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       1             : !=======================================================================
       2             : 
       3             : ! CESM meltpond parameterization
       4             : !
       5             : ! This meltpond parameterization was developed for use with the delta-
       6             : ! Eddington radiation scheme, and only affects the radiation budget in
       7             : ! the model.  That is, although the pond volume is tracked, that liquid
       8             : ! water is not used elsewhere in the model for mass budgets or other
       9             : ! physical processes.
      10             : !
      11             : ! authors David A. Bailey (NCAR)
      12             : !         Marika M. Holland (NCAR)
      13             : !         Elizabeth C. Hunke (LANL)
      14             : 
      15             :       module icepack_meltpond_cesm
      16             : 
      17             :       use icepack_kinds
      18             :       use icepack_parameters, only: c0, c1, c2, p01, puny
      19             :       use icepack_parameters, only: rhofresh, rhoi, rhos, Timelt
      20             :       use icepack_warnings, only: warnstr, icepack_warnings_add
      21             :       use icepack_warnings, only: icepack_warnings_setabort, icepack_warnings_aborted
      22             : 
      23             :       implicit none
      24             : 
      25             :       private
      26             :       public :: compute_ponds_cesm
      27             : 
      28             : !=======================================================================
      29             : 
      30             :       contains
      31             : 
      32             : !=======================================================================
      33             : 
      34      307440 :       subroutine compute_ponds_cesm(dt,    hi_min,       &
      35             :                                     pndaspect,           &
      36             :                                     rfrac, meltt,        &
      37             :                                     melts, frain,        &
      38             :                                     aicen, vicen, &
      39             :                                     Tsfcn, apnd,  hpnd)
      40             : 
      41             :       real (kind=dbl_kind), intent(in) :: &
      42             :          dt,       & ! time step (s)
      43             :          hi_min,   & ! minimum ice thickness allowed for thermo (m)
      44             :          pndaspect   ! ratio of pond depth to pond fraction
      45             : 
      46             :       real (kind=dbl_kind), intent(in) :: &
      47             :          rfrac, &    ! water fraction retained for melt ponds
      48             :          meltt, &
      49             :          melts, &
      50             :          frain, &
      51             :          aicen, &
      52             :          vicen
      53             : 
      54             :       real (kind=dbl_kind), intent(in) :: &
      55             :          Tsfcn
      56             : 
      57             :       real (kind=dbl_kind), intent(inout) :: &
      58             :          apnd, &
      59             :          hpnd
      60             : 
      61             : !     local temporary variables
      62             : 
      63             :       real (kind=dbl_kind) :: &
      64           0 :          volpn
      65             : 
      66             :       real (kind=dbl_kind) :: &
      67           0 :          hi                     , & ! ice thickness (m)
      68           0 :          dTs                    , & ! surface temperature diff for freeze-up (C)
      69           0 :          Tp                     , & ! pond freezing temperature (C)
      70           0 :          apondn, &
      71           0 :          hpondn   
      72             : 
      73             :       real (kind=dbl_kind), parameter :: &
      74             :          Td       = c2          , & ! temperature difference for freeze-up (C)
      75             :          rexp     = p01         , & ! pond contraction scaling
      76             :          dpthhi   = 0.9_dbl_kind    ! ratio of pond depth to ice thickness
      77             : 
      78             :       character(len=*),parameter :: subname='(compute_ponds_cesm)'
      79             : 
      80             :       !-----------------------------------------------------------------
      81             :       ! Initialize 
      82             :       !-----------------------------------------------------------------
      83      307440 :       volpn = hpnd * apnd * aicen
      84             : 
      85             :       !-----------------------------------------------------------------
      86             :       ! Identify grid cells where ice can melt
      87             :       !-----------------------------------------------------------------
      88             : 
      89      307440 :       if (aicen > puny) then
      90             : 
      91      229765 :          hi = vicen/aicen
      92             : 
      93      229765 :          if (hi < hi_min) then
      94             : 
      95             :          !--------------------------------------------------------------
      96             :          ! Remove ponds on thin ice
      97             :          !--------------------------------------------------------------
      98          52 :             apondn = c0
      99          52 :             hpondn = c0
     100          52 :             volpn  = c0
     101             : 
     102             :          else
     103             : 
     104             :             !-----------------------------------------------------------
     105             :             ! Update pond volume
     106             :             !-----------------------------------------------------------
     107             :             volpn = volpn &
     108             :                   + rfrac/rhofresh*(meltt*rhoi &
     109             :                   +                 melts*rhos &
     110             :                   +                 frain*  dt)&
     111      229713 :                   * aicen
     112             : 
     113             :             !-----------------------------------------------------------
     114             :             ! Shrink pond volume under freezing conditions
     115             :             !-----------------------------------------------------------
     116      229713 :             Tp = Timelt - Td
     117      229713 :             dTs = max(Tp - Tsfcn,c0)
     118      229713 :             volpn = volpn * exp(rexp*dTs/Tp)
     119      229713 :             volpn = max(volpn, c0)
     120             : 
     121             :             ! fraction of ice covered by ponds
     122      229713 :             apondn = min (sqrt(volpn/(pndaspect*aicen)), c1)
     123      229713 :             hpondn = pndaspect * apondn
     124             :             ! fraction of grid cell covered by ponds
     125      229713 :             apondn = apondn * aicen
     126             : 
     127             :             !-----------------------------------------------------------
     128             :             ! Limit pond depth
     129             :             !-----------------------------------------------------------
     130      229713 :              hpondn = min(hpondn, dpthhi*hi)
     131             : 
     132             :          endif
     133             : 
     134             :          !-----------------------------------------------------------
     135             :          ! Reload tracer array
     136             :          !-----------------------------------------------------------
     137      229765 :          apnd = apondn / aicen
     138      229765 :          hpnd = hpondn
     139             : 
     140             :       endif
     141             : 
     142      307440 :       end subroutine compute_ponds_cesm
     143             : 
     144             : !=======================================================================
     145             : 
     146             :       end module icepack_meltpond_cesm
     147             : 
     148             : !=======================================================================