mod_grid_phy_lmdz.F90

源码基线：LMDZ.COMMON-6.3\LMDZ.COMMON。 Mars 运行参与度：条件经过。Mars 3D 物理初始化经 inigeomphy_mod -> physics_distribution_mod -> init_grid_phy_lmdz 设置本模块；Mars 1D/testphys 也通过 init_physics_distribution(regular_lonlat,4,1,1,1,...) 设置单列网格。后续 diagfi/stats/XIOS/restart/surface 初始化读取 klon_glo/nbp_lon/nbp_lat/grid_type 或调用 Grid1Dto2D_glo。

源码范围

LMDZ.COMMON-6.3\LMDZ.COMMON\libf\phy_common\mod_grid_phy_lmdz.F90

文件行数：468。

模块职责

mod_grid_phy_lmdz 是物理侧全局网格状态模块。它不分配经纬度、面积或垂直层数组；这些由 regular_lonlat_mod、geometry_mod 和 vertical_layers_mod 保存。本模块只保存网格类型、顶点数、全局经纬/垂直规模和全局物理列数，并提供两组泛型映射：

模块状态

这些变量都是模块 SAVE 状态，不是 THREADPRIVATE。它们必须在使用任何物理输出、transfer 或 Mars surface/restart helper 前完成初始化。

初始化入口

init_grid_phy_lmdz(grid_type_, nvertex_, nbp_lon_, nbp_lat_, nbp_lev_) 定义在 39-59 行。它只做赋值和 klon_glo 推导：

grid_type = grid_type_
nvertex   = nvertex_
nbp_lon   = nbp_lon_
nbp_lat   = nbp_lat_
nbp_lev   = nbp_lev_

if nbp_lon * nbp_lat == 1:
    klon_glo = 1
else:
    klon_glo = nbp_lon * nbp_lat - 2 * (nbp_lon - 1)

公式含义：

在 Mars lon-lat 3D 路径中，inigeomphy_mod 对 iim*jjm>1 调用：

init_physics_distribution(regular_lonlat, 4, nbp, iim, jjm+1, nlayer, communicator)

随后 physics_distribution_mod 调用 init_grid_phy_lmdz，再初始化物理并行分布和 dimphy。

泛型接口库存

Grid1Dto2D_glo 接口从 20 行开始，覆盖 integer/real/logical 三种类型，每种支持 1 到 4 维输入。Grid2Dto1D_glo 接口从 28 行开始，覆盖同样的类型和 rank。

Wrapper 的职责是按额外维度计算 dimsize。例如 real 3D 物理列输入 VarIn(klon_glo, a, b) 会传入 dimsize = a*b；kernel 把第一维之外的维度作为线性 trailing block 处理。这样同一套两极展开/压缩规则可复用于 2D surface field、3D column field、带 tracer/soil/slope 等额外维度的数组。

Grid1Dto2D_glo 展开规则

三个 private kernel 的逻辑相同，只是数据类型不同。以 296-328 行的 integer 版本为例，输入逻辑尺寸是：

VarIn (klon_glo, dimsize)
VarOut(nbp_lon * nbp_lat, dimsize)
offset = nbp_lon

步骤：

1. 对每个 trailing index i，把全局物理列 ij=1:klon_glo 写到二维线性场的 ij + nbp_lon - 1。
2. 把二维场第一纬圈 1:nbp_lon 全部填成 VarIn(1,i)，即北极单物理点复制到所有经度。
3. 把二维场最后一纬圈 nbp_lon*(nbp_lat-1)+1 : nbp_lon*nbp_lat 全部填成 VarIn(klon_glo,i)，即南极单物理点复制到所有经度。

因此对 3D regular lon-lat，线性对应是：

2D row 1                         <- physical column 1, repeated nbp_lon times
2D rows 2 .. nbp_lat-1            <- physical columns 2 .. klon_glo-1
2D row nbp_lat                    <- physical column klon_glo, repeated nbp_lon times

Mars writediagfi.F 在并行模式中先 Gather(px, dx*_glop) 到 klon_glo 全局物理列，再调用 Grid1Dto2D_glo 得到 dx*_glo(nbp_lon,nbp_lat,...)，最后额外复制第一经度到 nbp_lon+1 形成 NetCDF lon wrap。

Grid2Dto1D_glo 压缩规则

2D 到 1D 的 private kernel 定义在 399-466 行，输入逻辑尺寸是：

VarIn (nbp_lon * nbp_lat, dimsize)
VarOut(klon_glo, dimsize)
offset = nbp_lon

步骤：

1. 对每个 trailing index i，先把二维线性场的 ij + nbp_lon - 1 复制到 VarOut(ij,i)。
2. 然后显式执行 VarOut(1,i)=VarIn(1,i)。

第二步会把北极物理列改成二维场第一个格点。南极物理列没有类似显式覆盖，因为第一步已经把 VarOut(klon_glo,i) 对应到最后一纬圈的第一个位置：klon_glo + nbp_lon - 1 = nbp_lon*(nbp_lat-1)+1。

复现时要注意：Grid2Dto1D_glo 不对极点重复经度做平均；它取北极/南极纬圈的第一个经度位置。因此输入二维场若在极点经向不一致，压缩会静默丢弃其他经度。

Mars 使用点

复现要点

• 初始化顺序必须是：inigeomphy_mod 或 1D 初始化先调用 init_physics_distribution，再进入任何读取 klon_glo/nbp_lon/nbp_lat 的物理输出、surface 或 restart 例程。
• Mars lon-lat 输出常见形状是 nbp_lon+1，这是输出层额外添加周期经度后的结果；本模块的 2D 映射只生成 nbp_lon * nbp_lat，不负责 +1 wrap。
• grid_type==unstructured 是接口兼容分支。Mars lon-lat GCM 主线初始化传 regular_lonlat；若实际运行接入 DYNAMICO/非结构网格，输出路径会依据 grid_type 改走 unstructured 分支。
• Grid1Dto2D_glo 会复制两极，Grid2Dto1D_glo 会选取两极第一个经度位置；二者不是守恒平均算子。
• 1D 情况 nbp_lon=nbp_lat=klon_glo=1，diagfi/stats 等输出例程通常有单列专门分支，不能套用 3D 的极点重复经度逻辑。
• 模块内没有 ALLOCATE、文件 I/O、MPI 或 OpenMP 调用；并行 gather/scatter 由 mod_phys_lmdz_para 和 transfer 模块完成。

待确认

• Grid2Dto1D_glo 对极点重复经度只取第一个经度位置，这是源码事实；调用方是否保证极点经向值一致，需要逐调用点确认。
• Mars DYNAMICO/unstructured 实际运行是否经过 COMMON 本模块的 unstructured 分支，需要结合具体 build target 和运行脚本确认；本页只标注接口兼容边界。

相关页面

• phy_common 总览
• physics_distribution_mod
• inigeomphy_mod
• 物理侧几何/经纬网格/垂直层
• XIOS/write_field 输出封装组页
• write_field 调试写场接口
• history/XIOS/getin 边界
• parallel physics grid distribution
• XIOS domain/axis/field setup