moldiffcoeff.F

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LMDZ.MARS\libf\aeronomars\moldiffcoeff.F

所属目录/模块

libf\aeronomars

文件定位

moldiffcoeff.F 定义 moldiffcoeff_mod，提供例程 moldiffcoeff，按 Nair 1994（pg 131）计算 14 种高层大气物种之间的二元分子扩散系数矩阵 dij(14,14)。首次调用时从 tracer_mod::igcm_* 识别 GCM tracer 索引（缺任一则 stop），随后用 H2-X 与 H-O 基础系数按 sqrt(mmol) 质量缩放填充对称矩阵（对角 1.0）。该例程由 moldiff（分子扩散主模块）调用。作者 MAC 2002。

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

• g_*(14)、gcmind、firstcall 为 SAVE + THREADPRIVATE（第 70–71、78 行）。
• firstcall 缺任一 tracer 调用 stop（硬中止，非 abort_physic）。
• 每次调用（非仅 firstcall）执行 open(56,file='coeffs.dat')、写 dij、close(56)，并 print 'COEFF CALC'——文件 I/O 与标准输出副作用每次发生。
• dij 计算在 firstcall 块之外（第 179–223 行），故每次调用重算（结果与状态无关，恒定）。

核心逻辑

1. firstcall（第 81–176 行）：从 igcm_* 设 14 个 g_*，每个校验非 0 否则 stop；填 gcmind(i_*)=g_*；firstcall=.false.。
2. 基础系数（第 179–195 行）：dij(h2,co)=6.51e-5、(h2,n2)=6.74e-5、(h2,o2)=6.97e-5、(h2,co2)=5.50e-5；其余 dij(h2,*)=0；dij(h,o)=0.000114（第 195 行；第 194 行注释保留旧值 0.0000144）。
3. 质量缩放填充（第 197–216 行）：open(56,'coeffs.dat')；do n=1..14：
   • 若 dij(h2,n)>0：dij(nn,n)=dij(h2,n)*sqrt(mmol(h2)/mmol(gcmind(nn)))（nn=n..14），对角置 1.0，对称。
   • 若 dij(h2,n)==0：dnh=dij(h,o)*sqrt(mmol(o)/mmol(gcmind(n)))，dij(nn,n)=dnh*sqrt(mmol(h)/mmol(gcmind(nn)))，对角 1.0，对称。
4. 转储（第 218–223 行）：写 dij(n,nn) 到 unit 56；close(56)。

伪代码

moldiffcoeff(dij):
  if firstcall:
    g_* = igcm_* for 14 species; stop if any == 0
    gcmind(i_*) = g_*
    firstcall = false
  # base coefficients (Nair 94)
  dij(h2,co)=6.51e-5; dij(h2,n2)=6.74e-5; dij(h2,o2)=6.97e-5; dij(h2,co2)=5.50e-5
  dij(h2, others)=0
  dij(h,o)=0.000114
  open(56,'coeffs.dat'); print 'COEFF CALC'
  for n=1..14:
    if dij(h2,n) > 0:
      for nn=n..14: dij(nn,n)=dij(h2,n)*sqrt(mmol(h2)/mmol(gcmind(nn)))
                    if n==nn: dij(nn,n)=1.0
                    dij(n,nn)=dij(nn,n)
    else:
      dnh=dij(h,o)*sqrt(mmol(o)/mmol(gcmind(n)))
      for nn=n..14: dij(nn,n)=dnh*sqrt(mmol(h)/mmol(gcmind(nn)))
                    if n==nn: dij(nn,n)=1.0
                    dij(n,nn)=dij(nn,n)
  write dij to unit 56; close(56)

参与的主题流程

写法特点

• 固定格式 .F（续行第 6 列 &）。
• 物种顺序固定 14 种，O 必须末位（高层主导，源码注释要求）。
• 基础系数 H2-CO/N2/O2/CO2 与 H-O 来自 Nair 1994；其余用 sqrt(mmol) Chapman-Enskog 质量缩放。
• dij(h,o) 第 195 行 0.000114 覆盖第 194 行注释旧值 0.0000144（约 10×）。
• 对角强制 1.0，矩阵对称。
• firstcall 用 stop（非 abort_physic）中止。
• 局部 nq/i/iq 声明后未用。

复现要点

• 须先 initracer 设好 igcm_*；14 种 tracer 任一缺失即 stop。
• dij 与运行状态无关（仅依赖常数 mmol 与基础系数），每次调用结果恒定；但每次调用都重算并覆写 coeffs.dat，并行/频繁调用时文件 I/O 为副作用。
• coeffs.dat 用相对路径（CWD），unit 56 硬编码。
• O 须为第 14 物种；改变物种顺序须同步 i_* 与上游 moldiff。

待确认

• 每次调用重算 dij 并写 coeffs.dat 是否有意（结果恒定，疑可移入 firstcall）。
• dij(h,o)=0.000114 相对注释旧值 0.0000144 的 ~10× 修正依据。
• dij(h2,oh/ho2/h2o/h2o2/o3) 注释 !0003（3e-4）是否曾为候选值。

相关页面

• aeronomars/index：aeronomars 目录总览，本文件在其“分子扩散”分类下。
• tracer_mod：提供 igcm_* 索引与 mmol 摩尔质量。
• moldiff.F：原版 14 物种分子扩散求解器（死代码，已被 moldiff_red/moldiff_MPF 取代），用 dij 做 α 矩阵 + LU + 三对角扩散求解。
• moldiffcoeff_red.F：简化变体文件页，供 moldiff_red/moldiff_MPF 使用。