      END DO
[921]142      !
143      !------------------------------------------------------------------------------!
144      !  1) Calculate available heat for surface ablation                            !
145      !------------------------------------------------------------------------------!
146      !
[2715]147      DO ji = kideb, kiut
[825]148         isnow         = INT( 1.0 - MAX ( 0.0 , SIGN ( 1.0 , - ht_s_b(ji) ) ) )
149         ztfs(ji)      = isnow * rtt + ( 1.0 - isnow ) * rtt
[1572]150         z_f_surf(ji)  = qnsr_ice_1d(ji) + ( 1.0 - i0(ji) ) * qsr_ice_1d(ji) - fc_su(ji)
151         z_f_surf(ji)  = MAX( zzero , z_f_surf(ji) ) * MAX( zzero , SIGN( zone , t_su_b(ji) - ztfs(ji) ) )
152         zfdt_init(ji) = ( z_f_surf(ji) + MAX( fbif_1d(ji) + qlbbq_1d(ji) + fc_bo_i(ji),0.0 ) ) * rdt_ice
[825]153      END DO ! ji
154
[2715]155      zqfont_su  (:) = 0._wp
156      zqfont_bo  (:) = 0._wp
157      dsm_i_se_1d(:) = 0._wp     
158      dsm_i_si_1d(:) = 0._wp   
[921]159      !
160      !------------------------------------------------------------------------------!
161      !  2) Computing layer thicknesses and  snow and sea-ice enthalpies.            !
162      !------------------------------------------------------------------------------!
163      !
[2715]164      DO ji = kideb, kiut     ! Layer thickness
[825]165         zh_i(ji) = ht_i_b(ji) / nlay_i
166         zh_s(ji) = ht_s_b(ji) / nlay_s
167      END DO
[2715]168      !
169      zqt_s(:) = 0._wp        ! Total enthalpy of the snow
[825]170      DO jk = 1, nlay_s
[2715]171         DO ji = kideb, kiut
[1572]172            zqt_s(ji) =  zqt_s(ji) + q_s_b(ji,jk) * ht_s_b(ji) / nlay_s
[825]173         END DO
174      END DO
[2715]175      !
176      zqt_i(:) = 0._wp        ! Total enthalpy of the ice
[825]177      DO jk = 1, nlay_i
[2715]178         DO ji = kideb, kiut
179            zzc = q_i_b(ji,jk) * ht_i_b(ji) / nlay_i
180            zqt_i(ji)        =  zqt_i(ji) + zzc
181            zqt_i_lay(ji,jk) =              zzc
[825]182         END DO
183      END DO
[921]184      !
185      !------------------------------------------------------------------------------|
186      !  3) Surface ablation and sublimation                                         |
187      !------------------------------------------------------------------------------|
188      !
[834]189      !-------------------------
190      ! 3.1 Snow precips / melt
191      !-------------------------
[825]192      ! Snow accumulation in one thermodynamic time step
193      ! snowfall is partitionned between leads and ice
194      ! if snow fall was uniform, a fraction (1-at_i) would fall into leads
195      ! but because of the winds, more snow falls on leads than on sea ice
196      ! and a greater fraction (1-at_i)^beta of the total mass of snow
[834]197      ! (beta < 1) falls in leads.
[825]198      ! In reality, beta depends on wind speed,
199      ! and should decrease with increasing wind speed but here, it is
[834]200      ! considered as a constant. an average value is 0.66
[825]201      ! Martin Vancoppenolle, December 2006
202
203      ! Snow fall
204      DO ji = kideb, kiut
205         zcoeff = ( 1.0 - ( 1.0 - at_i_b(ji) )**betas ) / at_i_b(ji) 
206         zdh_s_pre(ji) = zcoeff * sprecip_1d(ji) * rdt_ice / rhosn
207      END DO
[2715]208      zdh_s_mel(:) =  0._wp
[825]209
210      ! Melt of fallen snow
211      DO ji = kideb, kiut
212         ! tatm_ice is now in K
[1572]213         zqprec   (ji)   =  rhosn * ( cpic * ( rtt - tatm_ice_1d(ji) ) + lfus ) 
214         zqfont_su(ji)   =  z_f_surf(ji) * rdt_ice
215         zdeltah  (ji,1) =  MIN( 0.e0 , - zqfont_su(ji) / MAX( zqprec(ji) , epsi13 ) )
216         zqfont_su(ji)   =  MAX( 0.e0 , - zdh_s_pre(ji) - zdeltah(ji,1)              ) * zqprec(ji)
217         zdeltah  (ji,1) =  MAX( - zdh_s_pre(ji) , zdeltah(ji,1) )
218         zdh_s_mel(ji)   =  zdh_s_mel(ji) + zdeltah(ji,1)
[825]219         ! heat conservation
[1572]220         qt_s_in(ji,jl)  =  qt_s_in(ji,jl) + zqprec(ji) * zdh_s_pre(ji)
221         zqt_s  (ji)     =  zqt_s  (ji)    + zqprec(ji) * zdh_s_pre(ji)
222         zqt_s  (ji)     =  MAX( zqt_s(ji) - zqfont_su(ji) , 0.e0 ) 
[825]223      END DO
224
225
226      ! Snow melt due to surface heat imbalance
227      DO jk = 1, nlay_s
228         DO ji = kideb, kiut
[1572]229            zdeltah  (ji,jk) = - zqfont_su(ji) / q_s_b(ji,jk)
230            zqfont_su(ji)    =  MAX( 0.0 , - zh_s(ji) - zdeltah(ji,jk) ) * q_s_b(ji,jk) 
231            zdeltah  (ji,jk) =  MAX( zdeltah(ji,jk) , - zh_s(ji) )
232            zdh_s_mel(ji)    =  zdh_s_mel(ji) + zdeltah(ji,jk)        ! resulting melt of snow   
[825]233         END DO
234      END DO
235
236      ! Apply snow melt to snow depth
237      DO ji = kideb, kiut
238         dh_s_tot(ji)   =  zdh_s_mel(ji) + zdh_s_pre(ji)
239         ! Old and new snow depths
240         zhsold(ji)     =  ht_s_b(ji)
241         zhsnew         =  ht_s_b(ji) + dh_s_tot(ji)
242         ! If snow is still present zhn = 1, else zhn = 0
243         zhn            =  1.0 - MAX( zzero , SIGN( zone , - zhsnew ) )
244         ht_s_b(ji)     =  MAX( zzero , zhsnew )
245         ! Volume and mass variations of snow
[1572]246         dvsbq_1d  (ji) =  a_i_b(ji) * ( ht_s_b(ji) - zhsold(ji) - zdh_s_mel(ji) )
247         dvsbq_1d  (ji) =  MIN( zzero, dvsbq_1d(ji) )
[1571]248         rdmsnif_1d(ji) =  rdmsnif_1d(ji) + rhosn * dvsbq_1d(ji)
[825]249      END DO ! ji
250
[834]251      !--------------------------
252      ! 3.2 Surface ice ablation
253      !--------------------------
[825]254      DO ji = kideb, kiut 
[2715]255         dh_i_surf(ji) =  0._wp
[1572]256         z_f_surf (ji) =  zqfont_su(ji) / rdt_ice ! heat conservation test
[2715]257         zdq_i    (ji) =  0._wp
[825]258      END DO ! ji
259
260      DO jk = 1, nlay_i
261         DO ji = kideb, kiut 
[1572]262            !                                                    ! melt of layer jk
263            zdeltah  (ji,jk) = - zqfont_su(ji) / q_i_b(ji,jk)
264            !                                                    ! recompute heat available
265            zqfont_su(ji)    = MAX( 0.0 , - zh_i(ji) - zdeltah(ji,jk) ) * q_i_b(ji,jk) 
266            !                                                    ! melt of layer jk cannot be higher than its thickness
267            zdeltah  (ji,jk) = MAX( zdeltah(ji,jk) , - zh_i(ji) )
268            !                                                    ! update surface melt
269            dh_i_surf(ji)    = dh_i_surf(ji) + zdeltah(ji,jk) 
270            !                                                    ! for energy conservation
271            zdq_i    (ji)    = zdq_i(ji) + zdeltah(ji,jk) * q_i_b(ji,jk) / rdt_ice
272            !
[834]273            ! contribution to ice-ocean salt flux
[2715]274            zji = MOD( npb(ji) - 1 , jpi ) + 1
275            zjj =    ( npb(ji) - 1 ) / jpi + 1
[1572]276            zfsalt_melt(ji) = zfsalt_melt(ji) + ( sss_m(zji,zjj) - sm_i_b(ji) ) * a_i_b(ji)    &
277               &                              * MIN( zdeltah(ji,jk) , 0.e0 ) * rhoic / rdt_ice 
278         END DO
279      END DO
[825]280
[1572]281      !                     !-------------------
282      IF( con_i ) THEN      ! Conservation test
283         !                  !-------------------
284         numce_dh  = 0
[2715]285         meance_dh = 0._wp
[921]286         DO ji = kideb, kiut
287            IF ( ( z_f_surf(ji) + zdq_i(ji) ) .GE. 1.0e-3 ) THEN
288               numce_dh  = numce_dh + 1
289               meance_dh = meance_dh + z_f_surf(ji) + zdq_i(ji)
290            ENDIF
[1572]291            IF( z_f_surf(ji) + zdq_i(ji) .GE. 1.0e-3  ) THEN!
[921]292               WRITE(numout,*) ' ALERTE heat loss for surface melt '
293               WRITE(numout,*) ' zji, zjj, jl :', zji, zjj, jl
[2715]294               WRITE(numout,*) ' ht_i_b       : ', ht_i_b(ji)
295               WRITE(numout,*) ' z_f_surf     : ', z_f_surf(ji)
296               WRITE(numout,*) ' zdq_i        : ', zdq_i(ji)
297               WRITE(numout,*) ' ht_i_b       : ', ht_i_b(ji)
298               WRITE(numout,*) ' fc_bo_i      : ', fc_bo_i(ji)
299               WRITE(numout,*) ' fbif_1d      : ', fbif_1d(ji)
300               WRITE(numout,*) ' qlbbq_1d     : ', qlbbq_1d(ji)
301               WRITE(numout,*) ' s_i_new      : ', s_i_new(ji)
302               WRITE(numout,*) ' sss_m        : ', sss_m(zji,zjj)
[921]303            ENDIF
[1572]304         END DO
305         !
306         IF( numce_dh > 0 )   meance_dh = meance_dh / numce_dh
[921]307         WRITE(numout,*) ' Error report - Category : ', jl
308         WRITE(numout,*) ' ~~~~~~~~~~~~ '
309         WRITE(numout,*) ' Number of points where there is sur. me. error : ', numce_dh
310         WRITE(numout,*) ' Mean basal growth error on error points : ', meance_dh
[1572]311         !
312      ENDIF
[825]313
[834]314      !----------------------
315      ! 3.3 Snow sublimation
316      !----------------------
[825]317
318      DO ji = kideb, kiut
319         ! if qla is positive (upwards), heat goes to the atmosphere, therefore
320         ! snow sublimates, if qla is negative (downwards), snow condensates
[1572]321         zdh_s_sub(ji)    =  - parsub * qla_ice_1d(ji) / ( rhosn * lsub ) * rdt_ice
322         dh_s_tot (ji)    =  dh_s_tot(ji) + zdh_s_sub(ji)
323         zdhcf            =  ht_s_b(ji) + zdh_s_sub(ji) 
324         ht_s_b   (ji)    =  MAX( zzero , zdhcf )
[825]325         ! we recompute dh_s_tot
[1572]326         dh_s_tot (ji)    =  ht_s_b(ji) - zhsold(ji)
327         qt_s_in  (ji,jl) =  qt_s_in(ji,jl) + zdh_s_sub(ji)*q_s_b(ji,1)
328      END DO
[825]329
[1572]330      zqt_dummy(:) = 0.e0
[825]331      DO jk = 1, nlay_s
332         DO ji = kideb,kiut
[1572]333            q_s_b    (ji,jk) = rhosn * ( cpic * ( rtt - t_s_b(ji,jk) ) + lfus )
334            zqt_dummy(ji)    =  zqt_dummy(ji) + q_s_b(ji,jk) * ht_s_b(ji) / nlay_s            ! heat conservation
[825]335         END DO
336      END DO
337
[1572]338      DO jk = 1, nlay_s
339         DO ji = kideb, kiut
340            ! In case of disparition of the snow, we have to update the snow temperatures
[825]341            zhisn  =  MAX( zzero , SIGN( zone, - ht_s_b(ji) ) )
342            t_s_b(ji,jk) = ( 1.0 - zhisn ) * t_s_b(ji,jk) + zhisn * rtt
343            q_s_b(ji,jk) = ( 1.0 - zhisn ) * q_s_b(ji,jk)
344         END DO
[921]345      END DO
[825]346
[921]347      !
348      !------------------------------------------------------------------------------!
349      ! 4) Basal growth / melt                                                       !
350      !------------------------------------------------------------------------------!
351      !
[825]352      ! Ice basal growth / melt is given by the ratio of heat budget over basal
353      ! ice heat content.  Basal heat budget is given by the difference between
354      ! the inner conductive flux  (fc_bo_i), from the open water heat flux
355      ! (qlbbqb) and the turbulent ocean flux (fbif).
[834]356      ! fc_bo_i is positive downwards. fbif and qlbbq are positive to the ice
[825]357
[834]358      !-----------------------------------------------------
359      ! 4.1 Basal growth - (a) salinity not varying in time
360      !-----------------------------------------------------
[1572]361      IF(  num_sal /= 2  .AND.  num_sal /= 4  ) THEN
[825]362         DO ji = kideb, kiut
[1572]363            IF(  ( fc_bo_i(ji) + fbif_1d(ji) + qlbbq_1d(ji) ) < 0.0  ) THEN
[825]364               s_i_new(ji)         =  sm_i_b(ji)
365               ! Melting point in K
366               ztmelts             =  - tmut * s_i_new(ji) + rtt 
367               ! New ice heat content (Bitz and Lipscomb, 1999)
368               ztform              =  t_i_b(ji,nlay_i)  ! t_bo_b crashes in the
[921]369               ! Baltic
[1572]370               q_i_b(ji,nlay_i+1)  = rhoic * (  cpic * ( ztmelts - ztform )                                &
371                  &                           + lfus * (  1.0 - ( ztmelts - rtt ) / ( ztform - rtt )  )    &
372                  &                           - rcp  * ( ztmelts - rtt )                                 )
[825]373               ! Basal growth rate = - F*dt / q
[1572]374               dh_i_bott(ji)       =  - rdt_ice*( fc_bo_i(ji) + fbif_1d(ji) + qlbbq_1d(ji) ) / q_i_b(ji,nlay_i+1) 
375            ENDIF
376         END DO
377      ENDIF
[825]378
[834]379      !-------------------------------------------------
380      ! 4.1 Basal growth - (b) salinity varying in time
381      !-------------------------------------------------
[1572]382      IF(  num_sal == 2 .OR.  num_sal == 4  ) THEN
[825]383         ! the growth rate (dh_i_bott) is function of the new ice
384         ! heat content (q_i_b(nlay_i+1)). q_i_b depends on the new ice
385         ! salinity (snewice). snewice depends on dh_i_bott
386         ! it converges quickly, so, no problem
[834]387         ! See Vancoppenolle et al., OM08 for more info on this
[825]388
389         ! Initial value (tested 1D, can be anything between 1 and 20)
390         num_iter_max = 4
[1572]391         s_i_new(:)   = 4.0
[825]392
393         ! Iterative procedure
394         DO iter = 1, num_iter_max
395            DO ji = kideb, kiut
[1572]396               IF(  fc_bo_i(ji) + fbif_1d(ji) + qlbbq_1d(ji) < 0.e0  ) THEN
[825]397                  zji = MOD( npb(ji) - 1, jpi ) + 1
398                  zjj = ( npb(ji) - 1 ) / jpi + 1
399                  ! Melting point in K
400                  ztmelts             =   - tmut * s_i_new(ji) + rtt 
401                  ! New ice heat content (Bitz and Lipscomb, 1999)
[1572]402                  q_i_b(ji,nlay_i+1)  =  rhoic * (  cpic * ( ztmelts - t_bo_b(ji) )                             &
403                     &                            + lfus * ( 1.0 - ( ztmelts - rtt ) / ( t_bo_b(ji) - rtt ) )   &
404                     &                            - rcp * ( ztmelts-rtt )                                     )
[825]405                  ! Bottom growth rate = - F*dt / q
[1572]406                  dh_i_bott(ji) =  - rdt_ice * ( fc_bo_i(ji) + fbif_1d(ji) + qlbbq_1d(ji) ) / q_i_b(ji,nlay_i+1)
[825]407                  ! New ice salinity ( Cox and Weeks, JGR, 1988 )
408                  ! zswi2  (1) if dh_i_bott/rdt .GT. 3.6e-7
409                  ! zswi12 (1) if dh_i_bott/rdt .LT. 3.6e-7 and .GT. 2.0e-8
410                  ! zswi1  (1) if dh_i_bott/rdt .LT. 2.0e-8
[1572]411                  zgrr   = MIN( 1.0e-3, MAX ( dh_i_bott(ji) / rdt_ice , epsi13 ) )
[825]412                  zswi2  = MAX( zzero , SIGN( zone , zgrr - 3.6e-7 ) ) 
413                  zswi12 = MAX( zzero , SIGN( zone , zgrr - 2.0e-8 ) ) * ( 1.0 - zswi2 )
414                  zswi1  = 1. - zswi2 * zswi12 
[1572]415                  zfracs = zswi1  * 0.12 + zswi12 * ( 0.8925 + 0.0568 * LOG( 100.0 * zgrr ) )   &
416                     &                   + zswi2  * 0.26 / ( 0.26 + 0.74 * EXP ( - 724300.0 * zgrr ) ) 
417                  zds         = zfracs * sss_m(zji,zjj) - s_i_new(ji)
[888]418                  s_i_new(ji) = zfracs * sss_m(zji,zjj)
[825]419               ENDIF ! fc_bo_i
420            END DO ! ji
421         END DO ! iter
422
423         ! Final values
424         DO ji = kideb, kiut
[1572]425            IF( ( fc_bo_i(ji) + fbif_1d(ji) + qlbbq_1d(ji) ) .LT. 0.0  ) THEN
[825]426               ! New ice salinity must not exceed 15 psu
427               s_i_new(ji) = MIN( s_i_new(ji), s_i_max )
428               ! Metling point in K
429               ztmelts     =   - tmut * s_i_new(ji) + rtt 
430               ! New ice heat content (Bitz and Lipscomb, 1999)
[1572]431               q_i_b(ji,nlay_i+1)  =  rhoic * (  cpic * ( ztmelts - t_bo_b(ji) )                              &
432                  &                            + lfus * ( 1.0 - ( ztmelts - rtt ) / ( t_bo_b(ji) - rtt ) )    &
433                  &                            - rcp * ( ztmelts - rtt )                                    )
[825]434               ! Basal growth rate = - F*dt / q
[1572]435               dh_i_bott(ji)       =  - rdt_ice*( fc_bo_i(ji) + fbif_1d(ji) + qlbbq_1d(ji) ) / q_i_b(ji,nlay_i+1) 
[834]436               ! Salinity update
[825]437               ! entrapment during bottom growth
[1572]438               dsm_i_se_1d(ji) = ( s_i_new(ji) * dh_i_bott(ji) + sm_i_b(ji) * ht_i_b(ji) )    &
439                  &            / MAX( ht_i_b(ji) + dh_i_bott(ji) ,epsi13 ) - sm_i_b(ji)
[825]440            ENDIF ! heat budget
[1572]441         END DO
442      ENDIF
[825]443
[834]444      !----------------
445      ! 4.2 Basal melt
446      !----------------
[2715]447      meance_dh = 0._wp
[1572]448      numce_dh  = 0
[2715]449      zinnermelt(:) = 0._wp
[825]450
451      DO ji = kideb, kiut
452         ! heat convergence at the surface > 0
[2715]453         IF(  ( fc_bo_i(ji) + fbif_1d(ji) + qlbbq_1d(ji) ) >= 0._wp  ) THEN
[825]454            s_i_new(ji)   =  s_i_b(ji,nlay_i)
455            zqfont_bo(ji) =  rdt_ice * ( fc_bo_i(ji) + fbif_1d(ji) + qlbbq_1d(ji) )
[2715]456            zfbase(ji)    =  zqfont_bo(ji) / rdt_ice     ! heat conservation test
457            zdq_i(ji)     =  0._wp
458            dh_i_bott(ji) =  0._wp
[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
[2715]465               ztmelts            =   - tmut * s_i_b(ji,jk) + rtt 
466               IF( t_i_b(ji,jk) >= ztmelts ) THEN
[825]467                  zdeltah(ji,jk)  = - zh_i(ji)
468                  dh_i_bott(ji)   = dh_i_bott(ji) + zdeltah(ji,jk)
[2715]469                  zinnermelt(ji)   = 1._wp
[825]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
[2715]496                  WRITE(numout,*) ' ALERTE heat loss for basal melt : zji, zjj, jl :', zji, zjj, jl
497                  WRITE(numout,*) ' ht_i_b    : ', ht_i_b(ji)
498                  WRITE(numout,*) ' zfbase    : ', zfbase(ji)
499                  WRITE(numout,*) ' zdq_i     : ', zdq_i(ji)
500                  WRITE(numout,*) ' ht_i_b    : ', ht_i_b(ji)
501                  WRITE(numout,*) ' fc_bo_i   : ', fc_bo_i(ji)
502                  WRITE(numout,*) ' fbif_1d   : ', fbif_1d(ji)
503                  WRITE(numout,*) ' qlbbq_1d  : ', qlbbq_1d(ji)
504                  WRITE(numout,*) ' s_i_new   : ', s_i_new(ji)
505                  WRITE(numout,*) ' sss_m     : ', sss_m(zji,zjj)
[921]506                  WRITE(numout,*) ' dh_i_bott : ', dh_i_bott(ji)
[2715]507                  WRITE(numout,*) ' innermelt : ', INT( zinnermelt(ji) )
[921]508               ENDIF
[1572]509            ENDIF
510         END DO
511         IF( numce_dh > 0 )   meance_dh = meance_dh / numce_dh
[921]512         WRITE(numout,*) ' Number of points where there is bas. me. error : ', numce_dh
513         WRITE(numout,*) ' Mean basal melt error on error points : ', meance_dh
514         WRITE(numout,*) ' Remaining bottom heat : ', zqfont_bo(jiindex_1d)
[1572]515         !
516      ENDIF
[825]517
[921]518      !
519      !------------------------------------------------------------------------------!
520      !  5) Pathological cases                                                       !
521      !------------------------------------------------------------------------------!
522      !
[834]523      !----------------------------------------------
524      ! 5.1 Excessive ablation in a 1-category model
525      !----------------------------------------------
[825]526
527      DO ji = kideb, kiut
[1572]528         !                     ! in a 1-category sea ice model, bottom ablation must not exceed hmelt (-0.15)
529         IF( jpl == 1 ) THEN   ;   zdhbf = MAX( hmelt , dh_i_bott(ji) )
530         ELSE                  ;   zdhbf =              dh_i_bott(ji) 
531         ENDIF
532         !                     ! excessive energy is sent to lateral ablation
533         fsup     (ji) =  rhoic * lfus * at_i_b(ji) / MAX( 1.0 - at_i_b(ji) , epsi13 )   &
534            &                          * ( zdhbf - dh_i_bott(ji) ) / rdt_ice
[825]535         dh_i_bott(ji)  = zdhbf
[1572]536         !                     !since ice volume is only used for outputs, we keep it global for all categories
537         dvbbq_1d (ji) = a_i_b(ji) * dh_i_bott(ji)
538         !                     !new ice thickness
539         zhgnew   (ji) = ht_i_b(ji) + dh_i_surf(ji) + dh_i_bott(ji)
540         !                     ! diagnostic ( bottom ice growth )
541         zji = MOD( npb(ji) - 1, jpi ) + 1
542         zjj = ( npb(ji) - 1 ) / jpi + 1
543         diag_bot_gr(zji,zjj) = diag_bot_gr(zji,zjj) + MAX(dh_i_bott(ji),0.0)*a_i_b(ji) / rdt_ice
544         diag_sur_me(zji,zjj) = diag_sur_me(zji,zjj) + MIN(dh_i_surf(ji),0.0)*a_i_b(ji) / rdt_ice
545         diag_bot_me(zji,zjj) = diag_bot_me(zji,zjj) + MIN(dh_i_bott(ji),0.0)*a_i_b(ji) / rdt_ice
[825]546      END DO
547
[834]548      !-----------------------------------
549      ! 5.2 More than available ice melts
550      !-----------------------------------
[825]551      ! then heat applied minus heat content at previous time step
552      ! should equal heat remaining
553      !
554      DO ji = kideb, kiut
555         ! Adapt the remaining energy if too much ice melts
556         !--------------------------------------------------
557         zihgnew    =  1.0 - MAX( zzero , SIGN( zone , - zhgnew(ji) ) ) !1 if ice
558         ! 0 if no more ice
[1572]559         zhgnew    (ji) =         zihgnew   * zhgnew(ji)      ! ice thickness is put to 0
[825]560         ! remaining heat
[834]561         zfdt_final(ji) = ( 1.0 - zihgnew ) * ( zqfont_su(ji) +  zqfont_bo(ji) ) 
[825]562
563         ! If snow remains, energy is used to melt snow
[1572]564         zhni =  ht_s_b(ji)      ! snow depth at previous time step
565         zihg =  MAX( zzero , SIGN ( zone , - ht_s_b(ji) ) ) ! 0 if snow
[825]566
567         ! energy of melting of remaining snow
[1572]568         zqt_s(ji) =    ( 1. - zihg ) * zqt_s(ji) / MAX( zhni, epsi13 )
569         zdhnm     =  - ( 1. - zihg ) * ( 1. - zihgnew ) * zfdt_final(ji) / MAX( zqt_s(ji) , epsi13 )
[825]570         zhnfi          =  zhni + zdhnm
[1572]571         zfdt_final(ji) =  MAX( zfdt_final(ji) + zqt_s(ji) * zdhnm , 0.0 )
[825]572         ht_s_b(ji)     =  MAX( zzero , zhnfi )
573         zqt_s(ji)      =  zqt_s(ji) * ht_s_b(ji)
574
575         ! Mass variations of ice and snow
576         !---------------------------------
[1572]577         !                                              ! mass variation of the jl category
[1571]578         zzfmass_s = - a_i_b(ji) * ( zhni       - ht_s_b(ji) ) * rhosn   ! snow
579         zzfmass_i =   a_i_b(ji) * ( zhgnew(ji) - ht_i_b(ji) ) * rhoic   ! ice 
580         !
581         zfmass_i(ji) = zzfmass_i                       ! ice variation saved to compute salt flux (see below)
582         !
583         !                                              ! mass variation cumulated over category
584         rdmsnif_1d(ji) = rdmsnif_1d(ji) + zzfmass_s                     ! snow
585         rdmicif_1d(ji) = rdmicif_1d(ji) + zzfmass_i                     ! ice
[825]586
587         ! Remaining heat to the ocean
588         !---------------------------------
[1572]589         focea(ji)  = - zfdt_final(ji) / rdt_ice         ! focea is in W.m-2 * dt
[825]590
591      END DO
592
593      ftotal_fin (:) = zfdt_final(:)  / rdt_ice
594
595      !---------------------------
596      ! Salt flux and heat fluxes                   
597      !---------------------------
598      DO ji = kideb, kiut
[1572]599         zihgnew    =  1.0 - MAX( zzero , SIGN( zone , - zhgnew(ji) ) )   !1 if ice
[825]600
601         ! Salt flux
[1572]602         zji = MOD( npb(ji) - 1, jpi ) + 1
603         zjj = ( npb(ji) - 1 ) / jpi + 1
[825]604         ! new lines
[1572]605         IF( num_sal == 4 ) THEN
606            fseqv_1d(ji) = fseqv_1d(ji) +        zihgnew  * zfsalt_melt(ji)                                &
607               &                        + (1.0 - zihgnew) * zfmass_i(ji) * ( sss_m(zji,zjj) - bulk_sal   ) / rdt_ice
608         ELSE
609            fseqv_1d(ji) = fseqv_1d(ji) +        zihgnew  * zfsalt_melt(ji)                                &
610               &                        + (1.0 - zihgnew) * zfmass_i(ji) * ( sss_m(zji,zjj) - sm_i_b(ji) ) / rdt_ice
611         ENDIF
[825]612         ! Heat flux
613         ! excessive bottom ablation energy (fsup) - 0 except if jpl = 1
614         ! excessive total ablation energy (focea) sent to the ocean
[1572]615         qfvbq_1d(ji)  = qfvbq_1d(ji) + fsup(ji) + ( 1.0 - zihgnew ) * focea(ji) * a_i_b(ji) * rdt_ice
[825]616
617         zihic   = 1.0 - MAX( zzero , SIGN( zone , -ht_i_b(ji) ) )
618         ! equals 0 if ht_i = 0, 1 if ht_i gt 0
619         fscbq_1d(ji) =  a_i_b(ji) * fstbif_1d(ji)
[1572]620         qldif_1d(ji)  = qldif_1d(ji) + fsup(ji) + ( 1.0 - zihgnew ) * focea(ji)    * a_i_b(ji) * rdt_ice   &
621            &                                    + ( 1.0 - zihic   ) * fscbq_1d(ji)             * rdt_ice
[825]622      END DO  ! ji
623
624      !-------------------------------------------
625      ! Correct temperature, energy and thickness
626      !-------------------------------------------
627      DO ji = kideb, kiut
[1572]628         zihgnew    =  1.0 - MAX( zzero , SIGN( zone , - zhgnew(ji) ) ) 
629         t_su_b(ji) =  zihgnew * t_su_b(ji) + ( 1.0 - zihgnew ) * rtt
[825]630      END DO  ! ji
631
632      DO jk = 1, nlay_i
633         DO ji = kideb, kiut
[1572]634            zihgnew      =  1.0 - MAX( zzero , SIGN( zone , - zhgnew(ji) ) ) 
635            t_i_b(ji,jk) =  zihgnew * t_i_b(ji,jk) + ( 1.0 - zihgnew ) * rtt
636            q_i_b(ji,jk) =  zihgnew * q_i_b(ji,jk)
[825]637         END DO
638      END DO  ! ji
639
640      DO ji = kideb, kiut
641         ht_i_b(ji) = zhgnew(ji)
642      END DO  ! ji
[921]643      !
644      !------------------------------------------------------------------------------|
645      !  6) Snow-Ice formation                                                       |
646      !------------------------------------------------------------------------------|
[1572]647      ! When snow load excesses Archimede's limit, snow-ice interface goes down under sea-level,
648      ! flooding of seawater transforms snow into ice dh_snowice is positive for the ice
[825]649      DO ji = kideb, kiut
[1572]650         !
651         dh_snowice(ji) = MAX(  zzero , ( rhosn * ht_s_b(ji) + (rhoic-rau0) * ht_i_b(ji) ) / ( rhosn+rau0-rhoic )  )
652         zhgnew(ji)     = MAX(  zhgnew(ji) , zhgnew(ji) + dh_snowice(ji)  )
653         zhnnew         = MIN(  ht_s_b(ji) , ht_s_b(ji) - dh_snowice(ji)  )
[825]654
[921]655         !  Changes in ice volume and ice mass.
[1572]656         dvnbq_1d  (ji) =                a_i_b(ji) * ( zhgnew(ji)-ht_i_b(ji) )
657         dmgwi_1d  (ji) = dmgwi_1d(ji) + a_i_b(ji) * ( ht_s_b(ji) - zhnnew ) * rhosn
[825]658
[1572]659         rdmicif_1d(ji) = rdmicif_1d(ji) + a_i_b(ji) * ( zhgnew(ji) - ht_i_b(ji) ) * rhoic 
660         rdmsnif_1d(ji) = rdmsnif_1d(ji) + a_i_b(ji) * ( zhnnew     - ht_s_b(ji) ) * rhosn
[825]661
[921]662         !        Equivalent salt flux (1) Snow-ice formation component
663         !        -----------------------------------------------------
[1572]664         zji = MOD( npb(ji) - 1, jpi ) + 1
665         zjj =    ( npb(ji) - 1 ) / jpi + 1
[825]666
[1572]667         IF( num_sal /= 2 ) THEN   ;   zsm_snowice = sm_i_b(ji)
668         ELSE                      ;   zsm_snowice = ( rhoic - rhosn ) / rhoic * sss_m(zji,zjj) 
669         ENDIF
670         IF( num_sal == 4 ) THEN
671            fseqv_1d(ji) = fseqv_1d(ji) + ( sss_m(zji,zjj) - bulk_sal    ) * a_i_b(ji)   &
672               &                        * ( zhgnew(ji) - ht_i_b(ji) ) * rhoic / rdt_ice
673         ELSE
674            fseqv_1d(ji) = fseqv_1d(ji) + ( sss_m(zji,zjj) - zsm_snowice ) * a_i_b(ji)   &
675               &                        * ( zhgnew(ji) - ht_i_b(ji) ) * rhoic / rdt_ice
676         ENDIF
[825]677         ! entrapment during snow ice formation
[1572]678         i_ice_switch = 1.0 - MAX( 0.e0 , SIGN( 1.0 , - ht_i_b(ji) + 1.0e-6 ) )
679         isnowic      = 1.0 - MAX( 0.e0 , SIGN( 1.0 , - dh_snowice(ji)      ) ) * i_ice_switch
680         IF(  num_sal == 2  .OR.  num_sal == 4  )   &
681            dsm_i_si_1d(ji) = ( zsm_snowice*dh_snowice(ji) &
682            &               + sm_i_b(ji) * ht_i_b(ji) / MAX( ht_i_b(ji) + dh_snowice(ji), epsi13)   &
683            &               - sm_i_b(ji) ) * isnowic     
[825]684
[921]685         !  Actualize new snow and ice thickness.
[825]686         ht_s_b(ji)  = zhnnew
687         ht_i_b(ji)  = zhgnew(ji)
688
689         ! Total ablation ! new lines added to debug
[2715]690         IF( ht_i_b(ji) <= 0._wp )   a_i_b(ji) = 0._wp
[825]691
692         ! diagnostic ( snow ice growth )
[1572]693         zji = MOD( npb(ji) - 1, jpi ) + 1
694         zjj =    ( npb(ji) - 1 ) / jpi + 1
695         diag_sni_gr(zji,zjj)  = diag_sni_gr(zji,zjj) + dh_snowice(ji)*a_i_b(ji) / rdt_ice
696         !
[825]697      END DO !ji
[2715]698      !
[3294]699      CALL wrk_dealloc( jpij, zh_i, zh_s, ztfs, zhsold, zqprec, zqfont_su, zqfont_bo, z_f_surf, zhgnew, zfmass_i )
700      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 )
701      CALL wrk_dealloc( jpij, zinnermelt, zfbase, zdq_i )
702      CALL wrk_dealloc( jpij, jkmax, zdeltah, zqt_i_lay )
[2715]703      !
[921]704   END SUBROUTINE lim_thd_dh
[1572]705   
[825]706#else
[1572]707   !!----------------------------------------------------------------------
708   !!   Default option                               NO  LIM3 sea-ice model
709   !!----------------------------------------------------------------------
[825]710CONTAINS
711   SUBROUTINE lim_thd_dh          ! Empty routine
712   END SUBROUTINE lim_thd_dh
713#endif
[1572]714
715   !!======================================================================
[921]716END MODULE limthd_dh
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.