paramfoto_compact.F

路径

LMDZ.MARS\libf\aeronomars\paramfoto_compact.F

所属目录 / 模块

libf/aeronomars

文件定位

paramfoto_compact.F 定义 paramfoto_compact_mod，是热层 C/O/H/O3/N/ion 化学的紧凑积分模块。主例程 paramfoto_compact 由 chemthermos 在 jthermcalc_e107 计算完光吸收率后调用；它逐层读取 rm(nlayer,nesptherm) 数密度，计算光解/电离率、反应速率、寿命和平衡标志，再用隐式格式和光化学平衡近似更新 lswitch:nlayer 的化学物种。

同一模块还暴露 phdisrate，供 photochemistry_mod.F90 在离子光化学路径中直接把 jthermcalc_e107 的 jfotsout 转成 param_v4_h::jion，再映射到 v_phot 的离子反应速率。

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

• 大量读写 param_v4_h 和 iono_h 的 module 变量；这些变量是热层化学各子例程之间的主要状态传递机制。
• phdisrate 在夜间条件 zenit > 140. 下清零当前层 jion/jdistot/jdistot_b 后立即返回。
• getch 每层重置 ch*，rcoef(1..33) 用中性温度 tcte，多数离子/电子反应 rcoef(34..61) 用按高度插值的 t_elect；ch74/ch76 仍用 tcte。
• implicito、cociente 等辅助例程遇到负浓度、负源汇或未定义比值时直接 write(*,*) 并 stop，不是可恢复错误。
• prodsandlosses 声明了 logical,save :: firstcall=.true. 并 THREADPRIVATE，但相关 if(firstcall) 块被注释，实际每次调用都会清零矩阵。
• 离子化学开启时，主例程用离子电荷和重新计算电子数密度，而不是保留 implicito 给出的 electxoutput_timemarching。

核心逻辑

1. 主例程把外部 timestep 转为 real*8，从顶层 nlayer 向下循环到 lswitch。
2. 按硬编码物种槽位把 rm(i,*) 拆成局部数密度；chemthermod>=1 加 O3，>=2 加 N/N2/NO/N2D/NO2，==3 加 10 个离子和电子。
3. 调 phdisrate：从 jfotsout(inter,species,i)、fluxtop(inter) 和分支效率计算 jdistot/jdistot_b/jion，再复制为双精度局部数组。
4. 调 getch：用 rcoef 和温度生成 ch2..ch87。
5. 调 lifetimes 与 timemarching：计算 tau*、tmin*、最短寿命物种、平衡物种数，并得到内部 deltat。当 H+/(O+H+H2) 过高时，fmargin1 从 5 增大到最高 50，用于稳定 H/O 离子交换。
6. 把外部时间步分成 numpasos=int(timefrac_sec/deltat) 个内部步，并用 alfa_laststep 处理最后一个分数步。
7. 每个内部步先调 prodsandlosses 填充源汇，再对非平衡物种调用 implicito，对平衡物种调用 EF_oscilacion。
8. 离子化学开启时，用正离子总和强制电子数密度满足整体电中性。
9. 最后一个内部步把增量乘 alfa_laststep 得到 *xnew，所有负值抬到 1.e-30。
10. 把更新后的 *xnew 写回 rm(i,*)，供 chemthermos 转回 mole fraction。

伪代码

paramfoto_compact(args):
  for i = nlayer down to lswitch:
    load rm(i, species slots) into local double variables
    call phdisrate(...) to fill jdistot/jdistot_b/jion for layer i
    copy photo rates to double local arrays
    call getch(...) to fill ch2..ch87
    call lifetimes(...) to compute tau/tmin and initial *_eq flags
    choose fmargin1, then call timemarching(...) to get deltat

    for each internal paso:
      carry previous outputs into inputs
      call prodsandlosses(...) to build P/L matrices
      use implicito for all species not in photochemical equilibrium
      call EF_oscilacion for species marked *_eq='Y'
      if ion chemistry: replace electron output by positive-ion sum
      on last paso, apply alfa_laststep and floor at 1.e-30

    write final values back to rm(i, species slots)

参与的主题流程

写法特点

• 固定格式 .F 文件，模块内包含 10 多个内部例程和多段长源汇表。
• 物种槽位 i_co2..i_elec 在本文件内硬编码，源码注释要求与 chemthermos.F90、jthermcalc*、euvheat.F、hrtherm.F 同步。
• chemthermod 不是简单开关，而是同时控制输入物种、光化学通道、反应网络、寿命计算和平衡修正。
• 平衡标志用字符 'Y'/'N'，在 lifetimes 中初设，在 timemarching 中按寿命条件撤销，在主积分中决定走 implicito 还是 EF_oscilacion。
• 二次电离函数以高度多项式返回百分比式增强，超过 100 或小于 0 时置 0；低于约 80 km 多数函数也置 0。

复现要点

• 复现前必须先初始化 param_v4_h 和 iono_h 数组；当前热层路径由 physiq_mod 的 callthermos 初始化分支分配并调用 param_read_e107。
• rm 的列顺序必须严格匹配本文件第 111-138 行和 chemthermos 的 i_co2..i_elec。
• jthermcalc_e107 必须先填好 jfotsout，否则 phdisrate 的 jdistot/jion 没有有效来源。
• chemthermos_reactionrates.def 必须由 chemthermos_readini 读入到 rcoef；不要用外部库的更新反应常数替换，除非明确要改变历史结果。
• 夜间 zenit > 140. 时光解和电离项会被清零，但热化学反应仍可通过 getch/prodsandlosses 参与。
• 数值复现必须保留 1.d-30/1.e-30 浓度和寿命保护，以及直接 stop 的错误行为。

待确认

• phdisrate 第 1260 行把 O2 第二电离通道累加到 jion(2,1,2)，同段其他通道都使用当前层 i。这可能是层索引笔误；复现时应按源码字面行为执行，物理意图需开发者确认。
• getch 中电子温度使用 Hanson et al. 1977 近似，iono_h::temp_elect 也存在电子温度函数；本文件没有调用后者，两套电子温度路径的设计分工需确认。
• prodsandlosses 中 firstcall/THREADPRIVATE 保留但初始化门控被注释，是否为历史优化遗留待确认。
• photochemistry_mod 已核验：photochemistry 在线离子路径调用 phdisrate(ig,nlayer,2,sza,ilay) 并把 jion 映射为 18 个 photoionization 通道；固定 chemthermod=2 是否覆盖全部所需离子通道仍待开发者确认。

相关页面

• chemthermos：主调用方，构造 rm 并调用本模块做热层化学积分。
• param_read_e107：载入 phdisrate 使用的 E107 光化学表和分支比。
• chemthermos_readini：读取 getch 消费的 61 个 rcoef。
• reaction-rates：rcoef 与 ch2..ch87 对照表。
• iono_h：保存本模块使用的 *_eq 标志和 tau* 寿命数组。
• param_v4_h：共享热层参数、光吸收/电离缓存、反应速率和产损数组。
• photochemistry_mod：说明 phdisrate 在统一光化学路径中的使用方式。
• jthermcalc_e107_mod.F：上游 jfotsout 的生成逻辑。