dyn3d/vlsplt.F

源码路径：LMDZ.COMMON-6.3\LMDZ.COMMON\libf\dyn3d\vlsplt.F

Mars 运行参与度：条件经过。vlsplt 是串行 dyn3d/advtrac.F90 的 iadv=10 Van Leer tracer 输送主内核；infotrac_init 白名单允许 iadv=10，因此这是 Mars 标准 tracer 输送路径中应优先理解的 COMMON 串行格式。饱和水汽 iadv=14 走 vlspltqs，并行构建走 vlspltgen_p 和 vlsplt_p 主页面。

文件角色

vlsplt.F 是 1138 行 Fortran 77 串行 Van Leer split transport 文件。它包含：

• vlsplt 主例程：准备半步/整步质量通量，复制当前 tracer 和质量到工作数组，执行 x-y-z-y-x split，最后写回 q。
• vlx：E-W Van Leer 通量更新，含经向周期、CFL>1 semi-Lagrangian 累加和父子 tracer 递归。
• vly：N-S Van Leer 通量更新，含极点几何、SSUM 极冠累积和父子 tracer 递归。
• vlz：垂直 Van Leer 通量更新，含顶底零通量和父子 tracer 递归。
• minmaxq：#ifdef isminismax 下的极值诊断。

本页是串行主文件页；三方向公式的展开见 vlsplt 串行 split 内核，父子 tracer 和饱和路径见 vlsplt 串行父子 tracer。

子例程清单

调用入口

串行 advtrac.F90 在 tracer 循环中按 iadv(iq) 调度：

advtrac 先累积水平质量通量、保存本次 advection 前的 massem，再调用 groupe 生成 pbarug/pbarvg/wg。因此 vlsplt 接收的是已经整理后的质量通量，不直接从动力 tendency 中重算 flux。

主例程数据流

vlsplt(q,pente_max,masse,w,pbaru,pbarv,pdt,iq) 的参数：

主例程先做通量缩放：

zzpbar = 0.5 * pdt
zzw    = pdt
mu = pbaru * zzpbar
mv = pbarv * zzpbar
mw = w * zzw
mw(:,llm+1) = 0

水平通量使用半时间步，垂直通量使用整步。这配合后续对称 split：

vlx -> vly -> vlz -> vly -> vlx

q(:,:,iq) 和 masse 通过 SCOPY 复制到 zq(:,:,iq) 与 zm(:,:,iq)。如果 nqdesc(iq)>0，主例程也复制所有后代 tracer 的 q 到 zq，让方向内核可以按父子比例递归更新它们。

结束时，主例程把 zq(:,:,iq) 写回 q(:,:,iq)，再做 E-W 周期边界复制：

q(ij+iim,l,iq) = q(ij,l,iq)

若有后代 tracer，后代也按同样方式写回和周期复制。

Van Leer 限制和三方向内核

vlx/vly/vlz 都使用相同的核心结构：

1. 计算相邻差分。
2. 当相邻差分同号时取中心斜率，异号时斜率置零。
3. 用 pente_max * min(abs(left_diff), abs(right_diff)) 限制斜率。
4. 基于上游质量通量计算 tracer 质量通量。
5. 用守恒形式更新质量和混合比。

当 pente_max > -1.e-5 时使用标准 Van Leer 限制；当 pente_max < -1.e-5 时使用乘积/调和平均风格斜率。Mars 常规 advtrac 调用传入 2.。

vlx: E-W

vlx 在经向方向上使用连续索引，周期边界通过 iim 偏移复制。正通量从当前格点取上游值，负通量从 ij+1 取上游值。

当通量超过上游格点质量时，zdum < 0 标记 CFL>1。此时常规通量置零，随后对该界面逐格点累积：

• 完全跨越的格点贡献 q * masse。
• 最后未完全跨越的格点使用剩余质量和 Van Leer 斜率修正。
• 经向索引用 mod(...) 环绕。

这段 semi-Lagrangian 累加只在 E-W 方向存在，是 vlx 相对 vly/vlz 的主要特殊性。

vly: N-S

vly 需要处理极点几何。首次调用时缓存：

• sinlon/coslon 和带经度权重的 sinlondlon/coslondlon。
• 北/南极邻近纬圈面积和 airej2/airejjm。

源码先计算极点相邻纬圈的面积加权平均 qpns/qpsn，再构造极点斜率并投影到 sin/cos 分量。但随后无条件 GOTO 8888，跳过一段旧的 fn/fs 限制器，最终把极点行 dyq 置零。因此实际运行中，极点 Van Leer 斜率被禁用。

非极点格点按标准 N-S 通量散度更新。极点行单独用 SSUM 汇总所有经度的 tracer 通量和质量通量，计算新的极点混合比，并把极点各经向格设为同一值。

vlz: vertical

vlz 在垂直方向计算 dzqw 和 dzq，顶层和底层斜率强制为零。通量界面也强制：

wq(:,1) = 0
wq(:,llm+1) = 0

随后每层按 masse + w(l+1) - w(l) 更新质量，按 q*masse + wq(l+1) - wq(l) 更新 tracer 质量。

父子 tracer 递归

vlx/vly/vlz 都是 RECURSIVE，用于处理 infotrac 中的父子 tracer。关键状态来自 infotrac：

每个方向内核在更新父 tracer 前先计算：

masseq(child) = max(masse(parent) * q(parent), masseqmin)
Ratio(child) = q(child) / q(parent)  if q(parent) > qperemin
Ratio(child) = 0                     otherwise

然后对直接子代递归调用同方向内核，输送 Ratio 场；父 tracer 完成质量和混合比更新后，再用：

q(child) = q(parent) * Ratio(child)

恢复所有后代。这个设计假定输送期间子/父比例守恒；物理过程若改变比例，只会在下一次 advection 前反映到新的初始比例。

与 vlspltqs 和并行版的边界

串并行差异细节页说明：数值公式大体等价，但并行版增加 band、halo、OpenMP 同步和 mw(:,:,iq) 存储差异；实际 bitwise 是否一致仍需回归测试。

复现检查点

1. advtrac 传入 pente_max=2.，不要把 pente_max 当作运行时可随意忽略的常量。
2. 水平质量通量在 vlsplt 内乘 0.5*pdt，垂直通量乘 pdt。
3. masse 实参不直接写回；split 更新的是工作数组 zm(:,:,iq)，用于本次 tracer 更新。
4. 父子 tracer 递归使用 nqdesc 和 nqfils 的不同语义，不能只按直接子代恢复。
5. E-W CFL>1 触发 semi-Lagrangian 累加，性能和数值结果都可能偏离普通 Van Leer 路径。
6. N-S 极点实际斜率为零，虽然源码中存在 sin/cos 投影和被跳过的限制器残段。
7. 垂直顶底通量强制为零；如果单元测试传入非零边界通量，vlz 内部仍会清零 wq。
8. minmaxq 默认不参与运行，不能把注释掉的诊断调用当作活动逻辑。

相关页面

• vlsplt 串行父子 tracer 和饱和路径
• vlsplt 串行 split 内核
• vlsplt 串并行差异
• vlspltqs
• vlspltgen_p
• advtrac 串并行调度
• infotrac 父子 tracer 与 isotope
• advn

待确认

• Mars 当前典型配置中是否实际存在 nqdesc>0 的父子 tracer 家族。
• pente_max<0 乘积斜率分支是否仍有生产配置使用。
• E-W CFL>1 累加段在高分辨率 Mars 运行中是否被触发。