动力-物理接口

源码范围：LMDZ.COMMON-6.3/LMDZ.COMMON/libf/dynphy_lonlat、libf/phy_common，并串联 dyn3d/leapfrog.F、dyn3dpar/leapfrog_p.F、dyn3d/addfi.F、dyn3dpar/addfi_p.F 的调用边界。 Mars 运行参与度：条件经过。Mars 3D GCM 启用物理时经过本主题覆盖的初始化和 calfis/calfis_p -> call_physiq -> addfi/addfi_p 接口；Mars 1D/testphys 路径只使用其中的接口兼容层和物理侧网格/垂直层初始化。

主题定位

本页回答一个问题：动力网格上的 ps/p/pk/teta/q/u/v/phi/flxw 如何进入 Mars physics，又如何以 tendency 形式回到动力状态。

接口拆成三层：

层	责任	主要页面
初始化层	建立物理列分布、几何、垂直层和动力-物理索引。	inigeomphy_mod, parallel-physics-grid-distribution, mod_interface_dyn_phys
每步调用层	把动力状态转为物理列，调用 `call_physiq`，把 tendency 放回动力网格。	calfis, calfis_p, dyn-phys-grid-transforms
写回状态层	`addfi/addfi_p` 将 tendency 乘以 `dtphys` 加到 prognostic state，并刷新 pressure/mass/Exner。	leapfrog-physics-coupling, leapfrog-p-physics-coupling, addfi-serial-parallel

总体调用链

串行 GCM physics 步：

gcm/conf_gcm/iniconst/inigeom/iniphysiq
  -> COMMON inigeomphy
       -> init_physics_distribution
       -> init_interface_dyn_phys
       -> init_regular_lonlat / init_geometry / init_vertical_layers

leapfrog
  -> apphys gate
  -> pression / exner_* / geopot
  -> calfis(lafin,jD_cur,jH_cur,...)
       -> gr_dyn_fi and manual wind/tracer mapping
       -> call_physiq, optionally split by nsplit_phys
       -> gr_fi_dyn and manual tendency writeback
  -> addfi(dtphys,...)
  -> pression / massdair / exner_*

并行 GCM physics 步：

gcm_p/init_parallel/set_bands
  -> iniphysiq
       -> inigeomphy
            -> init_physics_distribution
                 -> init_grid_phy_lmdz
                 -> Init_phys_lmdz_para
                      -> init_phys_lmdz_mpi_data
                      -> init_phys_lmdz_omp_data
                 -> dimphy:Init_dimphy(klon_omp, nbp_lev)
            -> init_interface_dyn_phys(index_i/index_j)
            -> init_geometry(klon_omp, ...)
            -> init_vertical_layers(...)

leapfrog_p
  -> apphys gate
  -> pression_p / exner_*_p / geopot_p
  -> SetDistrib(jj_Nb_Physic)
  -> calfis_p(lafin,jD_cur,jH_cur,...)
       -> rank-level动力格点到klon_mpi物理列
       -> OpenMP切片到klon_omp
       -> call_physiq, optionally split by nsplit_phys
       -> OpenMP gather回klon_mpi
       -> MPI wind tendency boundary exchange
       -> tendency写回动力网格
  -> SetDistrib(jj_Nb_Physic_bis)
  -> tendency halo and tmp add-back
  -> addfi_p(dtphys,...)
  -> pression_p / massdair_p / exner_*_p
  -> SetDistrib(jj_Nb_Caldyn)

calfis/calfis_p 只产生每秒 tendency；真正修改 ucov/vcov/teta/q/ps 的位置是 addfi/addfi_p。addfi* 之后必须刷新 p/masse/pk，否则后续动力、输出或 restart 会看到与新 ps 不一致的派生状态。

初始化约定

Mars physics 初始化先进入 MARS 侧 iniphysiq，再调用 COMMON 的 inigeomphy。inigeomphy 的输出不是单个返回值，而是写入一组物理侧公共模块：

状态	写入者	使用位置	关键边界
`klon_glo`, `nbp_lon/lat/lev`	`init_grid_phy_lmdz`	全局物理网格转换、XIOS、debug 写场	`klon_glo` 是全局物理列数，两极各压缩成单列。
`klon_mpi` 和 rank 分布表	`init_phys_lmdz_mpi_data`	MPI transfer、`calfis_p`、XIOS/write_field	当前 MPI rank 的物理列数，不等于全局列数。
`klon_omp` 和 thread 切片	`init_phys_lmdz_omp_data`	Mars physics、OMP transfer、`calfis_p`	当前 OpenMP 线程的物理列数。
`dimphy:klon/klev`	`Init_dimphy`	Mars physics 例程	`dimphy:klon` 等于 `klon_omp`，不是 `klon_glo` 或 `klon_mpi`。
`index_i/index_j`	`Init_interface_dyn_phys`	`calfis_p`, `gr_dyn_fi_p`, `gr_fi_dyn_p`	长度为 `klon_mpi`，把 rank 级物理列映射到动力 `(i,j)`。
`longitude/latitude/cell_area`	`init_geometry`	physics、diagfi、XIOS、archive 工具链	每个 OMP 线程只持有自己的 `klon_omp` 几何切片。
`ap/bp/aps/bps/presnivs/pseudoalt`	`init_vertical_layers`	physics、输出轴、Mars utility	从动力侧 `comvert_mod` 显式复制到物理侧 `vertical_layers_mod`。

这条链只建立分布和静态几何。每个 physics 步的 ps/teta/q/u/v/phi/flxw 仍由 calfis/calfis_p 从动力状态重新映射。

串行接口

串行 calfis 使用全局 lon-lat 规则把动力网格压缩成物理列：

北极和南极各为一个物理列。
中间纬圈按非重复经度展开。
gr_dyn_fi 转换标量场，风场用 cu/cv 和极点 cos/sin 投影转换为自然风。
tpot2t 把位温转为 physics 温度。
按 nsplit_phys 分段调用 call_physiq，每段使用 dtphys/nsplit_phys。
物理返回的温度、风、tracer、surface pressure tendency 被累计、平均，再用 gr_fi_dyn 或显式循环写回动力 tendency 数组。

串行 tracer 写回使用 niadv(iq) 连接 physics tracer 和动力 tracer 序号。排查 tracer 顺序差异时，串行路径要同时看 infotrac 的 nqtot/tname/niadv。

并行接口

并行 calfis_p 的职责比串行多三件事：rank 分布、OpenMP 切片和跨 rank tendency 边界。

动力格点到物理列

calfis_p 先以 klon=klon_mpi 工作。普通列通过 index_i/index_j 读取动力格点：

zpsrf(ig) = ps(index_i(ig), index_j(ig))
zpk(ig,l) = pk(index_i(ig), index_j(ig), l)
zqfi(ig,l,iq) = q(index_i(ig), index_j(ig), l, iq)

gr_dyn_fi_p 和 gr_fi_dyn_p 也使用同一映射。极点列仍是单列，写回动力网格时要扩展成整条极点行。

OpenMP 物理调用

rank 级 z*(klon_mpi,...) 数组准备好后，源码按 klon_omp_begin/end 手写循环复制到当前线程的 *_omp(klon_omp,...)。随后局部 klon 改为 klon_omp，call_physiq(klon,...) 看到的是当前线程的物理列数。

这一段不调用 mod_phys_lmdz_transfert_para 的 scatter/gather 泛型。原因是 calfis_p 的映射源是动力二维网格 (iip1,jjp1)，目标是 rank 内物理列；phy_common 通用 transfer 的映射对象是 klon_glo -> klon_mpi -> klon_omp 的物理列数组，两者不是同一类搬运。

tendency 边界和 addfi_p 前处理

calfis_p 返回前已经把 tendency 写回动力网格，但并行 leapfrog_p 还要做一次 physics band 后处理：

保存非北极 rank 起始纬圈的 dufi/dvfi/dtetafi/dqfi/dpfi 到 _tmp。
切换到 jj_nb_Physic_bis。
对 physics tendency 注册 halo request 并等待完成。
切回 jj_nb_Physic。
把 _tmp 加回起始纬圈。

只有完成这一步后，addfi_p 才把 tendency 加到状态。因此并行差异要分成三段定位：calfis_p 列映射和 call_physiq 输出、leapfrog_p tendency halo、addfi_p 状态写回。

`call_physiq` 约定

COMMON 侧不实现 Mars physics 过程本体，但它负责提供一致的入口实参：

实参组	来源	说明
`klon,llm,nqtot,tname`	物理分布、动力垂直层、tracer 初始化	`klon` 在并行 OMP 内为 `klon_omp`。
`jD_cur,jH_cur`	`leapfrog*` 日期逻辑	并行 Mars physics 日期在 `leapfrog_p` 中按当前 `itau` 计算。
`zplev,zplay,zpk`	`pression`、Exner、`preff(ppk/cpp)**(1/kappa)`	pressure 层和 Exner/温度转换输入。
`ztfi,zqfi,zufi,zvfi,zrfi`	`calfis*` 转换	physics 使用的温度、tracer、自然风和涡度。
`zphi,zphis,flxwfi`	`geopot*` 和 grid transform	位势、地表位势和垂直质量通量。
`zdufi/zdvfi/zdtfi/zdqfi/zdpsrf`	`call_physiq` 输出	每秒 tendency，之后由 `calfis` 和 `addfi` 分别映射/加回。

nsplit_phys 分段时，COMMON 侧在每个 split 后先用 tendency 更新 physics 输入列，再累计平均 tendency。最后一个 split 才接收 lafin_split=.TRUE.。

transfer 边界

物理侧通用 transfer 已由 mod_phys_lmdz_mpi_transfert、mod_phys_lmdz_omp_transfert 和 mod_phys_lmdz_transfert_para 覆盖。它们服务于物理侧数组在全局、rank 和 thread 之间的 scatter/gather/bcast/reduce。

本主题需要区分三类通信：

通信/搬运	实现位置	是否是 `calfis_p` 主搬运
物理侧通用 `bcast/scatter/gather/reduce_sum`	`phy_common/mod_phys_lmdz_*_transfert.F90`	否。供 physics 公共层和输出/helper 使用。
动力网格到物理列映射	`calfis_p`, `gr_dyn_fi_p`, `gr_fi_dyn_p`	是。由 `index_i/index_j` 和手写 OMP 循环驱动。
wind tendency 跨 rank 交换	`calfis_p` 内 `MPI_ISSEND/IRECV/WAITALL`	是。只服务于 `pdvfi` 等跨纬带回填 stencil。

不要把 calfis_p 的手写 scatter/gather 描述成直接调用 mod_phys_lmdz_transfert_para。两者共享 klon_mpi/klon_omp 维度概念，但调用路径和映射关系不同。

与物理几何和垂直层的关系

inigeomphy 同时初始化水平几何和垂直层副本：

regular lon-lat 的全局经纬轴写入 regular_lonlat_mod。
当前线程局部物理列的经纬度、边界、面积、输出面积写入 geometry_mod。
动力侧 comvert_mod 中的 ap/bp/aps/bps/presnivs/pseudoalt 复制到 vertical_layers_mod。

Mars physics、diagfi/stats、XIOS 输出和 archive utility 可能使用这些物理侧状态。若出现输出坐标、面积或压力轴问题，先确认 iniconst/disvert/inigeom/iniphysiq -> inigeomphy 顺序，而不是直接查每步 calfis_p。

串并行差异表

方面	串行	并行
调度入口	`leapfrog -> calfis -> addfi`	`leapfrog_p -> SetDistrib(jj_Nb_Physic) -> calfis_p -> halo -> addfi_p`
物理列规模	全局 `ngridmx`	rank 级 `klon_mpi`，线程级 `klon_omp`
列映射	固定 lon-lat 展开	`index_i/index_j`
OMP	无	rank 级共享数组 + threadprivate `*_omp` 工作区
MPI	无	physics tendency halo + `calfis_p` wind exchange
tracer 写回	使用 `niadv(iq)`	当前 `calfis_p` 按 `iq=1,nqtot` 直接写回
状态写回	`addfi` 后刷新 `p/masse/pk`	`addfi_p` 后刷新 `p/masse/pk`，并受 band/halo 影响

复现检查表

确认 conf_gcm 已设置 iphysiq/iflag_phys/nsplit_phys，并且当前时间步 apphys=.TRUE.。
确认 physics 前已刷新 p/pk/phi，并记录 jD_cur/jH_cur。
串行路径检查 gr_dyn_fi/gr_fi_dyn 的极点和周期端点规则。
并行路径检查 SetDistrib(jj_Nb_Physic)、index_i/index_j、klon_mpi/klon_omp 和 dimphy:klon 是否一致。
对 physics 内部差异，先确认 call_physiq 入口看到的是温度 ztfi 而不是动力位温 teta。
对 tendency 差异，区分 calfis* 输出、并行 halo 合并、addfi* 加回三步。
对 pressure/mass 不一致，检查 addfi* 后 pression*/massdair*/exner_* 是否执行。
对输出几何或垂直坐标，检查 inigeomphy -> init_geometry/init_vertical_layers，不要只看每步 calfis*。

易混点

calfis_p 使用 klon_mpi/klon_omp，但不直接调用 mod_phys_lmdz_transfert_para 的 scatter/gather 泛型。
dimphy:klon 在并行 physics 内等于当前线程的 klon_omp。
calfis/calfis_p 输出是每秒 tendency，不是已经加到状态里的增量。
addfi/addfi_p 改 ps 后必须刷新压力、质量和 Exner。
inigeomphy 初始化的是物理侧几何和垂直层状态；每步动力状态仍需由 calfis* 映射。
串行 calfis 和并行 calfis_p 对 tracer index 的处理不同，不能直接套用同一 niadv 推理。
Mars 1D/testphys 通过接口兼容层使用 COMMON 状态，但不等同于 3D 并行动力的 calfis_p 主链。

待确认

COMM_LMDZ 与 COMM_LMDZ_PHY 在所有 Mars 并行配置中是否完全一致，需要运行配置或 MPI 初始化实测确认。
calfis_p 传入 call_physiq 的动力 tendency 参数在 Mars physics 侧实际使用程度，需要结合 LMDZ.MARS/libf/phymars/callphysiq_mod.F90 和具体物理过程继续确认。
并行 calfis_p 未使用 niadv 是否依赖当前 tracer 顺序保证，仍需结合真实 traceur.def 配置验证。