guide 串并行差异

源码范围：

LMDZ.COMMON-6.3\LMDZ.COMMON\libf\dyn3d\guide_mod.F90
LMDZ.COMMON-6.3\LMDZ.COMMON\libf\dyn3dpar\guide_p_mod.F90
LMDZ.COMMON-6.3\LMDZ.COMMON\libf\dyn3d\leapfrog.F
LMDZ.COMMON-6.3\LMDZ.COMMON\libf\dyn3dpar\leapfrog_p.F

Mars 运行参与度：接口兼容 + 条件边界。leapfrog 和 leapfrog_p 对 guide_main 的活动调用受 CPP_IOIPSL + planet_type=="earth" 条件包围；Mars phymars/nogcm.F90 中的 ok_guide 分支加载 relax.nc 给独立 relaxetat0 路径，不经过本页两个 COMMON guide 模块。

对照结论

串行 guide_mod 和并行 guide_p_mod 的数值职责相同：读取 nudging 输入场、插值到 LMDZ 动力层、把 U/V/T/P/Q forcing 叠加到动力状态，并可选写 guide_ins.nc。差异集中在三点：

1. 并行版的 NetCDF 输入阶段仍由每个进程读完整场，真正的域分解从 guide_interp 和 guide_main 的局部切片开始。
2. 并行版用 ijb_u/ije_u 与 ijb_v/ije_v 分开写 U/scalar 与 V 网格，并在 pole_sud 时缩短 V 网格尾部范围。
3. 并行版 guide_out 在写文件前调用 gather_field，非 root 直接返回；串行版直接写完整全局数组。

模块和配置差异

串行版和并行版都分配全局维度的 guide 工作数组，例如 ugui(ip1jmp1,llm)、vgui(ip1jm,llm)、psgui(ip1jmp1)。并行版没有把这些数组声明成局部尺寸，而是在读入后只更新或使用本 rank 负责的连续片段。

输入读取不是并行 I/O

guide_read 和 guide_read2D 的串并行读法基本一致：每个进程打开同名 NetCDF 文件，读完整 (iip1,jjp1,nlevnc) 或 (iip1,jjm,nlevnc) 输入场，然后按需要执行 invert_lat。这意味着：

• 读文件阶段不是 root 读后广播，也不是按 rank 分块读。
• 并行内存中仍有完整 unat/vnat/tnat/qnat/psnat 原始场。
• 时间片推进时，并行版只把本地 jjb:jje 段从 Xnat2 复制到 Xnat1，但随后 guide_read 会重新读入完整 Xnat2。

真正的分布式计算在 guide_interp 发生：T/Q/U 使用 jjb_u:jje_u，V 使用 jjb_v:jje_v。U/scalar 目标场写 ijb_u:ije_u，V 目标场写 ijb_v:ije_v。

guide_interp 局部分布

串行版构造完整模型层压力、U/V staggered 压力，然后对全局场调用 pres2lev：

pression -> exner -> pls
pext = pls * aire
massbar(pext) -> plunc/plvnc
pres2lev(full field)

并行版把同一流程拆成本地行：

local pls on jjb_u:jje_u
pext local fill
Register_SwapFieldHallo(pext)
massbar_p(pext) -> local plunc/plvnc
pres2lev(field(:,jjb:jje,:), ...)

当并行版需要 V 网格上相邻纬向行时，会额外对 psnat1/2 或 pnat1/2 做 halo：guide_plevs=1 对 psnat halo，guide_plevs=2 对 pnat halo。串行版没有这一步，因为所有纬向行本地可见。

guide_main 写回范围

串行版在每个变量分支中直接对完整数组赋值：

guide_addfield 同样体现这个边界：串行版对 field(:,l) 全域乘 alpha*alpha_pcor；并行版用 hsize==ip1jm 判断 V 网格，否则按 U/scalar 网格，只处理本 rank 片段。

纬向平均差异

guide_zonave 在串行版中扫描 j=1:hsize 的全纬向行。并行版只在本地纬向范围内做平均和填回：

• hsize==jjm 的 V 网格使用 jjb_v:jje_v。
• 其他 U/scalar 场计算平均时也扫描 jjb_v:jje_v，然后填回 jjb_u:jje_u。

后一个分支在极点或南极缩减分布上可能带来边界差异，和 guide forcing 叠加到动力状态 中记录的运行验证点一致。

输出和 factt

factt = dtvr * iperiod / daysec 是一个动力步组对应的天数分数。它有两类用途：

1. 首次进入 guide_main 时传给 tau2alpha，把天数单位的 tau_min/tau_max 转成每步松弛系数。
2. 输出诊断时，调用方先把 forcing 增量写成 f_add/factt，表示按天分数归一化后的 forcing。

串行 guide_out(varname,hsize,vsize,field) 不接收 factt，所有归一化都在调用点完成。并行 guide_out(varname,hsize,vsize,field,factt) 多了一个 factt 实参，但 当前源码体内没有使用该参数；实际缩放仍来自调用点的 f_add/factt。因此排查并行 guide_ins.nc 中的 ucov/teta/ps/q/vcov forcing 量时，应先看调用点是否传入了已除以 factt 的 field，而不是期待 guide_out 内部缩放。

输出还有一个重要串并行差异：

• 串行版 SP 直接写表面压力 ps，维度是 (LONV,LATU,TIME)。
• 并行版写 SP 前先由当前 ps 计算层中心压力 p，调用 guide_out("SP",jjp1,llm,p,1.)，并把 SP 定义成 (LONV,LATU,LEVEL,TIME)。

并行版 guide_out 对所有传入 field 先执行：

gather_field(field, iip1*hsize, vsize, 0)
if (mpi_rank /= 0) return

所以只有 root 创建和写 guide_ins.nc。源码中 ps 变量被定义为 3D (lon,lat,time)，但写入分支和 SP 共用 count=(iip1,jjp1,llm,1)；这与 ps 定义维度不完全一致，属于需要运行验证的诊断输出风险。本页只记录源码行为，不修改 COMMON 源码。

Mars 条件经过

COMMON guide_mod/guide_p_mod 的直接入口是 guide_main(itau,ucov,vcov,teta,q,masse,ps)。串行和并行 leapfrog* 只有在 CPP_IOIPSL、planet_type=="earth" 且 logic_mod:ok_guide=.TRUE. 时才调用它。进入后还要受以下开关控制：

Mars generic 的 phymars/nogcm.F90 中也检查 ok_guide，但那里调用的是 relaxetat0("relax.nc")。因此不要把 relax.nc 简单松弛路径和本页的 COMMON NetCDF u/v/T/hur/ps/P/apbp guide 路径混为一谈。

排错顺序

1. 先确认当前可执行文件走 guide_mod 还是 guide_p_mod。
2. 若是并行版，记录 ij_begin/ij_end/jj_begin/jj_end、pole_sud 和 guide_plevs。
3. 输入场问题先查每个 rank 是否能读到完整 NetCDF 文件；并行版没有 root 代读。
4. U/T/Q/Ps 差异查 ijb_u:ije_u，V 差异查 ijb_v:ije_v。
5. 插值差异查 pext/psnat/pnat halo，特别是 V 网格和 guide_plevs=1/2。
6. 输出文件缺失先查 guide_sav 和 root rank；输出量级问题先查调用点的 f_add/factt。
7. 若 SP 或 ps 输出维度异常，优先按并行 guide_out 中 SP/ps 分支确认运行时 NetCDF 行为。

相关页面

• guide 配置与初始化约定
• guide 输入场读取
• guide 压力层插值和 nudging 系数
• guide forcing 叠加到动力状态
• 串行/并行动力对照主题页
• leapfrog-p-distribution-halo