ppm3d 入口约定与串并行可达性

输入范围

dyn3d_common\ppm3d.F
dyn3d\advtrac.F90
dyn3dpar\advtrac_p.F90
dyn3d_common\interpre.F
dyn3d_common\interpost.F
dyn3d_common\adaptdt.F

Mars 运行参与度：条件经过。ppm3d 是 Lin & Rood PPM 三维输送内核，由串行 advtrac 在 iadv=11/16/17/18 时调用。但当前 infotrac_init 白名单只允许 iadv=10/14/0 通过初始化检查，因此 Mars 默认配置下 PPM 路径不可达。并行 advtrac_p 用 GOTO 1234 跳过全部 scheme-specific 代码，只用 vlspltgen_p 处理所有 advection。

例程定位

ppm3d 是 NASA/GSFC Transport Core Version 4.5 的 Fortran 77 输送内核，2078 行。它实现 Lin & Rood 的 Piece-wise Parabolic Method，支持 E-W/N-S/vertical 三方向多阶单调性选项。LMDZ 通过 interpre/interpost 做格点格式互转，通过 adaptdt 做自适应子步长保证 CFL<1。

ppm3d 签名

subroutine ppm3d(IGD, Q, PS1, PS2, U, V, W, NDT,
     &           IORD, JORD, KORD, NC, IMR, JNP, j1, NLAY,
     &           AP, BP, PT, AE, fill, dum, Umax)

IORD/JORD/KORD 方案选项

源码 L182-197 文档化六个选项：

LMDZ 调用映射：

注意：源码 L199 明确注明 KORD <= 2 不再支持，且选项 4/5 不得用于非正定标量（如 Ertel 位涡）。

接口层

interpre：LMDZ.4 → PPM3d 格式转换

interpre 把 LMDZ 的质量通量、tracer 和气压场转为 PPM3d 所需的格式，包含四步变换：

1. 地面气压：对垂直方向积分 masse 得到柱质量 smass，psppm = smass / aire * g * 0.01（Pa → mb）。
2. 风场还原：unat = pbaru / massebx * cu，vnat = -pbarv / masseby * cv。质量通量除以质量得到速度，cu/cv 是网格几何系数。经向风取反以匹配 PPM 的纬度递增方向约定。
3. 垂直质量通量：fluxw = w * g * 0.01 / aire，地面层置零。
4. 垂直翻转：PPM3d 的 k=1 是大气顶，LMDZ 的 l=1 是地面。所有三维场和 ap/bp 都做 field_ppm(l) = field(llm-l+1) 翻转。

interpost：PPM3d → LMDZ.4 格式回转

interpost 在 PPM3d 完成后执行两步：

1. 垂直再翻转：q(i,j,l) = qppm(i,j, llm-l+1)，恢复 LMDZ 层序。
2. 经向周期：q(iip1,j,l) = q(1,j,l)，闭合经向周期边界。PPM3d 内部不做经向周期包裹。

adaptdt：自适应子步长

adaptdt 扫描全域纬向质量通量，找到最大 CFL 数，计算子步数 n = int(CFLmax) + 1，返回子步长 dtbon = dtvr / n，保证每个子步 CFL < 1。纬度扫描排除极点 j=1 和 j=jjp1，避免奇异极区格。

核心算法流程

ppm3d 首次调用时执行初始化（L316-417）：

1. 打印 NASA/GSFC Transport Core Version 4.5 和网格参数。
2. 参数检查：NLAY >= 6，JNP >= NLAY，j1=2 时 IMR 必须为偶数，Jmax/kmax 足够。
3. 构造混合 sigma-P 层厚度系数 DAP(k) = (AP(k+1)-AP(k))*PT，DBK(k) = BP(k+1)-BP(k)。
4. 计算网格几何：经向间距 DL = 2π/IMR，纬向间距 DP = π/JMR，cosine 数组（IGD=0 用解析，IGD=1 用 C-Grid 一致 cosine），极冠面积倒数 RCAP。
5. 计算方向 Courant 数系数 DTDX/DTDY，并根据 Umax 估计最大允许时间步和 FFSL 切换阈值 JS0/JN0。

主输送流程使用 x-y-z directional splitting，详见 ppm3d-horizontal-transport 和 ppm3d-vertical-transport。

串行调用链

advtrac.F90
  ├─ groupe(...)                    # 质量通量准备
  ├─ massbar(...)                   # staggered 质量平均
  ├─ adaptdt(iadv, dtbon, n, ...)   # 自适应子步长
  ├─ interpre(q, qppm, ...)         # LMDZ → PPM 格式
  ├─ do indice=1,n
  │   └─ ppm3d(1, qppm, ...)       # PPM 输送内核
  ├─ interpost(q, qppm)             # PPM → LMDZ 格式
  └─ ...

串行 advtrac.F90 在 iadv=11/16/17/18 时进入 PPM 分支（L292-377），使用 interpre → ppm3d → interpost 模式，外层做 adaptdt 子步循环。

并行路径：PPM 不可达

并行 advtrac_p.F90 的结构完全不同：

1. L273-274：直接调用 vlspltgen_p 处理所有 tracer advection。
2. L282：GOTO 1234 跳转到 L463，跳过全部 scheme-specific 代码。
3. L288-460：PPM/advn/prather/pentes_ini 代码仍存在但标记为死代码。PPM 分支（L396-443）入口有 stop 'advtrac : schema non parallelise'。
4. L463 1234 CONTINUE：代码在此恢复，执行 qminimum_p（仅 Earth）和 force_conserv_tracer 守恒修正。

结论：当前 COMMON 并行构建中 PPM 路径完全不可达。只有 vlspltgen_p 承担并行 tracer 输送。

infotrac_init 白名单与 Mars 可达性

infotrac-advection-schemes 记录了 infotrac_init 最终可用性检查：

因此 PPM 方案（iadv=11/16/17/18）在当前版本初始化阶段就会被 abort。即使 advtrac 中存在完整 PPM 调用路径，Mars 默认配置下不会到达。PPM 代码在当前 COMMON 中属于历史遗留但未删除的状态。

分辨率限制

ppm3d 内部使用静态数组（L272、L297-298）：

超过这些限制需要修改 ppm3d.F 源码中的 parameter 声明。L246 注释提到 0.5 度 N-S 分辨率或 150 层以上需要调整。

复现要点

1. 复现 PPM 输送结果需要确认 traceur.def 中 hadv/vadv 的值。只有 hadv=10, vadv=16 组合产生 iadv=11 才能进入 PPM 路径，但当前 infotrac_init 会 abort。
2. 若要在 Mars 运行中使用 PPM，必须修改 infotrac_init 白名单或绕过最终可用性检查。
3. 并行构建下无论 iadv 取何值都不会调用 ppm3d，因为 GOTO 1234 在 vlspltgen_p 之后直接跳过。
4. interpre 的垂直翻转和经向风取反是复现串行 PPM 结果的关键数值等价点。
5. adaptdt 保证水平 CFL<1，但垂直 CFL 由 advtrac 自行检查（L302-314）并在 CFLmaxz >= 1 时打印 WARNING。

相关页面

• advtrac 串并行对照
• infotrac advection scheme
• ppm3d 垂直输送
• ppm3d 水平输送
• vlspltgen_p 并行通用 Van Leer
• prather moments 输送
• advect 文件组

待确认

• iadv=11 路径在 LMDZ 历史版本中是否曾被 Mars 配置实际使用，需要 主页面或历史版本比对确认。
• ppm3d 的 cross 标志（L300 data cross /.true./）和 fill 参数在 LMDZ 调用中均为 .true.，其对 Mars 干大气 tracer 的具体影响需子页进一步说明。