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aeronomars 高层大气模块目录

路径

LMDZ.MARS\libf\aeronomars

职责

aeronomars 是 LMDZ.MARS 的高层大气模块目录，处理 80km 以上火星大气物理过程。该目录包含光化学、热层（thermosphere）、电离层（ionosphere）、分子扩散等高层大气现象的模拟。

目录内容

共 32 个文件，按功能分类如下：

1. 光化学

文件 作用
photochemistry_mod.F90 主光化学积分器；calchim 逐列调用，计算在线/离线光解、可选离子光电离、反应速率和隐式矩阵积分并写回 zycol
photolysis_mod.F90 在线光解初始化和共享谱表模块；建立 nw=162 低分辨率波长网格，读取太阳通量、截面、量子产额和反照率，供 photolysis_online 消费
photolysis_online.F 在线光解率计算模块；photolysis_online 消费 photolysis_mod 共享谱表，逐波长做两流辐射传输（Toon 1989 + 伪球面修正），累加 15 个光解率 v_phot；由 photochemistry_mod 在 jonline=.true. 时调用
photolysis.F90 离线光解查找表插值器；消费 chemistrydata_mod::jphot，按温度、SZA、CO2 柱、O3 柱和尘埃 5 维插值得基础 v_phot
calchim_mod.F90 化学调度入口；firstcall 识别化学 tracer，选择在线/离线光解初始化，逐列调用 photochemistry、perosat、可选 chemthermos/deposition 并回写 dqchim
chemthermos.F90 热层化学主例程；.not.unichim 时由 calchim_mod 逐列调用，校验 C/O/H/O3/N/ion tracer，构造数密度矩阵，调用 jthermcalc_e107 与 paramfoto_compact 并写回 zycol
chemistrydata.F90 光解查找表数据模块；read_phototable 从 datadir 读取 jmars.20140930 表并广播，供 photolysis 插值
chemthermos_readini.F 读取 chemthermos_reactionrates.def 的 61 反应 Arrhenius 参数到 param_v4_h::rcoef；由 calchim_mod firstcall 调用
perosat.F H2O2 饱和/凝结后处理；光化学后将超饱和 H2O2 向下层转移，底层超出量写入地表通量
paramfoto_compact.F 热层光化学/离子化学积分器；消费 jthermcalc_e107 光吸收率、E107 分支比和 rcoef 反应速率，更新 chemthermos 的 rm 数密度矩阵

2. 热层（Thermosphere）

文件 作用
thermosphere_mod.F 热层物理过程总调度模块；thermosphere 按四个开关依次调 EUV 加热、热传导、黏性扩散和分子扩散，累加 tendency 并输出 H/H₂/D 逃逸通量
euvheat.F90 EUV 加热；euvheat_mod 在 calleuv 下把外推温度/示踪物转成数密度，调 hrtherm 得到 jtot 并换算为 zdteuv
hrtherm.F 热层 EUV 光吸收加热率 jtot(erg/s)；调 jthermcalc_e107，夜间置 0；由 euvheat 调用
jthermcalc.F, jthermcalc_e107_mod.F, jthermcalc_util.F 热计算；jthermcalc 基础版已被 E107 增强版 jthermcalc_e107 取代；jthermcalc_util 提供共享工具（column/interfast/espesor_optico_A）

3. 电离层（Ionosphere）

文件 作用
iono_h.F90 电离层共享状态：18 个 *_eq 标志 + 27 个 tau* 反应系数，allocate_param_iono 分配，temp_elect 算电子温度

4. 分子扩散

文件 作用
moldiff.F 原版（legacy）14 物种分子扩散模块（死代码，无调用方）；Dickinson & Ridley 1972 α 矩阵 + LU + 三对角，含 Jeans 逃逸和 O 质量守恒；已被 moldiff_red/moldiff_MPF 完全取代
moldiff_red.F 简化版 16 物种分子扩散；二元 dij 简化公式逐物种隐式三对角 + Jeans H/H₂/D 逃逸；thermosphere_mod 在 moldiff_scheme==1（非默认）下调用
moldiff_MPF.F90 MPF 16 物种分子扩散；Wilke 多组分扩散 + Krasnopolsky 涡流扩散 + Jeans H/H₂/D 逃逸 + 可选质量守恒修正；thermosphere_mod 在 moldiff_scheme==2（默认）下调用
moldiffcoeff.F 14 物种二元分子扩散系数矩阵 dij（Nair 94，sqrt(mmol) 缩放）；每次调用覆写 coeffs.dat；由 moldiff 调用
moldiffcoeff_red.F 简化分子扩散系数 dij（Nair 94 变体）；gcmind 由调用方传入，coeffs.dat 默认不写；由 moldiff_red/moldiff_MPF 调用
molvis.F 分子黏性速度扩散；molvis_mod 按 conc_mod::Akknew/cpnew/rnew 把温度依赖热导率系数换算为黏性系数，用隐式三对角求解 u/v 风速 tendency，由 thermosphere_mod 在 callmolvis 下调用

5. 加热与传导

文件 作用
conduction.F 分子热传导；conduction_mod 用隐式三对角（Thomas）按 conc_mod::Akknew/cpnew/rnew 求解垂直热传导倾向 zdtconduc，由 thermosphere_mod 在 callconduct 下调用
deposition.F 干沉降（甲烷）；当前成分更新被注释，但 vd/loss 仍按阻力相似法计算，6 小时测试赋值是注释行；calchim_mod 在 depos 开关下调用
intrplf.F 一维线性插值（端点常数外推，支持升/降序）；inichim_newstart 插值初始成分

6. 参数与数据

文件 作用
param_read.F 旧版 EUV param_v5 参数读取；master 从 datadir/EUVDAT/param_v5 载入柱积分、光吸收、解离/电离效率和太阳通量修正表并广播
param_read_e107.F 当前热层初始化使用的 E107 参数读取；读取 EUVDAT/param_v6、fit_js_e107.dat、e107_MY*.dat 和 Schunk & Nagy 分支比文件
param_v4_h.F90 热层 EUV/E107、反应速率、光解输出和产损数组共享状态模块
surfacearea.F 气溶胶表面积计算模块；surfacearea 按微物理/简单云两种方案计算尘/冰颗粒总表面积密度 surfdust/surfice（m2/m3），由 physiq_mod 在 photochem 路径中、calchim 之前调用
types_asis.F90 ASIS 光化学反应索引类型；定义 z3spec/z4spec 和线程私有 indice_phot/indice_3/indice_4，供 photochemistry_mod 装配隐式矩阵

7. 初始化

文件 作用
inichim_newstart.F90 newstart/testphys1d 化学初始场构造；按 traceur.def tracer 名重建 igcm_*/mmol，读取 atmosfera_LMD_* 廓线并用 intrplf 插值到 GCM 层

关键模块

模块名 所在文件 作用
photochemistry_mod photochemistry_mod.F90 主光化学积分器；包装 photochemistry 及反应索引、速率、矩阵和 GCM/化学物种映射辅助例程
calchim_mod calchim_mod.F90 化学调度、化学倾向缓存与 ini/end_calchim_mod 分配释放
photolysis_mod photolysis_mod.F90 在线光解初始化和共享光谱数据模块；保存 nphot/wl/f/xs*/yield*/albedo 等 THREADPRIVATE 状态
photolysis_online_mod photolysis_online.F 在线光解率计算模块；包含主例程和 12 个内部子例程，两流辐射传输累加 15 个光解率
thermosphere_mod thermosphere_mod.F 热层物理过程总调度；EUV 加热 → 热传导 → 分子黏性 → 分子扩散
euvheat_mod euvheat.F90 EUV 加热模块
chemthermos_mod chemthermos.F90 热层化学主例程；包装 chemthermos，缓存 tracer 索引和热层物种槽位
inichim_newstart_mod inichim_newstart.F90 newstart/testphys1d 的化学 tracer 初始场构造
moldiff_mod moldiff.F 原版 14 物种分子扩散（死代码，已被 moldiff_red/moldiff_MPF 取代）
moldiff_MPF_mod moldiff_MPF.F90 MPF 16 物种分子扩散；Wilke 扩散 + 涡流扩散 + Jeans 逃逸 + 可选质量守恒修正
moldiff_red_mod moldiff_red.F90 简化版 16 物种分子扩散；二元 dij 逐物种三对角 + Jeans 逃逸
molvis_mod molvis.F 分子黏性速度扩散
param_read_mod param_read.F EUVDAT/param_v5 参数表读取与 param_v4_h 广播初始化
param_read_e107_mod param_read_e107.F EUVDAT/param_v6 与 E107 太阳活动表读取；physiq_mod 在 callthermos 初始化分支调用
param_v4_h param_v4_h.F90 热层共享状态模块；定义 ninter/nabs/freccen/jfotsout/rcoef 和产损缓存，提供 fill_data_thermos/allocate_param_thermos
paramfoto_compact_mod paramfoto_compact.F 热层光化学/离子化学积分与 phdisrate 光解/电离率转换
surfacearea_mod surfacearea.F 气溶胶表面积计算；按微物理/简单云两种方案求尘/冰颗粒总表面积密度
types_asis types_asis.F90 ASIS 反应索引类型与共享数组模块；photochemistry_mod::indice 分配填充，fill_matrix 消费
iono_h iono_h.F90 电离层头文件/模块

与其他目录的关系

相关目录 关系
../phymars/ phymars 调用 aeronomars 处理高层大气；共享 NLTE 模块
../../deftank/ 读取 callphys.def 配置（MCD 配置开启）
../../datadir/ 读取化学参数数据

调用关系

aeronomars 模块主要通过 phymars/physiq_mod.F 间接进入：

  1. physiq_mod.F 在 photochem 分支中先调用 surfacearea，再调用 calchim；calchim_mod.F90 负责在线/离线光解、photochemistry、可选 chemthermos 和 deposition。
  2. physiq_mod.F 在 callthermos 分支中调用 thermosphere；thermosphere_mod.F 再按 calleuv、callconduct、callmolvis、callmoldiff 分别调用 EUV 加热、热传导、分子黏性和分子扩散。
  3. 分子扩散默认 moldiff_scheme=2（MPF 方案），可由 getin_p("moldiff_scheme", ...) 改为 legacy 方案。

源码入口依据：physiq_mod.F:2208-2223、physiq_mod.F:2280-2288、calchim_mod.F90:765-915、thermosphere_mod.F:67-122。

典型运行流程

  1. 初始化：

    • 读取化学参数
    • 初始化化学示踪剂
    • 读取光解数据

  2. 时间循环中：

    • 光化学计算（光解、化学反应）
    • 电离层计算（电离、复合）
    • 热层加热（EUV 吸收、NLTE 冷却）
    • 分子扩散（向上扩散）

复现要点

细节入口