inichim_newstart.F90

路径

LMDZ.MARS\libf\aeronomars\inichim_newstart.F90

所属目录/模块

libf\aeronomars

文件定位

inichim_newstart.F90 定义 inichim_newstart_mod，提供 inichim_newstart 例程，用于在构造新 start 文件或 1D testphys1d 初始化时，为化学相关 tracer 填充三维初始场和地表储量。它不是时间步内的化学积分器，而是初始廓线装配器：先按 traceur.def 中的 noms 重建 tracer_mod 的 igcm_* 索引和 mmol 摩尔质量，再从 datadir 读取 atmosfera_LMD_may.dat、atmosfera_LMD_min.dat、可选 atmosfera_LMD_nitr.dat，把参考廓线按 log pressure 插值到 GCM 垂直层，最后把体积混合比转换为质量混合比写入 pq。

上游调用点包括 dynphy_lonlat/phymars/newstart.F 的交互式 ini_q / ini_q-h2o 分支，以及 1D dyn1d/init_testphys1d_mod.F90 中 photochem .or. callthermos 时的自动初始化分支。

定义的符号

依赖的模块

调用的关键例程

输入

输出

共享状态与副作用

• 直接写 tracer_mod 的大量 igcm_* 索引和 mmol，并把 nqmx=nq。这与 initracer.F 的识别逻辑类似，但是在 newstart/testphys 初始化路径中重新执行。
• 打开外部文件单元 210、220、230；对应 atmosfera_LMD_may.dat、atmosfera_LMD_min.dat、atmosfera_LMD_nitr.dat。文件缺失时打印 datadir 帮助信息并 abort_physic。
• niq、vmrinit、vmrint 为本地 allocatable，行 546-548 分配，行 816-818 释放。
• qsurf 被多处清零；特别是 flagthermo==0 时化学初始化文件内物种的地表储量全部清零。
• 对 pq 的写入受 flagthermo 和 flagh2o 控制：flagthermo==1 只在 exp(pgcm)<0.1 Pa 的低压层写入；flagh2o==0 时跳过 h2o_vap。

核心逻辑

1. 重置 tracer 索引：设置 nqmx=nq，把 dust、water、chemistry、aerosol、ion 等 igcm_* 索引归零。
2. 扫描非化学 tracer：按 dustbin、doubleq、microphys、submicron、rdstorm、topflows 等开关扫描 dust、CCN、rocket dust 和 topflow dust tracer，并更新 count。
3. 扫描化学/水/气溶胶/离子 tracer：遍历 noms(1:nqmx)，识别 CO2、CO、O、O1D、O2、O3、H、H2、OH、HO2、H2O2、N2、CH4、Ar、N/NO/NO2/N2D、He、H2O/HDO、CO2 ice、H2O ice、CO2 cloud CCN、离子和 Ar_N2，同步设置 mmol。
4. 校验 tracer 数：若 count /= nqmx，打印已识别数量和名称并 abort_physic("tracer mismatch")；否则打印所有 tracer。
5. 决定 N 物种维度：若没有 NO，则要求 N/NO2/N2D 也不存在，flagnitro=.false. 且 nspe=14；若有 NO，则要求 N、NO2、N2D 全部存在，flagnitro=.true. 且 nspe=18。
6. 建立初始化文件物种映射：niq(1:7) 对应 major species CO2、Ar、N2、O2、CO、O、H2；niq(8:14) 对应 H、OH、HO2、H2O、H2O2、O1D、O3；若 flagnitro，niq(15:18) 对应 N、NO、NO2、N2D。
7. 读取初始化文件：atmosfera_LMD_may.dat 提供温度、压力、总数密度和 7 个主物种；压力从 mbar 乘 100 转 Pa 后取 log。atmosfera_LMD_min.dat 提供 7 个 minor species；atmosfera_LMD_nitr.dat 在 flagnitro 时提供 4 个 N species。
8. 按层插值并写入 pq：对每个 (i,j,l)，计算 pgcm=log(aps(l)+bps(l)*ps(i,j))，对每个 species 调 intrplf 得 vmrint(n)，累计 mmean=sum(vmrint*mmol)；若满足 flagthermo/flagh2o 条件，写 pq=vmrint*mmol/mmean。
9. 地表值和额外物种：flagthermo==0 时清零初始化文件中 species 的 qsurf；若 CH4 tracer 存在，设 vmr=10.e-9 并全层初始化、地表清零；若 CO2+ 存在，要求其它离子和电子齐全并把所有离子 pq/qsurf 置零，否则任何其它离子单独存在都会中止。
10. 释放本地数组：释放 niq/vmrinit/vmrint。

伪代码

inichim_newstart(ngrid,nq,pq,qsurf,ps,flagh2o,flagthermo):
  nqmx = nq
  reset all tracer_mod igcm_* indexes to 0

  count = 0
  scan noms for dust/CCN/storm/topflow tracers depending on callkeys and dust_param_mod
  scan noms for chemistry, water, aerosol, ion, and Ar_N2 tracers
  set igcm_* indexes and mmol values

  if count != nqmx:
    print found/expected and abort

  if NO absent:
    require N, NO2, N2D absent
    nspe = 14
  else:
    require N, NO2, N2D present
    nspe = 18

  allocate niq(nspe), vmrinit(252,nspe), vmrint(nspe)
  map initialization-file species order to tracer indexes

  open datadir/atmosfera_LMD_may.dat
  open datadir/atmosfera_LMD_min.dat
  if nitrogen species enabled: open datadir/atmosfera_LMD_nitr.dat
  read 252 levels of major/minor/(optional nitrogen) VMR profiles
  convert pinit from mbar to Pa, then log(pinit)

  for each GCM i,j,l:
    pgcm = log(aps(l) + bps(l)*ps(i,j))
    mmean = 0
    for each initialization species n:
      intrplf(pgcm, vmr, pinit, vmrinit(:,n), 252)
      vmrint(n) = vmr
      mmean += vmr * mmol(niq(n))
    if flagthermo == 0 or (flagthermo == 1 and exp(pgcm) < 0.1):
      for each species n:
        if species is not h2o_vap or flagh2o == 1:
          pq(i,j,l,iq) = vmrint(n) * mmol(iq) / mmean

  if flagthermo == 0:
    qsurf for initialization-file species = 0

  if CH4 tracer exists:
    initialize CH4 to 10 ppbv by mass mixing ratio and qsurf=0

  if CO2+ tracer exists:
    require full ion set and electron tracer
    set all ion pq and qsurf to 0
  else:
    abort if any other ion exists without CO2+

  deallocate local arrays

参与的主题流程

写法特点

• 文件为自由格式 .F90 模块，但内部保留较长的顺序式 tracer 名称扫描逻辑。
• 初始化文件固定使用 nalt=252，species 数为 nspe=14 或 18，取决于 N 物种是否启用。
• 插值自变量为 log(pressure)；初始化文件压力先从 mbar 转为 Pa，再取 log。
• flagthermo==1 的阈值是 exp(pgcm)<0.1 Pa；源码注释称“thermosphere only”。
• qsurf 是 intent(out)，但只对特定化学/CH4/离子 tracer 显式赋值；调用方必须理解非这些 tracer 的 qsurf 值不会由本例程填全。
• 源码第 348-350 行识别 "hd" 时写的是 igcm_d = iq、mmol(igcm_d)=3.，而不是前面初始化过的 igcm_hd。本页按源码字面记录，是否为笔误待确认。

复现要点

• datadir 必须包含 atmosfera_LMD_may.dat 和 atmosfera_LMD_min.dat；若 traceur 中启用 N species，还必须包含 atmosfera_LMD_nitr.dat。当前仓库 LMDZ.MARS\datadir 下未发现这三个文件，运行时需外部数据包或配置正确的 datadir。
• count 必须等于 nqmx；任何 traceur 名称未被本例程扫描逻辑覆盖都会触发 tracer mismatch。
• NO 与 N/NO2/N2D 必须成组出现或成组缺失；离子物种也必须以 CO2+ 为首触发完整离子集合。
• ini_q-h2o 或 1D 中存在 profile_h2o_vap 时，flagh2o=0 会跳过 h2o_vap 的 pq 写入，保留已有水汽。
• flagthermo=1 只改低压热层段；低层化学 tracer 仍保留调用前值。
• CH4 若存在固定初始化为 10.e-9 VMR；离子若完整存在则初始化为 0。

待确认

• abort_physic 的宿主模块未在本例程 use 列表中显式声明；是否依赖旧式外部过程或间接可见性，待编译链路确认。
• "hd" 分支写入 igcm_d 而非 igcm_hd，疑似复制粘贴或拼写问题，需源码维护者确认。
• tinit、zzfile、densinit 被读取或声明但当前活跃初始化只使用 pinit/vmrinit；这些字段是否用于历史版本或后续扩展待确认。
• qsurf 为 intent(out) 但非化学 tracer 不在本例程内统一初始化；调用方是否在调用前后另有完整赋值需结合 newstart/1D 全流程确认。

相关页面

• aeronomars/index：aeronomars 目录总览，本文件位于“初始化”分类。
• intrplf：本例程调用的一维线性插值器。
• datafile_mod：提供 datadir，本例程从其中读取 atmosfera_LMD_* 文件。
• testphys1d-config：1D 初始化与配置上下文。
• dynphy_lonlat/index：newstart.F 所在目录总览。
• newstart — ini_q / ini_q-h2o 调用路径。
• init_testphys1d_mod.md：1D photochem/callthermos 初始化路径。
• tracer_mod.md：noms、igcm_*、mmol 的全局语义。