source: branches/2014/dev_r4650_UKMO3_masked_damping/NEMOGCM/NEMO/LIM_SRC_3/limthd.F90 @ 5086

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Line 
1MODULE limthd
2   !!======================================================================
3   !!                  ***  MODULE limthd   ***
4   !!  LIM-3 :   ice thermodynamic
5   !!======================================================================
6   !! History :  LIM  ! 2000-01 (M.A. Morales Maqueda, H. Goosse, T. Fichefet) LIM-1
7   !!            2.0  ! 2002-07 (C. Ethe, G. Madec)  LIM-2 (F90 rewriting)
8   !!            3.0  ! 2005-11 (M. Vancoppenolle)  LIM-3 : Multi-layer thermodynamics + salinity variations
9   !!             -   ! 2007-04 (M. Vancoppenolle) add lim_thd_glohec, lim_thd_con_dh and lim_thd_con_dif
10   !!            3.2  ! 2009-07 (M. Vancoppenolle, Y. Aksenov, G. Madec) bug correction in wfx_snw
11   !!            3.3  ! 2010-11 (G. Madec) corrected snow melting heat (due to factor betas)
12   !!            4.0  ! 2011-02 (G. Madec) dynamical allocation
13   !!             -   ! 2012-05 (C. Rousset) add penetration solar flux
14   !!----------------------------------------------------------------------
15#if defined key_lim3
16   !!----------------------------------------------------------------------
17   !!   'key_lim3'                                      LIM3 sea-ice model
18   !!----------------------------------------------------------------------
19   !!   lim_thd       : thermodynamic of sea ice
20   !!   lim_thd_init  : initialisation of sea-ice thermodynamic
21   !!----------------------------------------------------------------------
22   USE phycst         ! physical constants
23   USE dom_oce        ! ocean space and time domain variables
24   USE oce     , ONLY : fraqsr_1lev 
25   USE ice            ! LIM: sea-ice variables
26   USE par_ice        ! LIM: sea-ice parameters
27   USE sbc_oce        ! Surface boundary condition: ocean fields
28   USE sbc_ice        ! Surface boundary condition: ice fields
29   USE thd_ice        ! LIM thermodynamic sea-ice variables
30   USE dom_ice        ! LIM sea-ice domain
31   USE domvvl         ! domain: variable volume level
32   USE limthd_dif     ! LIM: thermodynamics, vertical diffusion
33   USE limthd_dh      ! LIM: thermodynamics, ice and snow thickness variation
34   USE limthd_sal     ! LIM: thermodynamics, ice salinity
35   USE limthd_ent     ! LIM: thermodynamics, ice enthalpy redistribution
36   USE limtab         ! LIM: 1D <==> 2D transformation
37   USE limvar         ! LIM: sea-ice variables
38   USE lbclnk         ! lateral boundary condition - MPP links
39   USE lib_mpp        ! MPP library
40   USE wrk_nemo       ! work arrays
41   USE in_out_manager ! I/O manager
42   USE prtctl         ! Print control
43   USE lib_fortran    ! Fortran utilities (allows no signed zero when 'key_nosignedzero' defined) 
44   USE timing         ! Timing
45   USE limcons        ! conservation tests
46
47   IMPLICIT NONE
48   PRIVATE
49
50   PUBLIC   lim_thd        ! called by limstp module
51   PUBLIC   lim_thd_init   ! called by iceini module
52
53   !! * Substitutions
54#  include "domzgr_substitute.h90"
55#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
56   !!----------------------------------------------------------------------
57   !! NEMO/LIM3 3.3 , UCL - NEMO Consortium (2010)
58   !! $Id$
59   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
60   !!----------------------------------------------------------------------
61CONTAINS
62
63   SUBROUTINE lim_thd( kt )
64      !!-------------------------------------------------------------------
65      !!                ***  ROUTINE lim_thd  ***       
66      !! 
67      !! ** Purpose : This routine manages ice thermodynamics
68      !!         
69      !! ** Action : - Initialisation of some variables
70      !!             - Some preliminary computation (oceanic heat flux
71      !!               at the ice base, snow acc.,heat budget of the leads)
72      !!             - selection of the icy points and put them in an array
73      !!             - call lim_thd_dif  for vertical heat diffusion
74      !!             - call lim_thd_dh   for vertical ice growth and melt
75      !!             - call lim_thd_ent  for enthalpy remapping
76      !!             - call lim_thd_sal  for ice desalination
77      !!             - call lim_thd_temp to  retrieve temperature from ice enthalpy
78      !!             - back to the geographic grid
79      !!     
80      !! ** References :
81      !!---------------------------------------------------------------------
82      INTEGER, INTENT(in) ::   kt    ! number of iteration
83      !!
84      INTEGER  :: ji, jj, jk, jl   ! dummy loop indices
85      INTEGER  :: nbpb             ! nb of icy pts for thermo. cal.
86      INTEGER  :: ii, ij           ! temporary dummy loop index
87      REAL(wp) :: zfric_umin = 0._wp        ! lower bound for the friction velocity (cice value=5.e-04)
88      REAL(wp) :: zch        = 0.0057_wp    ! heat transfer coefficient
89      REAL(wp) :: zareamin 
90      REAL(wp) :: zfric_u, zqld, zqfr
91      !
92      REAL(wp) :: zvi_b, zsmv_b, zei_b, zfs_b, zfw_b, zft_b 
93      !
94      REAL(wp), POINTER, DIMENSION(:,:) ::  zqsr, zqns
95      !!-------------------------------------------------------------------
96      CALL wrk_alloc( jpi, jpj, zqsr, zqns )
97
98      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_start('limthd')
99
100      ! conservation test
101      IF( ln_limdiahsb ) CALL lim_cons_hsm(0, 'limthd', zvi_b, zsmv_b, zei_b, zfw_b, zfs_b, zft_b)
102
103      !------------------------------------------------------------------------!
104      ! 1) Initialization of some variables                                    !
105      !------------------------------------------------------------------------!
106      ftr_ice(:,:,:) = 0._wp  ! part of solar radiation transmitted through the ice
107
108
109      !--------------------
110      ! 1.2) Heat content   
111      !--------------------
112      ! Change the units of heat content; from global units to J.m3
113      DO jl = 1, jpl
114         DO jk = 1, nlay_i
115            DO jj = 1, jpj
116               DO ji = 1, jpi
117                  !0 if no ice and 1 if yes
118                  rswitch = 1.0 - MAX(  0.0 , SIGN( 1.0 , - v_i(ji,jj,jl) + epsi10 )  )
119                  !Energy of melting q(S,T) [J.m-3]
120                  e_i(ji,jj,jk,jl) = rswitch * e_i(ji,jj,jk,jl) / ( area(ji,jj) * MAX( v_i(ji,jj,jl) , epsi10 ) ) * REAL( nlay_i )
121                  !convert units ! very important that this line is here       
122                  e_i(ji,jj,jk,jl) = e_i(ji,jj,jk,jl) * unit_fac 
123               END DO
124            END DO
125         END DO
126         DO jk = 1, nlay_s
127            DO jj = 1, jpj
128               DO ji = 1, jpi
129                  !0 if no ice and 1 if yes
130                  rswitch = 1.0 - MAX(  0.0 , SIGN( 1.0 , - v_s(ji,jj,jl) + epsi10 )  )
131                  !Energy of melting q(S,T) [J.m-3]
132                  e_s(ji,jj,jk,jl) = rswitch * e_s(ji,jj,jk,jl) / ( area(ji,jj) * MAX( v_s(ji,jj,jl) , epsi10 ) ) * REAL( nlay_s )
133                  !convert units ! very important that this line is here
134                  e_s(ji,jj,jk,jl) = e_s(ji,jj,jk,jl) * unit_fac 
135               END DO
136            END DO
137         END DO
138      END DO
139
140      ! 2) Partial computation of forcing for the thermodynamic sea ice model.      !
141      !-----------------------------------------------------------------------------!
142
143      !--- Ocean solar and non solar fluxes to be used in zqld
144      IF ( .NOT. lk_cpl ) THEN   ! --- forced case, fluxes to the lead are the same as over the ocean
145         !
146         zqsr(:,:) = qsr(:,:)      ; zqns(:,:) = qns(:,:)
147         !
148      ELSE                       ! --- coupled case, fluxes to the lead are total - intercepted
149         !
150         zqsr(:,:) = qsr_tot(:,:)  ; zqns(:,:) = qns_tot(:,:)
151         !
152         DO jl = 1, jpl
153            DO jj = 1, jpj
154               DO ji = 1, jpi
155                  zqsr(ji,jj) = zqsr(ji,jj) - qsr_ice(ji,jj,jl) * a_i_b(ji,jj,jl)
156                  zqns(ji,jj) = zqns(ji,jj) - qns_ice(ji,jj,jl) * a_i_b(ji,jj,jl)
157               END DO
158            END DO
159         END DO
160         !
161      ENDIF
162
163!CDIR NOVERRCHK
164      DO jj = 1, jpj
165!CDIR NOVERRCHK
166         DO ji = 1, jpi
167            rswitch          = tms(ji,jj) * ( 1._wp - MAX( 0._wp , SIGN( 1._wp , - at_i(ji,jj) + epsi10 ) ) ) ! 0 if no ice
168            !
169            !           !  solar irradiance transmission at the mixed layer bottom and used in the lead heat budget
170            !           !  practically no "direct lateral ablation"
171            !           
172            !           !  net downward heat flux from the ice to the ocean, expressed as a function of ocean
173            !           !  temperature and turbulent mixing (McPhee, 1992)
174            !
175
176            ! --- Energy received in the lead, zqld is defined everywhere (J.m-2) --- !
177            ! REMARK valid at least in forced mode from clem
178            ! precip is included in qns but not in qns_ice
179            IF ( lk_cpl ) THEN
180               zqld =  tms(ji,jj) * rdt_ice *  &
181                  &    (   zqsr(ji,jj) * fraqsr_1lev(ji,jj) + zqns(ji,jj)               &   ! pfrld already included in coupled mode
182                  &    + ( pfrld(ji,jj)**betas - pfrld(ji,jj) ) * sprecip(ji,jj)  *     &   ! heat content of precip
183                  &      ( cpic * ( MIN( tatm_ice(ji,jj), rt0_snow ) - rtt ) - lfus )   &
184                  &    + ( 1._wp - pfrld(ji,jj) ) * ( tprecip(ji,jj) - sprecip(ji,jj) ) * rcp * ( tatm_ice(ji,jj) - rtt ) )
185            ELSE
186               zqld =  tms(ji,jj) * rdt_ice *  &
187                  &      ( pfrld(ji,jj) * ( zqsr(ji,jj) * fraqsr_1lev(ji,jj) + zqns(ji,jj) )    &
188                  &    + ( pfrld(ji,jj)**betas - pfrld(ji,jj) ) * sprecip(ji,jj)  *             &  ! heat content of precip
189                  &      ( cpic * ( MIN( tatm_ice(ji,jj), rt0_snow ) - rtt ) - lfus )           &
190                  &    + ( 1._wp - pfrld(ji,jj) ) * ( tprecip(ji,jj) - sprecip(ji,jj) ) * rcp * ( tatm_ice(ji,jj) - rtt ) )
191            ENDIF
192
193            !-- Energy needed to bring ocean surface layer until its freezing (<0, J.m-2) --- !
194            zqfr = tms(ji,jj) * rau0 * rcp * fse3t_m(ji,jj) * ( t_bo(ji,jj) - ( sst_m(ji,jj) + rt0 ) )
195
196            !-- Energy Budget of the leads (J.m-2). Must be < 0 to form ice
197            qlead(ji,jj) = MIN( 0._wp , zqld - zqfr ) 
198
199            ! If there is ice and leads are warming, then transfer energy from the lead budget and use it for bottom melting
200            IF( at_i(ji,jj) > epsi10 .AND. zqld > 0._wp ) THEN
201               fhld (ji,jj) = zqld * r1_rdtice / at_i(ji,jj) ! divided by at_i since this is (re)multiplied by a_i in limthd_dh.F90
202               qlead(ji,jj) = 0._wp
203            ELSE
204               fhld (ji,jj) = 0._wp
205            ENDIF
206            !
207            !-- Energy from the turbulent oceanic heat flux --- !
208            !clem zfric_u        = MAX ( MIN( SQRT( ust2s(ji,jj) ) , zfric_umax ) , zfric_umin )
209            zfric_u      = MAX( SQRT( ust2s(ji,jj) ), zfric_umin ) 
210            fhtur(ji,jj) = MAX( 0._wp, rswitch * rau0 * rcp * zch  * zfric_u * ( ( sst_m(ji,jj) + rt0 ) - t_bo(ji,jj) ) ) ! W.m-2
211            ! upper bound for fhtur: we do not want SST to drop below Tfreeze.
212            ! So we say that the heat retrieved from the ocean (fhtur+fhld) must be < to the heat necessary to reach Tfreeze (zqfr)   
213            ! This is not a clean budget, so that should be corrected at some point
214            fhtur(ji,jj) = rswitch * MIN( fhtur(ji,jj), - fhld(ji,jj) - zqfr * r1_rdtice / MAX( at_i(ji,jj), epsi10 ) )
215
216            ! -----------------------------------------
217            ! Net heat flux on top of ice-ocean [W.m-2]
218            ! -----------------------------------------
219            !     First  step here      : heat flux at the ocean surface + precip
220            !     Second step below     : heat flux at the ice   surface (after limthd_dif)
221            hfx_in(ji,jj) = hfx_in(ji,jj)                                                                                         & 
222               ! heat flux above the ocean
223               &    +             pfrld(ji,jj)   * ( zqns(ji,jj) + zqsr(ji,jj) )                                                  &
224               ! latent heat of precip (note that precip is included in qns but not in qns_ice)
225               &    +   ( 1._wp - pfrld(ji,jj) ) * sprecip(ji,jj) * ( cpic * ( MIN( tatm_ice(ji,jj), rt0_snow ) - rtt ) - lfus )  &
226               &    +   ( 1._wp - pfrld(ji,jj) ) * ( tprecip(ji,jj) - sprecip(ji,jj) ) * rcp * ( tatm_ice(ji,jj) - rtt )
227
228            ! -----------------------------------------------------------------------------
229            ! Net heat flux that is retroceded to the ocean or taken from the ocean [W.m-2]
230            ! -----------------------------------------------------------------------------
231            !     First  step here              :  non solar + precip - qlead - qturb
232            !     Second step in limthd_dh      :  heat remaining if total melt (zq_rema)
233            !     Third  step in limsbc         :  heat from ice-ocean mass exchange (zf_mass) + solar
234            hfx_out(ji,jj) = hfx_out(ji,jj)                                                                                       & 
235               ! Non solar heat flux received by the ocean
236               &    +        pfrld(ji,jj) * qns(ji,jj)                                                                            &
237               ! latent heat of precip (note that precip is included in qns but not in qns_ice)
238               &    +      ( pfrld(ji,jj)**betas - pfrld(ji,jj) ) * sprecip(ji,jj)       &
239               &         * ( cpic * ( MIN( tatm_ice(ji,jj), rt0_snow ) - rtt ) - lfus )  &
240               &    +      ( 1._wp - pfrld(ji,jj) ) * ( tprecip(ji,jj) - sprecip(ji,jj) ) * rcp * ( tatm_ice(ji,jj) - rtt )       &
241               ! heat flux taken from the ocean where there is open water ice formation
242               &    -      qlead(ji,jj) * r1_rdtice                                                                               &
243               ! heat flux taken from the ocean during bottom growth/melt (fhld should be 0 while bott growth)
244               &    -      at_i(ji,jj) * fhtur(ji,jj)                                                                             &
245               &    -      at_i(ji,jj) *  fhld(ji,jj)
246
247         END DO
248      END DO
249
250      !------------------------------------------------------------------------------!
251      ! 3) Select icy points and fulfill arrays for the vectorial grid.           
252      !------------------------------------------------------------------------------!
253
254      DO jl = 1, jpl      !loop over ice categories
255
256         IF( kt == nit000 .AND. lwp ) THEN
257            WRITE(numout,*) ' lim_thd : transfer to 1D vectors. Category no : ', jl 
258            WRITE(numout,*) ' ~~~~~~~~'
259         ENDIF
260
261         zareamin = epsi10
262         nbpb = 0
263         DO jj = 1, jpj
264            DO ji = 1, jpi
265               IF ( a_i(ji,jj,jl) .gt. zareamin ) THEN     
266                  nbpb      = nbpb  + 1
267                  npb(nbpb) = (jj - 1) * jpi + ji
268               ENDIF
269            END DO
270         END DO
271
272         ! debug point to follow
273         jiindex_1d = 0
274         IF( ln_nicep ) THEN
275            DO ji = mi0(jiindx), mi1(jiindx)
276               DO jj = mj0(jjindx), mj1(jjindx)
277                  jiindex_1d = (jj - 1) * jpi + ji
278                  WRITE(numout,*) ' lim_thd : Category no : ', jl 
279               END DO
280            END DO
281         ENDIF
282
283         !------------------------------------------------------------------------------!
284         ! 4) Thermodynamic computation
285         !------------------------------------------------------------------------------!
286
287         IF( lk_mpp )   CALL mpp_ini_ice( nbpb , numout )
288
289         IF( nbpb > 0 ) THEN  ! If there is no ice, do nothing.
290
291            !-------------------------
292            ! 4.1 Move to 1D arrays
293            !-------------------------
294
295            CALL tab_2d_1d( nbpb, at_i_1d     (1:nbpb), at_i            , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
296            CALL tab_2d_1d( nbpb, a_i_1d      (1:nbpb), a_i(:,:,jl)     , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
297            CALL tab_2d_1d( nbpb, ht_i_1d     (1:nbpb), ht_i(:,:,jl)    , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
298            CALL tab_2d_1d( nbpb, ht_s_1d     (1:nbpb), ht_s(:,:,jl)    , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
299
300            CALL tab_2d_1d( nbpb, t_su_1d     (1:nbpb), t_su(:,:,jl)    , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
301            CALL tab_2d_1d( nbpb, sm_i_1d     (1:nbpb), sm_i(:,:,jl)    , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
302            DO jk = 1, nlay_s
303               CALL tab_2d_1d( nbpb, t_s_1d(1:nbpb,jk), t_s(:,:,jk,jl)  , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
304               CALL tab_2d_1d( nbpb, q_s_1d(1:nbpb,jk), e_s(:,:,jk,jl)  , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
305            END DO
306            DO jk = 1, nlay_i
307               CALL tab_2d_1d( nbpb, t_i_1d(1:nbpb,jk), t_i(:,:,jk,jl)  , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
308               CALL tab_2d_1d( nbpb, q_i_1d(1:nbpb,jk), e_i(:,:,jk,jl)  , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
309               CALL tab_2d_1d( nbpb, s_i_1d(1:nbpb,jk), s_i(:,:,jk,jl)  , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
310            END DO
311
312            CALL tab_2d_1d( nbpb, tatm_ice_1d(1:nbpb), tatm_ice(:,:)   , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
313            CALL tab_2d_1d( nbpb, qsr_ice_1d (1:nbpb), qsr_ice(:,:,jl) , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
314            CALL tab_2d_1d( nbpb, fr1_i0_1d  (1:nbpb), fr1_i0          , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
315            CALL tab_2d_1d( nbpb, fr2_i0_1d  (1:nbpb), fr2_i0          , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
316            CALL tab_2d_1d( nbpb, qns_ice_1d (1:nbpb), qns_ice(:,:,jl) , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
317            CALL tab_2d_1d( nbpb, ftr_ice_1d (1:nbpb), ftr_ice(:,:,jl) , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
318            IF( .NOT. lk_cpl ) THEN
319               CALL tab_2d_1d( nbpb, qla_ice_1d (1:nbpb), qla_ice(:,:,jl) , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
320               CALL tab_2d_1d( nbpb, dqla_ice_1d(1:nbpb), dqla_ice(:,:,jl), jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
321            ENDIF
322            CALL tab_2d_1d( nbpb, dqns_ice_1d(1:nbpb), dqns_ice(:,:,jl), jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
323            CALL tab_2d_1d( nbpb, t_bo_1d     (1:nbpb), t_bo            , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
324            CALL tab_2d_1d( nbpb, sprecip_1d (1:nbpb), sprecip         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) ) 
325            CALL tab_2d_1d( nbpb, fhtur_1d   (1:nbpb), fhtur           , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
326            CALL tab_2d_1d( nbpb, qlead_1d   (1:nbpb), qlead           , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
327            CALL tab_2d_1d( nbpb, fhld_1d    (1:nbpb), fhld            , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
328
329            CALL tab_2d_1d( nbpb, wfx_snw_1d (1:nbpb), wfx_snw         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
330            CALL tab_2d_1d( nbpb, wfx_sub_1d (1:nbpb), wfx_sub         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
331
332            CALL tab_2d_1d( nbpb, wfx_bog_1d (1:nbpb), wfx_bog         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
333            CALL tab_2d_1d( nbpb, wfx_bom_1d (1:nbpb), wfx_bom         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
334            CALL tab_2d_1d( nbpb, wfx_sum_1d (1:nbpb), wfx_sum         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
335            CALL tab_2d_1d( nbpb, wfx_sni_1d (1:nbpb), wfx_sni         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
336            CALL tab_2d_1d( nbpb, wfx_res_1d (1:nbpb), wfx_res         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
337            CALL tab_2d_1d( nbpb, wfx_spr_1d (1:nbpb), wfx_spr         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
338
339            CALL tab_2d_1d( nbpb, sfx_bog_1d (1:nbpb), sfx_bog         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
340            CALL tab_2d_1d( nbpb, sfx_bom_1d (1:nbpb), sfx_bom         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
341            CALL tab_2d_1d( nbpb, sfx_sum_1d (1:nbpb), sfx_sum         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
342            CALL tab_2d_1d( nbpb, sfx_sni_1d (1:nbpb), sfx_sni         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
343            CALL tab_2d_1d( nbpb, sfx_bri_1d (1:nbpb), sfx_bri         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
344            CALL tab_2d_1d( nbpb, sfx_res_1d (1:nbpb), sfx_res         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
345
346            CALL tab_2d_1d( nbpb, hfx_thd_1d (1:nbpb), hfx_thd         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
347            CALL tab_2d_1d( nbpb, hfx_spr_1d (1:nbpb), hfx_spr         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
348            CALL tab_2d_1d( nbpb, hfx_sum_1d (1:nbpb), hfx_sum         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
349            CALL tab_2d_1d( nbpb, hfx_bom_1d (1:nbpb), hfx_bom         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
350            CALL tab_2d_1d( nbpb, hfx_bog_1d (1:nbpb), hfx_bog         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
351            CALL tab_2d_1d( nbpb, hfx_dif_1d (1:nbpb), hfx_dif         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
352            CALL tab_2d_1d( nbpb, hfx_opw_1d (1:nbpb), hfx_opw         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
353            CALL tab_2d_1d( nbpb, hfx_snw_1d (1:nbpb), hfx_snw         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
354            CALL tab_2d_1d( nbpb, hfx_sub_1d (1:nbpb), hfx_sub         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
355            CALL tab_2d_1d( nbpb, hfx_err_1d (1:nbpb), hfx_err         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
356            CALL tab_2d_1d( nbpb, hfx_res_1d (1:nbpb), hfx_res         , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
357            CALL tab_2d_1d( nbpb, hfx_err_rem_1d (1:nbpb), hfx_err_rem , jpi, jpj, npb(1:nbpb) )
358
359            !--------------------------------
360            ! 4.3) Thermodynamic processes
361            !--------------------------------
362
363            !---------------------------------!
364            ! Ice/Snow Temperature profile    !
365            !---------------------------------!
366            CALL lim_thd_dif( 1, nbpb )
367
368            !---------------------------------!
369            ! Ice/Snow thicnkess              !
370            !---------------------------------!
371            CALL lim_thd_dh( 1, nbpb )   
372
373            ! --- Ice enthalpy remapping --- !
374            CALL lim_thd_ent( 1, nbpb, q_i_1d(1:nbpb,:) ) 
375                                           
376            !---------------------------------!
377            ! --- Ice salinity --- !
378            !---------------------------------!
379            CALL lim_thd_sal( 1, nbpb )   
380
381            !---------------------------------!
382            ! --- temperature update --- !
383            !---------------------------------!
384            CALL lim_thd_temp( 1, nbpb )
385
386            !--------------------------------
387            ! 4.4) Move 1D to 2D vectors
388            !--------------------------------
389
390               CALL tab_1d_2d( nbpb, at_i          , npb, at_i_1d    (1:nbpb)   , jpi, jpj )
391               CALL tab_1d_2d( nbpb, ht_i(:,:,jl)  , npb, ht_i_1d    (1:nbpb)   , jpi, jpj )
392               CALL tab_1d_2d( nbpb, ht_s(:,:,jl)  , npb, ht_s_1d    (1:nbpb)   , jpi, jpj )
393               CALL tab_1d_2d( nbpb, a_i (:,:,jl)  , npb, a_i_1d     (1:nbpb)   , jpi, jpj )
394               CALL tab_1d_2d( nbpb, t_su(:,:,jl)  , npb, t_su_1d    (1:nbpb)   , jpi, jpj )
395               CALL tab_1d_2d( nbpb, sm_i(:,:,jl)  , npb, sm_i_1d    (1:nbpb)   , jpi, jpj )
396            DO jk = 1, nlay_s
397               CALL tab_1d_2d( nbpb, t_s(:,:,jk,jl), npb, t_s_1d     (1:nbpb,jk), jpi, jpj)
398               CALL tab_1d_2d( nbpb, e_s(:,:,jk,jl), npb, q_s_1d     (1:nbpb,jk), jpi, jpj)
399            END DO
400            DO jk = 1, nlay_i
401               CALL tab_1d_2d( nbpb, t_i(:,:,jk,jl), npb, t_i_1d     (1:nbpb,jk), jpi, jpj)
402               CALL tab_1d_2d( nbpb, e_i(:,:,jk,jl), npb, q_i_1d     (1:nbpb,jk), jpi, jpj)
403               CALL tab_1d_2d( nbpb, s_i(:,:,jk,jl), npb, s_i_1d     (1:nbpb,jk), jpi, jpj)
404            END DO
405               CALL tab_1d_2d( nbpb, qlead         , npb, qlead_1d  (1:nbpb)   , jpi, jpj )
406
407               CALL tab_1d_2d( nbpb, wfx_snw       , npb, wfx_snw_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
408               CALL tab_1d_2d( nbpb, wfx_sub       , npb, wfx_sub_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
409
410               CALL tab_1d_2d( nbpb, wfx_bog       , npb, wfx_bog_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
411               CALL tab_1d_2d( nbpb, wfx_bom       , npb, wfx_bom_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
412               CALL tab_1d_2d( nbpb, wfx_sum       , npb, wfx_sum_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
413               CALL tab_1d_2d( nbpb, wfx_sni       , npb, wfx_sni_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
414               CALL tab_1d_2d( nbpb, wfx_res       , npb, wfx_res_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
415               CALL tab_1d_2d( nbpb, wfx_spr       , npb, wfx_spr_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
416
417               CALL tab_1d_2d( nbpb, sfx_bog       , npb, sfx_bog_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
418               CALL tab_1d_2d( nbpb, sfx_bom       , npb, sfx_bom_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
419               CALL tab_1d_2d( nbpb, sfx_sum       , npb, sfx_sum_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
420               CALL tab_1d_2d( nbpb, sfx_sni       , npb, sfx_sni_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
421               CALL tab_1d_2d( nbpb, sfx_res       , npb, sfx_res_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
422               CALL tab_1d_2d( nbpb, sfx_bri       , npb, sfx_bri_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
423
424              CALL tab_1d_2d( nbpb, hfx_thd       , npb, hfx_thd_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
425              CALL tab_1d_2d( nbpb, hfx_spr       , npb, hfx_spr_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
426              CALL tab_1d_2d( nbpb, hfx_sum       , npb, hfx_sum_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
427              CALL tab_1d_2d( nbpb, hfx_bom       , npb, hfx_bom_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
428              CALL tab_1d_2d( nbpb, hfx_bog       , npb, hfx_bog_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
429              CALL tab_1d_2d( nbpb, hfx_dif       , npb, hfx_dif_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
430              CALL tab_1d_2d( nbpb, hfx_opw       , npb, hfx_opw_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
431              CALL tab_1d_2d( nbpb, hfx_snw       , npb, hfx_snw_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
432              CALL tab_1d_2d( nbpb, hfx_sub       , npb, hfx_sub_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
433              CALL tab_1d_2d( nbpb, hfx_err       , npb, hfx_err_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
434              CALL tab_1d_2d( nbpb, hfx_res       , npb, hfx_res_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
435              CALL tab_1d_2d( nbpb, hfx_err_rem   , npb, hfx_err_rem_1d(1:nbpb)   , jpi, jpj )
436            !
437              CALL tab_1d_2d( nbpb, qns_ice(:,:,jl), npb, qns_ice_1d(1:nbpb) , jpi, jpj)
438              CALL tab_1d_2d( nbpb, ftr_ice(:,:,jl), npb, ftr_ice_1d(1:nbpb) , jpi, jpj )
439            !
440            IF( lk_mpp )   CALL mpp_comm_free( ncomm_ice ) !RB necessary ??
441         ENDIF
442         !
443      END DO
444
445      !------------------------------------------------------------------------------!
446      ! 5) Global variables, diagnostics
447      !------------------------------------------------------------------------------!
448
449      !------------------------
450      ! 5.1) Ice heat content             
451      !------------------------
452      ! Enthalpies are global variables we have to readjust the units (heat content in Joules)
453      DO jl = 1, jpl
454         DO jk = 1, nlay_i
455            e_i(:,:,jk,jl) = e_i(:,:,jk,jl) * area(:,:) * a_i(:,:,jl) * ht_i(:,:,jl) / ( unit_fac * REAL( nlay_i ) )
456         END DO
457      END DO
458
459      !------------------------
460      ! 5.2) Snow heat content             
461      !------------------------
462      ! Enthalpies are global variables we have to readjust the units (heat content in Joules)
463      DO jl = 1, jpl
464         DO jk = 1, nlay_s
465            e_s(:,:,jk,jl) = e_s(:,:,jk,jl) * area(:,:) * a_i(:,:,jl) * ht_s(:,:,jl) / ( unit_fac * REAL( nlay_s ) )
466         END DO
467      END DO
468
469      !----------------------------------
470      ! 5.3) Change thickness to volume
471      !----------------------------------
472      CALL lim_var_eqv2glo
473
474      !--------------------------------------------
475      ! 5.4) Diagnostic thermodynamic growth rates
476      !--------------------------------------------
477      IF(ln_ctl) THEN            ! Control print
478         CALL prt_ctl_info(' ')
479         CALL prt_ctl_info(' - Cell values : ')
480         CALL prt_ctl_info('   ~~~~~~~~~~~~~ ')
481         CALL prt_ctl(tab2d_1=area , clinfo1=' lim_thd  : cell area :')
482         CALL prt_ctl(tab2d_1=at_i , clinfo1=' lim_thd  : at_i      :')
483         CALL prt_ctl(tab2d_1=vt_i , clinfo1=' lim_thd  : vt_i      :')
484         CALL prt_ctl(tab2d_1=vt_s , clinfo1=' lim_thd  : vt_s      :')
485         DO jl = 1, jpl
486            CALL prt_ctl_info(' ')
487            CALL prt_ctl_info(' - Category : ', ivar1=jl)
488            CALL prt_ctl_info('   ~~~~~~~~~~')
489            CALL prt_ctl(tab2d_1=a_i   (:,:,jl)   , clinfo1= ' lim_thd  : a_i      : ')
490            CALL prt_ctl(tab2d_1=ht_i  (:,:,jl)   , clinfo1= ' lim_thd  : ht_i     : ')
491            CALL prt_ctl(tab2d_1=ht_s  (:,:,jl)   , clinfo1= ' lim_thd  : ht_s     : ')
492            CALL prt_ctl(tab2d_1=v_i   (:,:,jl)   , clinfo1= ' lim_thd  : v_i      : ')
493            CALL prt_ctl(tab2d_1=v_s   (:,:,jl)   , clinfo1= ' lim_thd  : v_s      : ')
494            CALL prt_ctl(tab2d_1=e_s   (:,:,1,jl) , clinfo1= ' lim_thd  : e_s      : ')
495            CALL prt_ctl(tab2d_1=t_su  (:,:,jl)   , clinfo1= ' lim_thd  : t_su     : ')
496            CALL prt_ctl(tab2d_1=t_s   (:,:,1,jl) , clinfo1= ' lim_thd  : t_snow   : ')
497            CALL prt_ctl(tab2d_1=sm_i  (:,:,jl)   , clinfo1= ' lim_thd  : sm_i     : ')
498            CALL prt_ctl(tab2d_1=smv_i (:,:,jl)   , clinfo1= ' lim_thd  : smv_i    : ')
499            DO jk = 1, nlay_i
500               CALL prt_ctl_info(' ')
501               CALL prt_ctl_info(' - Layer : ', ivar1=jk)
502               CALL prt_ctl_info('   ~~~~~~~')
503               CALL prt_ctl(tab2d_1=t_i(:,:,jk,jl) , clinfo1= ' lim_thd  : t_i      : ')
504               CALL prt_ctl(tab2d_1=e_i(:,:,jk,jl) , clinfo1= ' lim_thd  : e_i      : ')
505            END DO
506         END DO
507      ENDIF
508      !
509      !
510      CALL wrk_dealloc( jpi, jpj, zqsr, zqns )
511
512      !
513      ! conservation test
514      IF( ln_limdiahsb ) CALL lim_cons_hsm(1, 'limthd', zvi_b, zsmv_b, zei_b, zfw_b, zfs_b, zft_b)
515      !
516      IF( nn_timing == 1 )  CALL timing_stop('limthd')
517
518   END SUBROUTINE lim_thd 
519
520   SUBROUTINE lim_thd_temp( kideb, kiut )
521      !!-----------------------------------------------------------------------
522      !!                   ***  ROUTINE lim_thd_temp ***
523      !!                 
524      !! ** Purpose :   Computes sea ice temperature (Kelvin) from enthalpy
525      !!
526      !! ** Method  :   Formula (Bitz and Lipscomb, 1999)
527      !!-------------------------------------------------------------------
528      INTEGER, INTENT(in) ::   kideb, kiut   ! bounds for the spatial loop
529      !!
530      INTEGER  ::   ji, jk   ! dummy loop indices
531      REAL(wp) ::   ztmelts, zaaa, zbbb, zccc, zdiscrim  ! local scalar
532      !!-------------------------------------------------------------------
533      ! Recover ice temperature
534      DO jk = 1, nlay_i
535         DO ji = kideb, kiut
536            ztmelts       =  -tmut * s_i_1d(ji,jk) + rtt
537            ! Conversion q(S,T) -> T (second order equation)
538            zaaa          =  cpic
539            zbbb          =  ( rcp - cpic ) * ( ztmelts - rtt ) + q_i_1d(ji,jk) / rhoic - lfus
540            zccc          =  lfus * ( ztmelts - rtt )
541            zdiscrim      =  SQRT( MAX( zbbb * zbbb - 4._wp * zaaa * zccc, 0._wp ) )
542            t_i_1d(ji,jk) =  rtt - ( zbbb + zdiscrim ) / ( 2._wp * zaaa )
543           
544            ! mask temperature
545            rswitch       =  1._wp - MAX( 0._wp , SIGN( 1._wp , - ht_i_1d(ji) ) ) 
546            t_i_1d(ji,jk) =  rswitch * t_i_1d(ji,jk) + ( 1._wp - rswitch ) * rtt
547         END DO
548      END DO
549
550   END SUBROUTINE lim_thd_temp
551
552   SUBROUTINE lim_thd_init
553      !!-----------------------------------------------------------------------
554      !!                   ***  ROUTINE lim_thd_init ***
555      !!                 
556      !! ** Purpose :   Physical constants and parameters linked to the ice
557      !!              thermodynamics
558      !!
559      !! ** Method  :   Read the namicethd namelist and check the ice-thermo
560      !!              parameter values called at the first timestep (nit000)
561      !!
562      !! ** input   :   Namelist namicether
563      !!-------------------------------------------------------------------
564      INTEGER  ::   ios                 ! Local integer output status for namelist read
565      NAMELIST/namicethd/ hmelt , hiccrit, fraz_swi, maxfrazb, vfrazb, Cfrazb,   &
566         &                hiclim, hnzst, parsub, betas,                          & 
567         &                kappa_i, nconv_i_thd, maxer_i_thd, thcon_i_swi
568      !!-------------------------------------------------------------------
569      !
570      IF(lwp) THEN
571         WRITE(numout,*)
572         WRITE(numout,*) 'lim_thd : Ice Thermodynamics'
573         WRITE(numout,*) '~~~~~~~'
574      ENDIF
575      !
576      REWIND( numnam_ice_ref )              ! Namelist namicethd in reference namelist : Ice thermodynamics
577      READ  ( numnam_ice_ref, namicethd, IOSTAT = ios, ERR = 901)
578901   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namicethd in reference namelist', lwp )
579
580      REWIND( numnam_ice_cfg )              ! Namelist namicethd in configuration namelist : Ice thermodynamics
581      READ  ( numnam_ice_cfg, namicethd, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
582902   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'namicethd in configuration namelist', lwp )
583      IF(lwm) WRITE ( numoni, namicethd )
584
585      IF( lk_cpl .AND. parsub /= 0.0 )   CALL ctl_stop( 'In coupled mode, use parsub = 0. or send dqla' )
586      !
587      IF(lwp) THEN                          ! control print
588         WRITE(numout,*)
589         WRITE(numout,*)'   Namelist of ice parameters for ice thermodynamic computation '
590         WRITE(numout,*)'      maximum melting at the bottom                           hmelt        = ', hmelt
591         WRITE(numout,*)'      ice thick. for lateral accretion                        hiccrit      = ', hiccrit
592         WRITE(numout,*)'      Frazil ice thickness as a function of wind or not       fraz_swi     = ', fraz_swi
593         WRITE(numout,*)'      Maximum proportion of frazil ice collecting at bottom   maxfrazb     = ', maxfrazb
594         WRITE(numout,*)'      Thresold relative drift speed for collection of frazil  vfrazb       = ', vfrazb
595         WRITE(numout,*)'      Squeezing coefficient for collection of frazil          Cfrazb       = ', Cfrazb
596         WRITE(numout,*)'      minimum ice thickness                                   hiclim       = ', hiclim 
597         WRITE(numout,*)'      numerical carac. of the scheme for diffusion in ice '
598         WRITE(numout,*)'      thickness of the surf. layer in temp. computation       hnzst        = ', hnzst
599         WRITE(numout,*)'      switch for snow sublimation  (=1) or not (=0)           parsub       = ', parsub 
600         WRITE(numout,*)'      coefficient for ice-lead partition of snowfall          betas        = ', betas
601         WRITE(numout,*)'      extinction radiation parameter in sea ice (1.0)         kappa_i      = ', kappa_i
602         WRITE(numout,*)'      maximal n. of iter. for heat diffusion computation      nconv_i_thd  = ', nconv_i_thd
603         WRITE(numout,*)'      maximal err. on T for heat diffusion computation        maxer_i_thd  = ', maxer_i_thd
604         WRITE(numout,*)'      switch for comp. of thermal conductivity in the ice     thcon_i_swi  = ', thcon_i_swi
605         WRITE(numout,*)'      check heat conservation in the ice/snow                 con_i        = ', con_i
606      ENDIF
607      !
608   END SUBROUTINE lim_thd_init
609
610#else
611   !!----------------------------------------------------------------------
612   !!   Default option         Dummy module          NO  LIM3 sea-ice model
613   !!----------------------------------------------------------------------
614#endif
615
616   !!======================================================================
617END MODULE limthd
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.