mod_phys_lmdz_transfert_para.F90

源码基线：LMDZ.COMMON-6.3\LMDZ.COMMON。 Mars 运行参与度：条件经过。Mars physics 和 COMMON 物理公共层通过本模块的 bcast、gather、scatter 等泛型完成物理列数据在 MPI ranks 和 OpenMP threads 之间的组合传输。

源码范围

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

该文件 1349 行，只定义 MODULE mod_phys_lmdz_transfert_para。模块本身不声明 PRIVATE 或 PUBLIC，因此其中 6 个 generic interface 和 80 个具体 SUBROUTINE 按 Fortran 默认规则公开。

模块职责

mod_phys_lmdz_transfert_para 是物理侧 transfer 的组合层。它不直接调用 MPI API，也不直接使用 OpenMP runtime API；真正的通信和线程内复制在底层两个模块中完成：

组合层负责三件事：

1. 通过泛型接口隐藏标量/数组 rank 和类型差异。
2. 对 scatter/gather 类操作建立 rank 局部临时数组 Var_tmp。
3. 固定 MPI 与 OMP 两层操作的执行顺序，保证全局、rank 局部和 thread 局部数组形状一致。

泛型接口清单

计数依据：bcast 为 bcast_c 加上 integer、real、logical 各 7 个过程，共 22 个；另外四个 scatter/gather 泛型各 12 个；reduce_sum 为 integer 和 real 各 5 个。全文件共 80 个 SUBROUTINE。

过程分组

执行顺序

bcast

!$OMP MASTER
  CALL bcast_mpi(Var)
!$OMP END MASTER
CALL bcast_omp(Var)

bcast 是唯一支持 character 的泛型，也是唯一扩展到 5D/6D 的泛型。它没有 Var_tmp，MPI 和 OMP 层都直接作用于同一个 Var。

scatter 和 scatter2D

TYPE, DIMENSION(klon_mpi, ...) :: Var_tmp
!$OMP MASTER
  CALL scatter_mpi(VarIn, Var_tmp)       ! 或 scatter2D_mpi
!$OMP END MASTER
CALL scatter_omp(Var_tmp, VarOut)

scatter 方向是 global -> rank -> thread，因此 MPI 层先执行。scatter2D 只改变 MPI 步骤：它把全局 lon-lat 二维形状散到 rank 局部 1D physical-column 形状，再交给同一个 scatter_omp。

gather 和 gather2D

TYPE, DIMENSION(klon_mpi, ...) :: Var_tmp
CALL gather_omp(VarIn, Var_tmp)
!$OMP MASTER
  CALL gather_mpi(Var_tmp, VarOut)       ! 或 gather2D_mpi
!$OMP END MASTER

gather 方向是 thread -> rank -> global，因此 OMP 层先执行。gather2D 的最后一步调用 gather2D_mpi，把 rank 局部 1D physical-column 形状还原到全局 lon-lat 二维输出。

reduce_sum

TYPE :: Var_tmp
CALL reduce_sum_omp(VarIn, Var_tmp)
!$OMP MASTER
  CALL reduce_sum_mpi(Var_tmp, VarOut)
!$OMP END MASTER

reduce_sum 先在线程内求和，再在 MPI ranks 间求和。它的 Var_tmp 与 VarIn 同形，不带 klon_mpi 第一维，因为 reduce 不表示物理列分布变换。

临时数组形状

所有 Var_tmp 都是过程内自动数组，不是 ALLOCATABLE、SAVE 或模块状态。数组在调用进入时按实参维度和 klon_mpi 建立，调用返回时释放。

复现时要先确认物理并行初始化已经给出正确的 klon_mpi。若 klon_mpi 与实参的物理列维不一致，错误通常会在底层 transfer 或数组越界检查中暴露，而不是在本 wrapper 层显式检查。

调用方和运行链

COMMON 内部直接使用本模块的路径包括：

Mars 源码侧也直接使用本模块，常见模式是：

• conf_phys.F、tracer_mod.F90、read_dust_scenario_mod.F90、suaer.F90、aeronomy photolysis/parameter readers 等使用 bcast 同步 root 读取的数据。
• iostart.F90 使用 gather、scatter 和 bcast 处理物理 restart/start 读写的全局/局部数组。
• surfini_mod.F90 使用 gather 和 scatter 在全局 surface 数据和局部物理列之间转换。
• planetwide_mod.F90 使用 gather 加 bcast 实现行星范围 max/sum 类结果同步。

需要区分：dynphy_lonlat/calfis_p.F 的动力格点到物理列搬运有手写 MPI/OMP 循环和 wind exchange，不是本模块泛型的直接调用方。

副作用和状态

本模块不保存模块级变量，也不分配持久内存。它的副作用来自底层调用：

• *_mpi 改变 MPI ranks 间的数据可见性，并依赖 MPI communicator 和物理列分布状态。
• *_omp 在线程之间复制或聚合数据，并依赖 mod_phys_lmdz_omp_data 中的线程切片状态。
• scatter/gather 类过程会在栈上建立可能很大的 Var_tmp 自动数组；4D 实数场的临时内存约为 klon_mpi * d2 * d3 * d4 * sizeof(real)。

复现要点

1. 先完成 init_physics_distribution -> init_phys_lmdz_para -> init_phys_lmdz_mpi_data/Init_phys_lmdz_omp_data，使 klon_mpi、klon_omp 和线程切片有效。
2. 判断方向：global 到 local 用 scatter 或 scatter2D，local 到 global 用 gather 或 gather2D，全体同步用 bcast，求和用 reduce_sum。
3. 判断全局输出是否是 lon-lat 2D 空间：若是，用 scatter2D/gather2D；若是 physical-column 1D 全局向量，用 scatter/gather。
4. 检查 rank/类型支持：bcast 到 6D，scatter/gather 到 4D，reduce_sum 无 logical 和 character。
5. 不要从 wrapper 层寻找通信 buffer、barrier 或 MPI datatype 细节；这些在 MPI/OMP 底层模块页展开。

待确认

• 本页按 COMMON 和当前本地 MARS 调用点确认；外部 physics 包或本地私有补丁是否新增 scatter2D/gather2D/reduce_sum 调用，需要在对应源码树中另行 rg。
• 自动数组的实际栈空间限制取决于编译器和运行环境，本页只给出源码形状，不判断特定平台是否需要调栈大小。

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