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inidissip.F90

源码路径

LMDZ.COMMON-6.3\LMDZ.COMMON\libf\dyn3d_common\inidissip.F90

Mars 运行参与度

必经

gcm.F90（串行，line 424）和 gcm.F（并行，line 442）在初始化阶段都调用 inidissip。leapfrog/leapfrog_p 主循环每 dissip_period 个动力步通过 dissip/dissip_p 使用 inidissip 写入 comdissipn 公共块的结果。

文件定位和职责

inidissip 初始化水平（侧向）耗散的全部参数，包括三个微分算子的特征值、垂直耗散增强剖面和耗散时间尺度。主要工作分为三步：

  1. 用幂迭代法估算 divgrad、gradiv 和 nxgrarot 三个算子的最大特征值，存入 cdivh、cdivu、crot。
  2. 根据 planet_type 和 vert_prof_dissip 构造垂直剖面 zvert(l)，控制高层大气耗散增强倍数。
  3. 将 zvert 和 tetagdiv/tetagrot/tetatemp 组合成每层耗散时间尺度 tetaudiv/tetaurot/tetah，自动计算 dissip_period（若 dissip_period=0），并检查显式 Euler 稳定性。

module/subroutine/function 符号清单

符号 类型 说明
inidissip subroutine 耗散初始化主例程。
ran1 function（外部） 伪随机数生成器，用于幂迭代初始扰动。
minmax subroutine（外部） 数组最小/最大值。

输入参数

参数 类型 来源 说明
lstardis LOGICAL, INTENT(in) comdissnew / conf_gcm 选择 *2 系列算子（.TRUE.）或标准算子。默认 .TRUE.。
nitergdiv INTEGER, INTENT(in) comdissnew / conf_gcm gradiv 迭代次数。默认 1。
nitergrot INTEGER, INTENT(in) comdissnew / conf_gcm nxgrarot 迭代次数。默认 2。
niterh INTEGER, INTENT(in) comdissnew / conf_gcm divgrad 迭代次数。默认 2。
tetagdiv REAL, INTENT(in) comdissnew / conf_gcm 散度梯度耗散时间尺度（秒）。默认 7200.。
tetagrot REAL, INTENT(in) comdissnew / conf_gcm 旋度旋度耗散时间尺度（秒）。默认 7200.。
tetatemp REAL, INTENT(in) comdissnew / conf_gcm 位温拉普拉斯耗散时间尺度（秒）。默认 7200.。
vert_prof_dissip INTEGER, INTENT(in) comdissnew / conf_gcm 垂直剖面控制。Mars 默认 1。

所有参数通过 COMMON/comdissnew/ 由 conf_gcm 填充后传入。

USE 依赖

模块 使用符号 说明
control_mod dissip_period, iperiod, planet_type 耗散周期、动力步周期、行星类型分支。
comvert_mod preff, presnivs, scaleheight, pseudoalt 参考压力、层中压力、标高和伪高度。
comconst_mod dtvr, dtdiss, rad, pi, dissip_zref, dissip_deltaz, dissip_factz, dissip_fac_mid, dissip_fac_up, dissip_pupstart, dissip_hdelta 动力步长、耗散时间、行星半径、垂直剖面参数。
logic_mod ok_strato 是否启用平流层增强耗散。

Include 文件

文件 提供内容
dimensions.h iim, jjm, llm, ndm（构建时由 makdim 生成）。
paramet.h iip1, jjp1, ip1jmp1, ip1jm 等派生网格维度。
comdissipn.h COMMON/comdissipn/：tetaudiv(llm), tetaurot(llm), tetah(llm), cdivu, crot, cdivh。
iniprint.h COMMON/comprint/：lunout（输出单元号），prt_level（打印级别）。实际位于 libf/misc/。

被调用方

例程 说明
filtreg 滤波，用于幂迭代前平滑随机场。详见 filtreg-system。
divgrad / divgrad2 梯度散度算子（标准/star 版本），由 lstardis 选择。
gradiv / gradiv2 散度梯度算子（标准/star 版本），由 lstardis 选择。
nxgrarot / nxgraro2 旋度梯度算子（标准/star 版本），由 lstardis 选择。
minmax 数组最小/最大值辅助。
ran1 伪随机数生成器。
abort_gcm 异常终止。

上述算子族详见 差分算子总览。

调用方

调用位置 说明
dyn3d/gcm.F90 line 424 串行 GCM 初始化链。
dyn3dpar/gcm.F line 442 并行 GCM 初始化链。
MARS phymars/nogcm.F90 line 415 已注释（!ED18），Mars nogcm 不再调用。

输出状态（comdissipn.h）

变量 类型 说明
cdivh REAL divgrad 算子特征值的倒数（star）或幂。由 dissip/dissip_p/top_bound/top_bound_p 使用。
cdivu REAL gradiv 算子特征值的倒数（star）或幂。
crot REAL nxgrarot 算子特征值的倒数（star）或幂。
tetaudiv(llm) REAL 散度耗散时间尺度垂直剖面，zvert(l)/tetagdiv。
tetaurot(llm) REAL 旋度耗散时间尺度垂直剖面，zvert(l)/tetagrot。
tetah(llm) REAL 温度耗散时间尺度垂直剖面，zvert(l)/tetatemp。

comdissipn.h 使用方清单：dissip.F, dissip_p.F, top_bound.F, top_bound_p.F, divgrad.F/2.F, gradiv.F/2.F, nxgrarot.F/nxgraro2.F 及其 _p 变体。

输出状态（comconst_mod）

变量 类型 说明
dtdiss REAL 耗散施加的实际时间（秒），dissip_period * dtvr。

输出状态（control_mod）

变量 类型 说明
dissip_period INTEGER 耗散调用周期（动力步数）。若输入为 0 则由本例程自动计算。

SAVE 变量

变量 说明
firstcall .TRUE. 仅首次调用时初始化 Mars vert_prof_dissip=1 分支参数。
fac_mid 中低层大气耗散增强系数（Mars 硬编码默认 3，ok_strato 时从 dissip_fac_mid 覆盖）。
fac_up 高层大气耗散增强系数（Mars 硬编码默认 30，ok_strato 时从 dissip_fac_up 覆盖）。
startalt 中高层过渡起始高度（km，硬编码 70）。
delta 中高层过渡宽度（km，硬编码 30，ok_strato 时从 dissip_deltaz 覆盖）。
middle startalt + delta/2。

核心算法：特征值估算（幂迭代）

divgrad 算子（cdivh）

  1. 生成随机场 zh(ip1jmp1)，先用 filtreg 平滑。
  2. 循环 50 次：调用 divgrad 或 divgrad2（由 lstardis 选择），取最大绝对值 zllm，归一化。
  3. star 模式：cdivh = 1/zllm；standard：cdivh = zllm^(-1/niterh)。

gradiv 和 nxgrarot 算子（cdivu, crot）

  1. 生成随机场 zu(ip1jmp1) 和 zv(ip1jm)，分别用 filtreg 平滑。
  2. ii=1 时调用 gradiv/gradiv2，ii=2 时调用 nxgrarot/nxgraro2，循环 50 次取最大绝对值归一化。
  3. 按 star/standard 模式计算 cdivu 和 crot。

核心算法：垂直耗散剖面

vert_prof_dissip 分支逻辑

行星 模式 公式 说明
Earth 0 zvert(l) = 2 - 1/(1 + zz^2)，zz = 1 - preff/presnivs(l) 压力有理函数。
Earth 1 zvert(l) = 1 + (tanh((pseudoz - zref)/deltaz) + 1)/2 * (factz - 1) tanh 伪高度剖面。
其他行星 0 zvert(l) = dissip_fac_mid - (dissip_fac_mid - 1)/(1 + zz^2) 使用 comconst_mod 中的 dissip_fac_mid；ok_strato 时叠加高层增强。
其他行星 1 低层使用 fac_mid，中高层用 tanh 过渡到 fac_up Mars 默认。使用 SAVE 变量，首次调用初始化。

Mars 其他行星模式 0 的 ok_strato 高层增强公式：

Pup = dissip_pupstart * exp(-0.5 * dissip_deltaz / dissip_hdelta)
zvert(l) *= 1 + (dissip_fac_up/dissip_fac_mid - 1) * (1 - 0.5*(1 + tanh(-6/dissip_deltaz * (-dissip_hdelta*ln(presnivs(l)/Pup)))))

Mars 其他行星模式 1 公式：

zvert(l) = fac_mid - (fac_mid - 1)/(1 + zz^2)
zvert(l) *= 1 + (fac_up/fac_mid - 1) * (1 - 0.5*(1 + tanh(-6/delta * (scaleheight*(-ln(presnivs(l)/preff)) - middle))))

核心算法：耗散时间尺度和 dissip_period

  1. 对每层计算 tetaudiv(l) = zvert(l)/tetagdiv，tetaurot(l) = zvert(l)/tetagrot，tetah(l) = zvert(l)/tetatemp。
  2. 取 tetamin = min(1/tetaudiv, 1/tetaurot, 1/tetah) 的全局最小值。
  3. 若 dissip_period == 0：dissip_period = INT(tetamin/(2*dtvr*iperiod)) * iperiod，再 MAX(iperiod, dissip_period)。
  4. dtdiss = dissip_period * dtvr。
  5. 对每层检查 dtdiss * tetaudiv(l) > 1.9 等条件，超过则打印 STOP 警告（不 abort，但提示用户增大时间尺度或 dissip_period）。

Mars 路径分析

Mars 正常运行必经此初始化。串行和并行 GCM 入口都在初始化链中调用：

conf_gcm → ... → inidissip → leapfrog/leapfrog_p

配置开关

键名 来源 默认值 影响
lstardis run.def via getin .TRUE. 选择 star 或 standard 算子系列。
nitergdiv run.def via getin 1 gradiv 迭代次数。
nitergrot run.def via getin 2 nxgrarot 迭代次数。
niterh run.def via getin 2 divgrad 迭代次数。
tetagdiv run.def via getin 7200. 散度梯度耗散时间尺度（秒）。
tetagrot run.def via getin 7200. 旋度旋度耗散时间尺度（秒）。
tetatemp run.def via getin 7200. 温度拉普拉斯耗散时间尺度（秒）。
vert_prof_dissip run.def via getin Mars: 1 垂直剖面选择。
dissip_period run.def via getin 0（自动） 耗散施加周期（动力步数），0 触发自动计算。
ok_strato run.def via getin 依赖配置 开启平流层增强耗散。
dissip_fac_mid comconst_mod 由 conf_gcm 读取 模式 0 中低层增强系数。
dissip_fac_up comconst_mod 由 conf_gcm 读取 高层增强系数。
dissip_deltaz comconst_mod 由 conf_gcm 读取 过渡区宽度。
dissip_pupstart comconst_mod 由 conf_gcm 读取 模式 0 高层增强起始压力。
dissip_hdelta comconst_mod 由 conf_gcm 读取 模式 0 压力标高尺度。

复现检查表

待确认项

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