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 @ 3558

Last change on this file since 3558 was 3558, checked in by rblod, 11 years ago

Fix issues when using key_nosignedzeo, see ticket #996

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 35.5 KB
Line 
1MODULE limthd_dh
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE limthd_dh ***
4   !!  LIM-3 :   thermodynamic growth and decay of the ice
5   !!======================================================================
6   !! History :  LIM  ! 2003-05 (M. Vancoppenolle) Original code in 1D
7   !!                 ! 2005-06 (M. Vancoppenolle) 3D version
8   !!            3.2  ! 2009-07 (M. Vancoppenolle, Y. Aksenov, G. Madec) bug correction in rdmsnif & rdmicif
9   !!            4.0  ! 2011-02 (G. Madec) dynamical allocation
10   !!----------------------------------------------------------------------
11#if defined key_lim3
12   !!----------------------------------------------------------------------
13   !!   'key_lim3'                                      LIM3 sea-ice model
14   !!----------------------------------------------------------------------
15   !!   lim_thd_dh  : vertical accr./abl. and lateral ablation of sea ice
16   !!----------------------------------------------------------------------
17   USE par_oce          ! ocean parameters
18   USE phycst           ! physical constants (OCE directory)
19   USE sbc_oce          ! Surface boundary condition: ocean fields
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
25   USE wrk_nemo         ! work arrays
26   USE lib_fortran      ! Fortran utilities (allows no signed zero when 'key_nosignedzero' defined)
27
28   IMPLICIT NONE
29   PRIVATE
30
31   PUBLIC   lim_thd_dh   ! called by lim_thd
32
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    !
38
39   !!----------------------------------------------------------------------
40   !! NEMO/LIM3 4.0 , UCL - NEMO Consortium (2010)
41   !! $Id$
42   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
43   !!----------------------------------------------------------------------
44CONTAINS
45
46   SUBROUTINE lim_thd_dh( kideb, kiut, jl )
47      !!------------------------------------------------------------------
48      !!                ***  ROUTINE lim_thd_dh  ***
49      !!
50      !! ** Purpose :   determines variations of ice and snow thicknesses.
51      !!
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
57      !!
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
64      !!
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
69      !!------------------------------------------------------------------
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
79
80      REAL(wp) ::   zzfmass_i, zihgnew                     ! local scalar
81      REAL(wp) ::   zzfmass_s, zhsnew, ztmelts             ! local scalar
82      REAL(wp) ::   zhn, zdhcf, zdhbf, zhni, zhnfi, zihg   !
83      REAL(wp) ::   zdhnm, zhnnew, zhisn, zihic, zzc       !
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
93      !
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
126      !!------------------------------------------------------------------
127
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 )
132
133      zfsalt_melt(:)  = 0._wp
134      ftotal_fin(:)   = 0._wp
135      zfdt_init(:)    = 0._wp
136      zfdt_final(:)   = 0._wp
137
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
142      !
143      !------------------------------------------------------------------------------!
144      !  1) Calculate available heat for surface ablation                            !
145      !------------------------------------------------------------------------------!
146      !
147      DO ji = kideb, kiut
148         isnow         = INT( 1.0 - MAX ( 0.0 , SIGN ( 1.0 , - ht_s_b(ji) ) ) )
149         ztfs(ji)      = isnow * rtt + ( 1.0 - isnow ) * rtt
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
153      END DO ! ji
154
155      zqfont_su  (:) = 0._wp
156      zqfont_bo  (:) = 0._wp
157      dsm_i_se_1d(:) = 0._wp     
158      dsm_i_si_1d(:) = 0._wp   
159      !
160      !------------------------------------------------------------------------------!
161      !  2) Computing layer thicknesses and  snow and sea-ice enthalpies.            !
162      !------------------------------------------------------------------------------!
163      !
164      DO ji = kideb, kiut     ! Layer thickness
165         zh_i(ji) = ht_i_b(ji) / nlay_i
166         zh_s(ji) = ht_s_b(ji) / nlay_s
167      END DO
168      !
169      zqt_s(:) = 0._wp        ! Total enthalpy of the snow
170      DO jk = 1, nlay_s
171         DO ji = kideb, kiut
172            zqt_s(ji) =  zqt_s(ji) + q_s_b(ji,jk) * ht_s_b(ji) / nlay_s
173         END DO
174      END DO
175      !
176      zqt_i(:) = 0._wp        ! Total enthalpy of the ice
177      DO jk = 1, nlay_i
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
182         END DO
183      END DO
184      !
185      !------------------------------------------------------------------------------|
186      !  3) Surface ablation and sublimation                                         |
187      !------------------------------------------------------------------------------|
188      !
189      !-------------------------
190      ! 3.1 Snow precips / melt
191      !-------------------------
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
197      ! (beta < 1) falls in leads.
198      ! In reality, beta depends on wind speed,
199      ! and should decrease with increasing wind speed but here, it is
200      ! considered as a constant. an average value is 0.66
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
208      zdh_s_mel(:) =  0._wp
209
210      ! Melt of fallen snow
211      DO ji = kideb, kiut
212         ! tatm_ice is now in K
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)
219         ! heat conservation
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 ) 
223      END DO
224
225
226      ! Snow melt due to surface heat imbalance
227      DO jk = 1, nlay_s
228         DO ji = kideb, kiut
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   
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
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) )
248         rdmsnif_1d(ji) =  rdmsnif_1d(ji) + rhosn * dvsbq_1d(ji)
249      END DO ! ji
250
251      !--------------------------
252      ! 3.2 Surface ice ablation
253      !--------------------------
254      DO ji = kideb, kiut 
255         dh_i_surf(ji) =  0._wp
256         z_f_surf (ji) =  zqfont_su(ji) / rdt_ice ! heat conservation test
257         zdq_i    (ji) =  0._wp
258      END DO ! ji
259
260      DO jk = 1, nlay_i
261         DO ji = kideb, kiut 
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            !
273            ! contribution to ice-ocean salt flux
274            zji = MOD( npb(ji) - 1 , jpi ) + 1
275            zjj =    ( npb(ji) - 1 ) / jpi + 1
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
280
281      !                     !-------------------
282      IF( con_i ) THEN      ! Conservation test
283         !                  !-------------------
284         numce_dh  = 0
285         meance_dh = 0._wp
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
291            IF( z_f_surf(ji) + zdq_i(ji) .GE. 1.0e-3  ) THEN!
292               WRITE(numout,*) ' ALERTE heat loss for surface melt '
293               WRITE(numout,*) ' zji, zjj, jl :', zji, zjj, jl
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)
303            ENDIF
304         END DO
305         !
306         IF( numce_dh > 0 )   meance_dh = meance_dh / numce_dh
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
311         !
312      ENDIF
313
314      !----------------------
315      ! 3.3 Snow sublimation
316      !----------------------
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
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 )
325         ! we recompute dh_s_tot
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
329
330      zqt_dummy(:) = 0.e0
331      DO jk = 1, nlay_s
332         DO ji = kideb,kiut
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
335         END DO
336      END DO
337
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
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
345      END DO
346
347      !
348      !------------------------------------------------------------------------------!
349      ! 4) Basal growth / melt                                                       !
350      !------------------------------------------------------------------------------!
351      !
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).
356      ! fc_bo_i is positive downwards. fbif and qlbbq are positive to the ice
357
358      !-----------------------------------------------------
359      ! 4.1 Basal growth - (a) salinity not varying in time
360      !-----------------------------------------------------
361      IF(  num_sal /= 2  .AND.  num_sal /= 4  ) THEN
362         DO ji = kideb, kiut
363            IF(  ( fc_bo_i(ji) + fbif_1d(ji) + qlbbq_1d(ji) ) < 0.0  ) THEN
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
369               ! Baltic
370               q_i_b(ji,nlay_i+1)  = rhoic * (  cpic * ( ztmelts - ztform )                                &
371                  &                           + lfus * (  1.0 - ( ztmelts - rtt ) / ( ztform - rtt )  )    &
372                  &                           - rcp  * ( ztmelts - rtt )                                 )
373               ! Basal growth rate = - F*dt / q
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
378
379      !-------------------------------------------------
380      ! 4.1 Basal growth - (b) salinity varying in time
381      !-------------------------------------------------
382      IF(  num_sal == 2 .OR.  num_sal == 4  ) THEN
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
387         ! See Vancoppenolle et al., OM08 for more info on this
388
389         ! Initial value (tested 1D, can be anything between 1 and 20)
390         num_iter_max = 4
391         s_i_new(:)   = 4.0
392
393         ! Iterative procedure
394         DO iter = 1, num_iter_max
395            DO ji = kideb, kiut
396               IF(  fc_bo_i(ji) + fbif_1d(ji) + qlbbq_1d(ji) < 0.e0  ) THEN
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)
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 )                                     )
405                  ! Bottom growth rate = - F*dt / q
406                  dh_i_bott(ji) =  - rdt_ice * ( fc_bo_i(ji) + fbif_1d(ji) + qlbbq_1d(ji) ) / q_i_b(ji,nlay_i+1)
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
411                  zgrr   = MIN( 1.0e-3, MAX ( dh_i_bott(ji) / rdt_ice , epsi13 ) )
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 
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)
418                  s_i_new(ji) = zfracs * sss_m(zji,zjj)
419               ENDIF ! fc_bo_i
420            END DO ! ji
421         END DO ! iter
422
423         ! Final values
424         DO ji = kideb, kiut
425            IF( ( fc_bo_i(ji) + fbif_1d(ji) + qlbbq_1d(ji) ) .LT. 0.0  ) THEN
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)
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 )                                    )
434               ! Basal growth rate = - F*dt / q
435               dh_i_bott(ji)       =  - rdt_ice*( fc_bo_i(ji) + fbif_1d(ji) + qlbbq_1d(ji) ) / q_i_b(ji,nlay_i+1) 
436               ! Salinity update
437               ! entrapment during bottom growth
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)
440            ENDIF ! heat budget
441         END DO
442      ENDIF
443
444      !----------------
445      ! 4.2 Basal melt
446      !----------------
447      meance_dh = 0._wp
448      numce_dh  = 0
449      zinnermelt(:) = 0._wp
450
451      DO ji = kideb, kiut
452         ! heat convergence at the surface > 0
453         IF(  ( fc_bo_i(ji) + fbif_1d(ji) + qlbbq_1d(ji) ) >= 0._wp  ) THEN
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) )
456            zfbase(ji)    =  zqfont_bo(ji) / rdt_ice     ! heat conservation test
457            zdq_i(ji)     =  0._wp
458            dh_i_bott(ji) =  0._wp
459         ENDIF
460      END DO
461
462      DO jk = nlay_i, 1, -1
463         DO ji = kideb, kiut
464            IF (  ( fc_bo_i(ji) + fbif_1d(ji) + qlbbq_1d(ji) ) .GE. 0.0  ) THEN
465               ztmelts            =   - tmut * s_i_b(ji,jk) + rtt 
466               IF( t_i_b(ji,jk) >= ztmelts ) THEN
467                  zdeltah(ji,jk)  = - zh_i(ji)
468                  dh_i_bott(ji)   = dh_i_bott(ji) + zdeltah(ji,jk)
469                  zinnermelt(ji)   = 1._wp
470               ELSE  ! normal ablation
471                  zdeltah(ji,jk)  = - zqfont_bo(ji) / q_i_b(ji,jk)
472                  zqfont_bo(ji)   = MAX( 0.0 , - zh_i(ji) - zdeltah(ji,jk) ) * q_i_b(ji,jk)
473                  zdeltah(ji,jk)  = MAX(zdeltah(ji,jk), - zh_i(ji) )
474                  dh_i_bott(ji)   = dh_i_bott(ji) + zdeltah(ji,jk)
475                  zdq_i(ji)       = zdq_i(ji) + zdeltah(ji,jk) * q_i_b(ji,jk) / rdt_ice
476                  ! contribution to salt flux
477                  zji             = MOD( npb(ji) - 1, jpi ) + 1
478                  zjj             = ( npb(ji) - 1 ) / jpi + 1
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 
481               ENDIF
482            ENDIF
483         END DO ! ji
484      END DO ! jk
485
486      !                     !-------------------
487      IF( con_i ) THEN      ! Conservation test
488      !                     !-------------------
489         DO ji = kideb, kiut
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
493                  meance_dh = meance_dh + zfbase(ji) + zdq_i(ji)
494               ENDIF
495               IF ( zfbase(ji) + zdq_i(ji) .GE. 1.0e-3  ) THEN
496                  WRITE(numout,*) ' ALERTE heat loss for basal melt : 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)
506                  WRITE(numout,*) ' dh_i_bott : ', dh_i_bott(ji)
507                  WRITE(numout,*) ' innermelt : ', INT( zinnermelt(ji) )
508               ENDIF
509            ENDIF
510         END DO
511         IF( numce_dh > 0 )   meance_dh = meance_dh / numce_dh
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)
515         !
516      ENDIF
517
518      !
519      !------------------------------------------------------------------------------!
520      !  5) Pathological cases                                                       !
521      !------------------------------------------------------------------------------!
522      !
523      !----------------------------------------------
524      ! 5.1 Excessive ablation in a 1-category model
525      !----------------------------------------------
526
527      DO ji = kideb, kiut
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
535         dh_i_bott(ji)  = zdhbf
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
546      END DO
547
548      !-----------------------------------
549      ! 5.2 More than available ice melts
550      !-----------------------------------
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
559         zhgnew    (ji) =         zihgnew   * zhgnew(ji)      ! ice thickness is put to 0
560         ! remaining heat
561         zfdt_final(ji) = ( 1.0 - zihgnew ) * ( zqfont_su(ji) +  zqfont_bo(ji) ) 
562
563         ! If snow remains, energy is used to melt snow
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
566
567         ! energy of melting of remaining snow
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 )
570         zhnfi          =  zhni + zdhnm
571         zfdt_final(ji) =  MAX( zfdt_final(ji) + zqt_s(ji) * zdhnm , 0.0 )
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         !---------------------------------
577         !                                              ! mass variation of the jl category
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
586
587         ! Remaining heat to the ocean
588         !---------------------------------
589         focea(ji)  = - zfdt_final(ji) / rdt_ice         ! focea is in W.m-2 * dt
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
599         zihgnew    =  1.0 - MAX( zzero , SIGN( zone , - zhgnew(ji) ) )   !1 if ice
600
601         ! Salt flux
602         zji = MOD( npb(ji) - 1, jpi ) + 1
603         zjj = ( npb(ji) - 1 ) / jpi + 1
604         ! new lines
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
612         ! Heat flux
613         ! excessive bottom ablation energy (fsup) - 0 except if jpl = 1
614         ! excessive total ablation energy (focea) sent to the ocean
615         qfvbq_1d(ji)  = qfvbq_1d(ji) + fsup(ji) + ( 1.0 - zihgnew ) * focea(ji) * a_i_b(ji) * rdt_ice
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)
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
622      END DO  ! ji
623
624      !-------------------------------------------
625      ! Correct temperature, energy and thickness
626      !-------------------------------------------
627      DO ji = kideb, kiut
628         zihgnew    =  1.0 - MAX( zzero , SIGN( zone , - zhgnew(ji) ) ) 
629         t_su_b(ji) =  zihgnew * t_su_b(ji) + ( 1.0 - zihgnew ) * rtt
630      END DO  ! ji
631
632      DO jk = 1, nlay_i
633         DO ji = kideb, kiut
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)
637         END DO
638      END DO  ! ji
639
640      DO ji = kideb, kiut
641         ht_i_b(ji) = zhgnew(ji)
642      END DO  ! ji
643      !
644      !------------------------------------------------------------------------------|
645      !  6) Snow-Ice formation                                                       |
646      !------------------------------------------------------------------------------|
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
649      DO ji = kideb, kiut
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)  )
654
655         !  Changes in ice volume and ice mass.
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
658
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
661
662         !        Equivalent salt flux (1) Snow-ice formation component
663         !        -----------------------------------------------------
664         zji = MOD( npb(ji) - 1, jpi ) + 1
665         zjj =    ( npb(ji) - 1 ) / jpi + 1
666
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
677         ! entrapment during snow ice formation
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     
684
685         !  Actualize new snow and ice thickness.
686         ht_s_b(ji)  = zhnnew
687         ht_i_b(ji)  = zhgnew(ji)
688
689         ! Total ablation ! new lines added to debug
690         IF( ht_i_b(ji) <= 0._wp )   a_i_b(ji) = 0._wp
691
692         ! diagnostic ( snow ice growth )
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         !
697      END DO !ji
698      !
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 )
703      !
704   END SUBROUTINE lim_thd_dh
705   
706#else
707   !!----------------------------------------------------------------------
708   !!   Default option                               NO  LIM3 sea-ice model
709   !!----------------------------------------------------------------------
710CONTAINS
711   SUBROUTINE lim_thd_dh          ! Empty routine
712   END SUBROUTINE lim_thd_dh
713#endif
714
715   !!======================================================================
716END MODULE limthd_dh
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.