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Since March 2022 along with NEMO 4.2 release, the code development moved to a self-hosted GitLab.
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icestp.F90 in branches/UKMO/dev_r8183_ICEMODEL_svn_removed/NEMOGCM/NEMO/LIM_SRC_3 – NEMO

source: branches/UKMO/dev_r8183_ICEMODEL_svn_removed/NEMOGCM/NEMO/LIM_SRC_3/icestp.F90 @ 8771

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add 1st layer temperature for Jules

File size: 21.2 KB
Line 
1MODULE icestp
2   !!======================================================================
3   !!                       ***  MODULE  icestp  ***
4   !! Surface module :  update the ocean surface boundary condition over ice
5   !!                   covered area using ESIM sea-ice model
6   !!=====================================================================
7   !! History :  2.0  ! 2006-12  (M. Vancoppenolle) Original code
8   !!            3.0  ! 2008-02  (C. Talandier)  Surface module from icestp.F90
9   !!             -   ! 2008-04  (G. Madec)  sltyle and ice_ctl routine
10   !!            3.3  ! 2010-11  (G. Madec) ice-ocean stress always computed at each ocean time-step
11   !!            3.4  ! 2011-01  (A Porter)  dynamical allocation
12   !!             -   ! 2012-10  (C. Rousset)  add ice_dia
13   !!            3.6  ! 2014-07  (M. Vancoppenolle, G. Madec, O. Marti) revise coupled interface
14   !!            4.0  ! 2016-06  (L. Brodeau) new unified bulk routine (based on AeroBulk)
15   !!----------------------------------------------------------------------
16#if defined key_lim3
17   !!----------------------------------------------------------------------
18   !!   'key_lim3'                                       ESIM sea-ice model
19   !!----------------------------------------------------------------------
20   !!   ice_stp       : sea-ice model time-stepping and update ocean SBC over ice-covered area
21   !!   ice_init      : initialize sea-ice
22   !!----------------------------------------------------------------------
23   USE oce            ! ocean dynamics and tracers
24   USE dom_oce        ! ocean space and time domain
25   USE c1d            ! 1D vertical configuration
26   USE ice            ! sea-ice: variables
27   USE ice1D          ! sea-ice: thermodynamical 1D variables
28   !
29   USE phycst         ! Define parameters for the routines
30   USE eosbn2         ! equation of state
31   USE sbc_oce        ! Surface boundary condition: ocean fields
32   USE sbc_ice        ! Surface boundary condition: ice   fields
33   !
34   USE iceforcing     ! sea-ice: Surface boundary condition       !!gm why not icesbc module name
35   USE icedyn         ! sea-ice: dynamics
36   USE icethd         ! sea-ice: thermodynamics
37   USE icecor         ! sea-ice: corrections
38   USE iceupdate      ! sea-ice: sea surface boundary condition update
39   USE icedia         ! sea-ice: budget diagnostics
40   USE icewri         ! sea-ice: outputs
41   USE icerst         ! sea-ice: restarts
42   USE icevar         ! sea-ice: operations
43   USE icectl         ! sea-ice: control
44   USE iceistate      ! sea-ice: initial state
45   USE iceitd         ! sea-ice: remapping thickness distribution
46   USE icealb         ! sea-ice: albedo
47   !
48   USE bdy_oce , ONLY : ln_bdy   ! flag for bdy
49   USE bdyice         ! unstructured open boundary data for sea-ice
50# if defined key_agrif
51   USE agrif_ice
52   USE agrif_lim3_update
53   USE agrif_lim3_interp
54# endif
55   !
56   USE in_out_manager ! I/O manager
57   USE iom            ! I/O manager library
58   USE lib_mpp        ! MPP library
59   USE lib_fortran    ! fortran utilities (glob_sum + no signed zero)
60   USE timing         ! Timing
61   USE prtctl         ! Print control
62
63   IMPLICIT NONE
64   PRIVATE
65
66   PUBLIC   ice_stp    ! called by sbcmod.F90
67   PUBLIC   ice_init   ! called by sbcmod.F90
68
69   !! * Substitutions
70#  include "vectopt_loop_substitute.h90"
71   !!----------------------------------------------------------------------
72   !! NEMO/ICE 4.0 , NEMO Consortium (2017)
73   !! $Id: icestp.F90 8319 2017-07-11 15:00:44Z clem $
74   !! Software governed by the CeCILL licence     (NEMOGCM/NEMO_CeCILL.txt)
75   !!----------------------------------------------------------------------
76CONTAINS
77
78   SUBROUTINE ice_stp( kt, ksbc )
79      !!---------------------------------------------------------------------
80      !!                  ***  ROUTINE ice_stp  ***
81      !!
82      !! ** Purpose :   sea-ice model time-stepping and update ocean surface
83      !!              boundary condition over ice-covered area
84      !!
85      !! ** Method  :   ice model time stepping
86      !!              - call the ice dynamics routine
87      !!              - call the ice advection/diffusion routine
88      !!              - call the ice thermodynamics routine
89      !!              - call the routine that computes mass and
90      !!                heat fluxes at the ice/ocean interface
91      !!              - save the outputs
92      !!              - save the outputs for restart when necessary
93      !!
94      !! ** Action  : - time evolution of the LIM sea-ice model
95      !!              - update all sbc variables below sea-ice:
96      !!                utau, vtau, taum, wndm, qns , qsr, emp , sfx
97      !!---------------------------------------------------------------------
98      INTEGER, INTENT(in) ::   kt      ! ocean time step
99      INTEGER, INTENT(in) ::   ksbc    ! flux formulation (user defined, bulk, or Pure Coupled)
100      !
101      INTEGER ::   jl   ! dummy loop index
102      !!----------------------------------------------------------------------
103      !
104      IF( nn_timing == 1 )   CALL timing_start('ice_stp')
105      !
106      !                                      !-----------------------!
107      IF( MOD( kt-1, nn_fsbc ) == 0 ) THEN   ! --- Ice time step --- !
108         !                                   !-----------------------!
109         !
110         kt_ice = kt                              ! -- Ice model time step
111         !
112# if defined key_agrif
113         IF( .NOT. Agrif_Root() )  lim_nbstep = MOD( lim_nbstep, Agrif_irhot() * Agrif_Parent(nn_fsbc) / nn_fsbc ) + 1
114# endif
115         u_oce(:,:) = ssu_m(:,:)                  ! -- mean surface ocean current
116         v_oce(:,:) = ssv_m(:,:)
117         !
118         CALL eos_fzp( sss_m(:,:) , t_bo(:,:) )   ! -- freezing temperature [Kelvin] (set to rt0 over land)
119         t_bo(:,:) = ( t_bo(:,:) + rt0 ) * tmask(:,:,1) + rt0 * ( 1._wp - tmask(:,:,1) )
120         !
121         CALL store_fields                        ! -- Store now ice values
122         !
123         !------------------------------------------------!
124         ! --- Dynamical coupling with the atmosphere --- !
125         !------------------------------------------------!
126         ! It provides the following fields used in sea ice model:
127         !    utau_ice, vtau_ice = surface ice stress [N/m2]
128         !------------------------------------------------!
129                                        CALL ice_forcing_tau( kt, ksbc, utau_ice, vtau_ice )         
130         !-------------------------------------!
131         ! --- ice dynamics and advection  --- !
132         !-------------------------------------!
133         CALL diag_set0             ! set diag of mass, heat and salt fluxes to 0
134         CALL ice_rst_opn( kt )     ! Open Ice restart file (if necessary)
135         !
136         IF( ln_icedyn .AND. .NOT.lk_c1d )   &
137            &                           CALL ice_dyn( kt )            ! -- Ice dynamics
138         !
139         !                          !==  lateral boundary conditions  ==!
140#if defined key_agrif
141         IF( .NOT. Agrif_Root()     )   CALL agrif_interp_lim3('T')   ! -- AGRIF
142#endif
143         IF( ln_icethd .AND. ln_bdy )   CALL bdy_ice( kt )            ! -- bdy ice thermo
144         !
145         !
146         !                          !==  previous lead fraction and ice volume for flux calculations
147         CALL ice_var_glo2eqv            ! h_i and h_s for ice albedo calculation
148         CALL ice_var_agg(1)             ! at_i for coupling
149         CALL store_fields               ! Store now ice values
150
151         !------------------------------------------------------!
152         ! --- Thermodynamical coupling with the atmosphere --- !
153         !------------------------------------------------------!
154         ! It provides the following fields used in sea ice model:
155         !    emp_oce , emp_ice    = E-P over ocean and sea ice                    [Kg/m2/s]
156         !    sprecip              = solid precipitation                           [Kg/m2/s]
157         !    evap_ice             = sublimation                                   [Kg/m2/s]
158         !    qsr_tot , qns_tot    = solar & non solar heat flux (total)           [W/m2]
159         !    qsr_ice , qns_ice    = solar & non solar heat flux over ice          [W/m2]
160         !    dqns_ice             = non solar  heat sensistivity                  [W/m2]
161         !    qemp_oce, qemp_ice,  = sensible heat (associated with evap & precip) [W/m2]
162         !    qprec_ice, qevap_ice
163         !------------------------------------------------------!
164                                        CALL ice_forcing_flx( kt, ksbc )
165         !----------------------------!
166         ! --- ice thermodynamics --- !
167         !----------------------------!
168         IF( ln_icethd )                CALL ice_thd( kt )            ! -- Ice thermodynamics     
169         !
170         !
171         IF( ln_icethd )                CALL ice_cor( kt , 2 )        ! -- Corrections
172# if defined key_agrif
173         IF( .NOT. Agrif_Root() )       CALL agrif_update_lim3( kt )
174# endif
175         CALL ice_var_glo2eqv        ! necessary calls (at least for coupling)
176         CALL ice_var_agg( 2 )       ! necessary calls (at least for coupling)
177                                     !
178!! clem: one should switch the calculation of the fluxes onto the parent grid but the following calls do not work
179!!       moreover it should only be called at the update frequency (as in agrif_lim3_update.F90)
180!!# if defined key_agrif
181!!         IF( .NOT. Agrif_Root() )     CALL Agrif_ChildGrid_To_ParentGrid()
182!!# endif
183                                        CALL ice_update_flx( kt )     ! -- Update ocean surface mass, heat and salt fluxes
184!!# if defined key_agrif
185!!         IF( .NOT. Agrif_Root() )     CALL Agrif_ParentGrid_To_ChildGrid()
186!!# endif
187         IF( ln_icediahsb )             CALL ice_dia( kt )            ! -- Diagnostics outputs
188         !
189                                        CALL ice_wri( kt )            ! -- Ice outputs
190         !
191         IF( lrst_ice )                 CALL ice_rst_write( kt )      ! -- Ice restart file
192         !
193         IF( ln_icectl )                CALL ice_ctl( kt )            ! -- alerts in case of model crash
194         !
195      ENDIF   ! End sea-ice time step only
196
197      !-------------------------!
198      ! --- Ocean time step --- !
199      !-------------------------!
200      IF( ln_icedyn )                   CALL ice_update_tau( kt, ub(:,:,1), vb(:,:,1) )   ! -- update surface ocean stresses
201!!gm   remark, the ocean-ice stress is not saved in ice diag call above .....  find a solution!!!
202      !
203      IF( nn_timing == 1 )   CALL timing_stop('ice_stp')
204      !
205   END SUBROUTINE ice_stp
206
207
208   SUBROUTINE ice_init
209      !!----------------------------------------------------------------------
210      !!                  ***  ROUTINE ice_init  ***
211      !!
212      !! ** purpose :   Initialize sea-ice parameters
213      !!----------------------------------------------------------------------
214      INTEGER :: ji, jj, ierr
215      !!----------------------------------------------------------------------
216      IF(lwp) WRITE(numout,*)
217      IF(lwp) WRITE(numout,*) 'ice_init: Arrays allocation & Initialization off all routines & init state' 
218      IF(lwp) WRITE(numout,*) '~~~~~~~~'
219      !
220      !                                ! Open the reference and configuration namelist files and namelist output file
221      CALL ctl_opn( numnam_ice_ref, 'namelist_ice_ref',    'OLD',     'FORMATTED', 'SEQUENTIAL', -1, numout, lwp )
222      CALL ctl_opn( numnam_ice_cfg, 'namelist_ice_cfg',    'OLD',     'FORMATTED', 'SEQUENTIAL', -1, numout, lwp )
223      IF(lwm) CALL ctl_opn( numoni, 'output.namelist.ice', 'UNKNOWN', 'FORMATTED', 'SEQUENTIAL', -1, numout, lwp, 1 )
224      !
225      CALL par_init                ! set some ice run parameters
226      !
227      !                                ! Allocate the ice arrays (sbc_ice already allocated in sbc_init)
228      ierr =        ice_alloc        ()      ! ice variables
229      ierr = ierr + sbc_ice_alloc    ()      ! surface forcing
230      ierr = ierr + ice1D_alloc      ()      ! thermodynamics
231      !
232      IF( lk_mpp    )   CALL mpp_sum( ierr )
233      IF( ierr /= 0 )   CALL ctl_stop('STOP', 'ice_init : unable to allocate ice arrays')
234      !
235      CALL ice_itd_init                ! ice thickness distribution initialization
236      !
237      IF( ln_icethd ) THEN
238         CALL ice_thd_init             ! set ice thermodynics parameters (clem: important to call it first for melt ponds)
239      ENDIF   
240      !                                ! Initial sea-ice state
241      IF( .NOT. ln_rstart ) THEN              ! start from rest: sea-ice deduced from sst
242         CALL ice_istate_init
243         CALL ice_istate
244      ELSE                                    ! start from a restart file
245         CALL ice_rst_read
246      ENDIF
247      CALL ice_var_glo2eqv
248      CALL ice_var_agg(2)
249      !
250      CALL ice_forcing_init            ! set ice-ocean and ice-atm. coupling parameters
251      !
252      IF( ln_icedyn ) THEN
253         CALL ice_dyn_init             ! set ice dynamics parameters
254      ENDIF
255      !
256      CALL ice_update_init             ! ice surface boundary condition
257      !
258      CALL ice_alb_init                ! ice surface albedo
259      !
260      CALL ice_dia_init                ! initialization for diags
261      !
262      fr_i   (:,:)   = at_i(:,:)       ! initialisation of sea-ice fraction
263      tn_ice (:,:,:) = t_su(:,:,:)     ! initialisation of surface temp for coupled simu
264      t1_ice (:,:,:) = t_i (:,:,1,:)   ! initialisation of 1st layer temp for coupled simu
265      cnd_ice(:,:,:) = 0._wp           ! initialisation of the effective conductivity at the top of ice/snow (Jules coupling)
266      !
267      !                                ! set max concentration in both hemispheres
268      WHERE( gphit(:,:) > 0._wp )   ;   rn_amax_2d(:,:) = rn_amax_n  ! NH
269      ELSEWHERE                     ;   rn_amax_2d(:,:) = rn_amax_s  ! SH
270      END WHERE
271
272      IF( ln_rstart )   CALL iom_close( numrir )  ! close input ice restart file
273      !
274   END SUBROUTINE ice_init
275
276
277   SUBROUTINE par_init
278      !!-------------------------------------------------------------------
279      !!                  ***  ROUTINE par_init ***
280      !!
281      !! ** Purpose :   Definition generic parameters for ice model
282      !!
283      !! ** Method  :   Read namelist and check the parameter
284      !!                values called at the first timestep (nit000)
285      !!
286      !! ** input   :   Namelist nampar
287      !!-------------------------------------------------------------------
288      INTEGER  ::   ios                 ! Local integer output status for namelist read
289      NAMELIST/nampar/ jpl, nlay_i, nlay_s, nn_monocat, ln_icedyn, ln_icethd, rn_amax_n, rn_amax_s,  &
290         &             cn_icerst_in, cn_icerst_indir, cn_icerst_out, cn_icerst_outdir
291      !!-------------------------------------------------------------------
292      !
293      REWIND( numnam_ice_ref )      ! Namelist nampar in reference namelist : Parameters for ice
294      READ  ( numnam_ice_ref, nampar, IOSTAT = ios, ERR = 901)
295901   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'nampar in reference namelist', lwp )
296
297      REWIND( numnam_ice_cfg )      ! Namelist nampar in configuration namelist : Parameters for ice
298      READ  ( numnam_ice_cfg, nampar, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
299902   IF( ios /= 0 ) CALL ctl_nam ( ios , 'nampar in configuration namelist', lwp )
300      IF(lwm) WRITE ( numoni, nampar )
301      !
302      IF(lwp) THEN                  ! control print
303         WRITE(numout,*)
304         WRITE(numout,*) 'par_init: ice parameters shared among all the routines'
305         WRITE(numout,*) ' ~~~~~~~'
306         WRITE(numout,*) '   Namelist nampar: '
307         WRITE(numout,*) '      number of ice  categories                              jpl    = ', jpl
308         WRITE(numout,*) '      number of ice  layers                                  nlay_i = ', nlay_i
309         WRITE(numout,*) '      number of snow layers                                  nlay_s = ', nlay_s
310         WRITE(numout,*) '      virtual ITD mono-category param (1-4) or not (0)   nn_monocat = ', nn_monocat
311         WRITE(numout,*) '      Ice dynamics       (T) or not (F)                   ln_icedyn = ', ln_icedyn
312         WRITE(numout,*) '      Ice thermodynamics (T) or not (F)                   ln_icethd = ', ln_icethd
313         WRITE(numout,*) '      maximum ice concentration for NH                              = ', rn_amax_n 
314         WRITE(numout,*) '      maximum ice concentration for SH                              = ', rn_amax_s
315      ENDIF
316      !
317      !                                        !--- check consistency
318      IF ( jpl > 1 .AND. nn_monocat == 1 ) THEN
319         nn_monocat = 0
320         IF(lwp) WRITE(numout,*)
321         IF(lwp) WRITE(numout,*) '   nn_monocat forced to 0 as jpl>1, i.e. multi-category case is chosen'
322      ENDIF
323!     IF ( jpl == 1 .AND. nn_monocat == 0 ) THEN
324!        CALL ctl_stop( 'STOP', 'par_init : if jpl=1 then nn_monocat should be between 1 and 4' )
325!     ENDIF
326      !
327      IF( ln_bdy .AND. ln_icediachk )   CALL ctl_warn('par_init: online conservation check does not work with BDY')
328      !
329      rdt_ice   = REAL(nn_fsbc) * rdt          !--- sea-ice timestep and inverse
330      r1_rdtice = 1._wp / rdt_ice
331      IF( lwp ) WRITE(numout,*) '   ice timestep rdt_ice = ', rdt_ice
332      !
333      r1_nlay_i = 1._wp / REAL( nlay_i, wp )   !--- inverse of nlay_i and nlay_s
334      r1_nlay_s = 1._wp / REAL( nlay_s, wp )
335      !
336   END SUBROUTINE par_init
337
338
339   SUBROUTINE store_fields
340      !!----------------------------------------------------------------------
341      !!                  ***  ROUTINE store_fields  ***
342      !!
343      !! ** purpose :  store ice variables at "before" time step
344      !!----------------------------------------------------------------------
345      INTEGER  ::   ji, jj, jl      ! dummy loop index
346      !!----------------------------------------------------------------------
347      !
348      a_i_b (:,:,:)   = a_i (:,:,:)     ! ice area
349      v_i_b (:,:,:)   = v_i (:,:,:)     ! ice volume
350      v_s_b (:,:,:)   = v_s (:,:,:)     ! snow volume
351      sv_i_b(:,:,:)   = sv_i(:,:,:)     ! salt content
352      oa_i_b(:,:,:)   = oa_i(:,:,:)     ! areal age content
353      e_s_b (:,:,:,:) = e_s (:,:,:,:)   ! snow thermal energy
354      e_i_b (:,:,:,:) = e_i (:,:,:,:)   ! ice thermal energy
355      WHERE( a_i_b(:,:,:) >= epsi20 )
356         h_i_b(:,:,:) = v_i_b (:,:,:) / a_i_b(:,:,:)   ! ice thickness
357         h_s_b(:,:,:) = v_s_b (:,:,:) / a_i_b(:,:,:)   ! snw thickness
358      ELSEWHERE
359         h_i_b(:,:,:) = 0._wp
360         h_s_b(:,:,:) = 0._wp
361      END WHERE
362     
363      ! ice velocities & total concentration
364      at_i_b(:,:)  = SUM( a_i_b(:,:,:), dim=3 )
365      u_ice_b(:,:) = u_ice(:,:)
366      v_ice_b(:,:) = v_ice(:,:)
367      !
368   END SUBROUTINE store_fields
369
370
371   SUBROUTINE diag_set0
372      !!----------------------------------------------------------------------
373      !!                  ***  ROUTINE diag_set0  ***
374      !!
375      !! ** purpose :  set ice-ocean and ice-atm. fluxes to zeros at the beggining
376      !!               of the time step
377      !!----------------------------------------------------------------------
378      INTEGER  ::   ji, jj      ! dummy loop index
379      !!----------------------------------------------------------------------
380      sfx    (:,:) = 0._wp   ;
381      sfx_bri(:,:) = 0._wp   ;   sfx_lam(:,:) = 0._wp
382      sfx_sni(:,:) = 0._wp   ;   sfx_opw(:,:) = 0._wp
383      sfx_bog(:,:) = 0._wp   ;   sfx_dyn(:,:) = 0._wp
384      sfx_bom(:,:) = 0._wp   ;   sfx_sum(:,:) = 0._wp
385      sfx_res(:,:) = 0._wp   ;   sfx_sub(:,:) = 0._wp
386      !
387      wfx_snw(:,:) = 0._wp   ;   wfx_ice(:,:) = 0._wp
388      wfx_sni(:,:) = 0._wp   ;   wfx_opw(:,:) = 0._wp
389      wfx_bog(:,:) = 0._wp   ;   wfx_dyn(:,:) = 0._wp
390      wfx_bom(:,:) = 0._wp   ;   wfx_sum(:,:) = 0._wp
391      wfx_res(:,:) = 0._wp   ;   wfx_sub(:,:) = 0._wp
392      wfx_spr(:,:) = 0._wp   ;   wfx_lam(:,:) = 0._wp 
393      wfx_snw_dyn(:,:) = 0._wp ; wfx_snw_sum(:,:) = 0._wp
394      wfx_snw_sub(:,:) = 0._wp ; wfx_ice_sub(:,:) = 0._wp
395      wfx_snw_sni(:,:) = 0._wp 
396      wfx_pnd(:,:) = 0._wp
397
398      hfx_thd(:,:) = 0._wp   ;
399      hfx_snw(:,:) = 0._wp   ;   hfx_opw(:,:) = 0._wp
400      hfx_bog(:,:) = 0._wp   ;   hfx_dyn(:,:) = 0._wp
401      hfx_bom(:,:) = 0._wp   ;   hfx_sum(:,:) = 0._wp
402      hfx_res(:,:) = 0._wp   ;   hfx_sub(:,:) = 0._wp
403      hfx_spr(:,:) = 0._wp   ;   hfx_dif(:,:) = 0._wp
404      hfx_err_rem(:,:) = 0._wp
405      hfx_err_dif(:,:) = 0._wp
406      wfx_err_sub(:,:) = 0._wp
407      !
408      afx_tot(:,:) = 0._wp   ;
409      !
410      diag_heat(:,:) = 0._wp ;   diag_sice(:,:) = 0._wp
411      diag_vice(:,:) = 0._wp ;   diag_vsnw(:,:) = 0._wp
412
413      ! SIMIP diagnostics
414      diag_fc_bo(:,:)    = 0._wp ; diag_fc_su(:,:)    = 0._wp
415
416      tau_icebfr(:,:) = 0._wp; ! landfast ice param only (clem: important to keep the init here)
417      cnd_ice(:,:,:) = 0._wp   ! effective conductivity at the top of ice/snow (Jules coupling)
418     
419   END SUBROUTINE diag_set0
420
421#else
422   !!----------------------------------------------------------------------
423   !!   Default option           Dummy module         NO ESIM sea-ice model
424   !!----------------------------------------------------------------------
425CONTAINS
426   SUBROUTINE ice_stp ( kt, ksbc )     ! Dummy routine
427      INTEGER, INTENT(in) ::   kt, ksbc
428      WRITE(*,*) 'ice_stp: You should not have seen this print! error?', kt
429   END SUBROUTINE ice_stp
430   SUBROUTINE ice_init                 ! Dummy routine
431   END SUBROUTINE ice_init
432#endif
433
434   !!======================================================================
435END MODULE icestp
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.