ppm3d.F

源码路径：LMDZ.COMMON-6.3\LMDZ.COMMON\libf\dyn3d_common\ppm3d.F。

Mars 运行参与度：条件经过 + 历史兼容。ppm3d 是串行 advtrac.F90 中 iadv=11/16/17/18 的 PPM 三维 tracer 输送内核；但 infotrac_init 的最终白名单只允许 iadv=10/14/0，Mars 标准配置通常无法到达 PPM 分支。并行 advtrac_p.F90 在 vlspltgen_p 后 GOTO 1234，跳过 PPM/Prather/advn 等旧分支。因此本页主要用于理解保留源码、历史配置或本地补丁下的串行 PPM 路径。

文件定位

ppm3d.F 是 NASA/GSFC Transport Core Version 4.5 的 fixed-form Fortran 77 代码，核心算法来自 Lin and Rood 的多维 flux-form semi-Lagrangian transport。它不是 LMDZ 原生网格上的直接例程：串行 advtrac 先通过 interpre 把 LMDZ 层序、风和质量通量变成 PPM core 需要的格式，调用 ppm3d 后再由 interpost 写回。

公开入口和内部例程

LMDZ 调用边界

串行 advtrac.F90 的 PPM 分支：

adaptdt(iadv, dtbon, n, ...)
  -> vertical CFL warning check
  -> interpre(q -> qppm, winds/pressure/flux)
  -> repeat n substeps:
       ppm3d(1, qppm, psppm, psppm, unatppm, vnatppm, fluxwppm,
             dtbon, IORD, JORD, KORD, 1, iim, jjp1, 2, llm,
             apppm, bpppm, 0.01, 6400000, fill, dum, 220.)
  -> interpost(qppm -> q)

LMDZ 逐 tracer 调用 ppm3d，所以 NC=1。四种 iadv 映射为：

fill 由 advtrac 传入 .true.，会启用 qckxyz 负值填充。dum 是 ppm3d 的形式参数，源码中声明但未发现实际使用；LMDZ 仍传入 .true. 以保持旧接口。

主例程状态和限制

ppm3d 在首次调用或时间步改变时维护若干静态状态：

参数检查包括：NLAY >= 6、JNP >= NLAY、j1=2 时 IMR 必须为偶数、Jmax/Kmax 足够大。当前 LMDZ 调用使用 j1=2、AE=6400000、PT=0.01。

数据流

Q mixing ratio at t
  -> delp1 = DAP + DBK * PS1
  -> DQ = Q * delp1
  -> horizontal split on each k:
       A2C -> CRX/CRY -> mass fluxes -> cross terms -> xtp -> ytp
  -> vertical mass flux W from horizontal DPI
  -> FZPPM vertical split
  -> qckxyz fill if requested
  -> Q = DQ / delp2

DPI 是水平质量散度的中间量。垂直质量通量 W 不由外部输入独立决定，而由水平散度和混合 sigma-P 坐标的 DBK 递推得到：

column_div = sum_k DPI(k)
PS2 = PS1 + column_div
W(k) = W(k-1) + DPI(k) - DBK(k) * column_div
W(NLAY) = 0

因此 PPM 垂直输送和水平输送是耦合的，不能只拿 FZPPM 独立复现完整结果。

水平段

水平段对每个垂直层处理：

1. A2C 把 C-grid wind 转成 Courant 数系数 CRX/CRY。
2. 内联计算 E-W 与 N-S 质量通量，累积 DPI。
3. 若 cross=.true.，调用 xadv/yadv 计算 cross-term，并叠加到 tracer。
4. xtp 做 E-W 输送，低纬度可走 PPM，高 CFL 高纬度可切到 FFSL 或 Van Leer。
5. ytp 做 N-S 输送，并在极区用 RCAP 把跨极通量均匀分配给极点经度。

xtp 的 E-W 方向支持 Eulerian 和 Semi-Lagrangian 路径；ytp 的 N-S 方向没有 FFSL，因此源码注释说明时间步主要受 meridional transport 限制。

垂直段

垂直段先把水平散度转成 W 和新层厚 delp2，再调用 FZPPM。FZPPM 的输入 DQ 是水平段后的 tracer 密度，不是原始混合比。

FZPPM 对每个纬向切片执行：

1. 计算非均匀层厚下的单调参考斜率。
2. 构造顶、底和内部界面值 AL/AR。
3. 根据 KORD-3 调用 lmtppm 施加全单调、半单调或正定约束。
4. 按 WZ 符号选择上/下游抛物线积分得到界面通量。
5. 用通量散度更新 DQ。

主例程里 KRD=max(3,KORD)，所以 LMDZ iadv=11 传入的 KORD=2 实际按 3 处理。

负值填充

qckxyz 在垂直输送后运行，依次尝试：

filns  -> filew -> filcr -> vertical fill

LMDZ 调用 qckxyz(...,.false.,IC,NSTEP)，所以顶层和内部层的 filcr 被跳过；底层的 filcr 在源码中仍无条件调用。若底层负值无法从上层补偿，会打印 Mass source from the ground=，这代表 tracer 质量守恒已被填充算法破坏。

Mars 可达性

这意味着 ppm3d 对 Mars wiki 的价值主要是解释保留源码和历史/本地补丁风险，而不是标准 Mars 主线的常规执行路径。

复现检查点

1. 先确认 traceur.def 能否产生 iadv=11/16/17/18，再确认是否绕过了 infotrac_init 白名单。
2. 串行复现必须同时复现 interpre 的地面气压计算、经向风取反、垂直层序翻转和 interpost 的周期闭合。
3. adaptdt 只按水平 CFL 分割子步；垂直 CFL 只在 advtrac 中打印 warning。
4. Jmax/kmax 是源码内静态上限，高分辨率或高层数配置需要先检查。
5. 负值填充会改变 tracer 质量；一旦日志出现地面质量源，应把它作为数值不守恒信号处理。
6. 并行构建里不要从 advtrac_p 下方保留的 PPM 代码推断可达性；那段被 GOTO 1234 跳过。

相关页面

• ppm3d 入口约定与串并行可达性
• ppm3d 水平输送
• ppm3d 垂直输送
• ppm3d limiter 和滤波
• advtrac 串并行对照
• infotrac advection scheme
• infotrac
• prather
• pentes_ini