GCM def 配置体系

路径

LMDZ.MARS\deftank\

类型

配置集合目录（含运行配置文件、垂直坐标定义、示踪物定义、化学反应速率、XIOS 输出配置、运行脚本和机器相关作业脚本）。

作用

deftank 目录集中存放了 LMDZ.MARS GCM 运行所需的所有配置文件和示例运行脚本。这是复现模型运行的关键入口目录——缺少其中任何一个必要的 def 文件，模型将无法启动。

根据 README，运行 GCM 至少需要四个 def 文件：

• run.def —— 动力核心 + 总运行控制
• callphys.def —— 物理参数化开关与参数
• traceur.def —— 示踪物（tracer）列表
• z2sig.def —— 垂直坐标定义

目录中按不同 GCM 配置版本（GCM5、MCD5、GCM6、MCD6）提供了后缀变体（如 callphys.def.GCM5、callphys.def.MCD6），使用前需重命名为无后缀的基础名称。

目录结构总览

deftank/
  README                          # 目录说明
  run.def.*                       # 动力核心运行控制（6 个变体 + 1 个 1D 版本）
  callphys.def.*                  # 物理参数化配置（6 个变体）
  traceur.def.*                   # 示踪物列表（9 个变体）
  z2sig.def.*                     # 垂直坐标定义（3 个变体）
  chemthermos_reactionrates.def   # 热层化学反应速率常数
  run0                            # 串联模拟主脚本
  run_mcd                         # 按火星月分步运行的包装脚本
  launch_1Dchained.sh             # 1D 链式模拟启动脚本
  launch_orb_1Dchained.sh         # 1D 轨道链式模拟启动脚本
  xios/                           # XIOS 输出系统配置
    iodef.xml                     # XIOS 总配置
    context_pcm_physics.xml       # XIOS 物理上下文
    field_def_physics.xml         # 物理场定义
    file_def_physics.xml          # 输出文件定义
  adastra/                        # AdAstra 集群作业脚本
  ciclad/                         # Ciclad 集群作业脚本
  irene/                          # Irène 集群作业脚本
  mesu/                           # Mesu 集群作业脚本
  occigen/                        # Occigen 集群作业脚本
  spirit/                         # Spirit 集群作业脚本

源码依据：deftank/README

1. run.def —— 动力核心运行控制

作用

控制 GCM 动力核心的时间积分方案、水平耗散、垂直坐标类型、物理调用频率、zoom 网格和 sponge 层等。run.def 还通过 INCLUDEDEF=callphys.def 指令引入物理配置。

关键字段

GCM6 vs GCM5 差异

GCM6 的 run.def 相比 GCM5 新增了高度相关耗散系数：

源码依据：deftank/run.def.32x24x25.GCM5、deftank/run.def.64x48x54.GCM6

1D 版本特殊字段

run.def.1d 包含 1D 模型 testphys1d 特有的字段（替代 GCM 3D 动力控制）：

源码依据：deftank/run.def.1d

2. callphys.def —— 物理参数化配置

作用

这是 GCM 中最重要的配置文件，控制所有物理参数化的开关（辐射、湍流、对流、凝结、重力波、尘埃、水循环、光化学、热层等）及相关参数。

关键字段

通用选项

尘埃方案

GCM6/MCD6 新尘埃字段：

物理参数化开关

极冠反照率

辐射传输选项

示踪物/尘埃/水选项

光化学和热层选项

散射体数量

源码依据：deftank/callphys.def.GCM5、deftank/callphys.def.GCM6、deftank/callphys.def.MCD5、deftank/callphys.def.MCD6

GCM5 / MCD5 / GCM6 / MCD6 主要差异总结

3. traceur.def —— 示踪物列表

作用

定义 GCM 中输运的化学/气溶胶种类列表。文件格式简单：第一行为 tracer 总数，后续每行一个 tracer 名称。模型根据此列表分配 tracer 数组维度。

变体及其内容

典型 MCD6 tracer 列表（43 种）

中性化学: co2, co, o, o1d, o2, o3, h, h2, oh, ho2, h2o2, n2, ar, n, no, no2, n2d, he
水+气溶胶: h2o_ice, h2o_vap, dust_number, dust_mass, stormdust_number, stormdust_mass,
           topdust_number, topdust_mass, ccn_number, ccn_mass
电离层: co2plus, oplus, o2plus, coplus, cplus, nplus, noplus, n2plus, hplus,
        hco2plus, hcoplus, h2oplus, h3oplus, ohplus, elec

源码依据：deftank/traceur.def.*

读取位置

已核验两条主要读取路径：3D/物理侧由 libf/phymars/tracer_mod.F90:176-181 查找并解析旧式 traceur.def；1D 列模式由 libf/phymars/dyn1d/init_testphys1d_mod.F90:177-209 直接打开 traceur.def，读取首行 tracer 数和后续 tracer 名称。完整 tracer 索引链见 tracer_mod、initracer 和 init_testphys1d_mod。

4. z2sig.def —— 垂直坐标定义

作用

定义模型的垂直分层（hybrid 坐标或 sigma 坐标）。文件格式为数值表，第一行为大气标高参考值 (km)，后续每行给出 sigma 层界面值。

变体

选择指南

• 54 层（MCD6）：运行到 ~120 km（水+尘埃循环模拟）
• 73 层（MCD6）：运行到 ~250 km（包含化学和热层）

源码依据：deftank/README、deftank/z2sig.def.MCD6

5. chemthermos_reactionrates.def —— 热层化学反应速率

作用

定义热层/电离层光化学模块中 ~40 个化学反应的 Arrhenius 速率参数。文件格式为 Fortran 风格注释 + 每行三个数值（A, B, C），对应反应速率公式：

k = A × (T/300)^B × exp(C/T)

覆盖的反应类型

• 中性氧/氢化学（HO_x, O_x）
• 氮化学（NO_x, N(²D)）
• CO_x 化学
• 电离层离子化学（CO₂⁺, O⁺, O₂⁺, N₂⁺, NO⁺, H⁺ 等）
• 电子复合反应

源码依据：deftank/chemthermos_reactionrates.def

6. XIOS 输出配置（xios/）

作用

XIOS (XML Input/Output Server) 库控制 GCM 的并行 I/O 输出。需要四个 XML 文件。

文件说明

关键配置项（iodef.xml）

源码依据：deftank/README、deftank/xios/iodef.xml

7. 运行脚本

run0 —— 串联模拟主脚本

Bash 脚本，实现链式 GCM 模拟：

1. 检查 gcm.e 可执行文件
2. 读取 num_run 获取上次数值
3. 将 start${numold}.nc / startfi${numold}.nc 复制为 start.nc / startfi.nc
4. 运行 ./gcm.e > lrun${numnew}
5. 检查输出（restart.nc / restartfi.nc）
6. 重命名输出文件（diagfi.nc → diagfi${numnew}.nc 等）
7. 更新 num_run
8. 若未达 nummax，递归调用自身继续下一个 run

关键参数：nummax=1（默认只跑 1 段；可修改以进行多段链式模拟）

run_mcd —— 按月运行包装脚本

每月-模拟循环的包装脚本。利用 run0 和 run.def.ref 将一年划分为 12 个火星月（约 30° Ls/月），每个月运行 nday 不等的天数（由于火星轨道偏心率导致各月长度不同，从 46 到 66 sol）。内置崩溃恢复逻辑。

机器专用子目录

每个子目录包含该集群的作业提交脚本：

每个集群的 run0 会添加该集群特有的作业调度指令（PBS/SLURM）、并行执行命令（mpirun/srun）和模块加载。

源码依据：deftank/run0、deftank/run_mcd、各子目录 README 和脚本

8. 特殊配置变体

HDO 同位素配置

callphys.def.hdo.GCM5 和 traceur.def.isotopes.GCM5 用于 HDO 水同位素模拟。

CO2 云配置

callphys.def.co2clouds.GCM5 和 traceur.def.co2clouds.GCM5 用于 CO2 云形成模拟。

被读取的位置

复现风险：run.def/callphys.def 通过 getin/getin_p 和 INCLUDEDEF 机制合并读取，实际运行目录中的同名文件优先；复现实验必须保存运行目录版本，而不是只引用 deftank/ 样例。

影响的计算流程

复现要求

重新运行 LMDZ.MARS GCM 时，以下必须保持一致：

1. 四个 def 文件必须全部存在：run.def、callphys.def、traceur.def、z2sig.def
2. 垂直层数必须匹配：z2sig.def 的层数必须与 start 文件、可执行文件编译时指定的层数一致
3. tracer 种类必须匹配：traceur.def 中定义的 tracer 数和顺序必须与 callphys.def 中的开关（dustbin, water, photochem 等）一致，也与 startfi.nc 中的 tracer 变量匹配
4. NAERKIND 必须匹配：callphys.def 中的 naerkind 必须与前序气溶胶相关的选项（active, activice 等）一致
5. datadir 路径必须可访问：callphys.def 中的 datadir 必须指向包含外部数据文件的有效目录
6. 物理步频率必须一致：iphysiq × day_step × 物理时间步长决定了物理-动力耦合的时间分辨率
7. XIOS XML 文件必须存在：如果编译时启用了 XIOS 输出，xios/ 目录下的四个 XML 必须可用

已核验读取位置与剩余运行边界

• run.def、callphys.def、traceur.def 和 chemthermos_reactionrates.def 的源码读取入口已定位，见上表。
• z2sig.def 的运行链在 1D 页面和 disvert_noterre 页面中已记录；3D 编译维度与 LMDZ.COMMON 垂直离散路径仍需结合完整构建系统确认。
• XIOS XML 文件由 XIOS 运行时按当前运行目录加载；本页只确认 deftank/xios/ 样例内容和 xios_output_mod/write_output_mod 的输出调用，不替代一次带 XIOS 的运行验证。
• launch_1Dchained.sh、launch_orb_1Dchained.sh 是 1D 链式启动脚本；不属于 3D run0/run_mcd 主链，复现 1D 链时应单独核验其当前运行目录假设。

后续维护口径

z2sig、XIOS、运行脚本、1D testphys1d 和反应速率常数已有独立页面。后续如发现新配置变体，应先补齐对应页面，再更新本汇总页。