surfacearea.F

路径

LMDZ.MARS\libf\aeronomars\surfacearea.F

所属目录/模块

libf/aeronomars

文件定位

气溶胶（尘埃与水冰）表面积计算模块；为光化学异相反应提供单位体积可用的尘/冰颗粒总表面积 surfdust/surfice（m2/m3）。由 physiq_mod 在 photochem 路径中、calchim 之前调用。

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

• factor_dust, factor_ice（real, save）：对数正态分布质量平均半径到总表面积的换算因子，firstcall 时由 varian/nuice_sed 计算后保持不变。
• firstcall（logical, save）：初始化标志，firstcall 后置 .false.。
• 以上三个变量标记为 $OMP THREADPRIVATE。
• 诊断输出：wstats 累加 surfdust/surfice（单位 micron2/cm3），write_output 可选写出。

核心逻辑

1. firstcall 初始化（行 69-77）：由 tracer_mod::varian 和 nuice_sed 计算对数正态分布表面积放大因子 factor_dust = exp(0.5*(log(varian))^2) 和 factor_ice = exp(0.5*(log(sqrt(log(nuice_sed+1))))^2)，打印后关闭标志。

2. 微物理分支（microphys = .true.，行 79-97）：逐格逐层按理想气体求密度 rho = pplay/(rnew*pt)，用 pq + pdq*ptimestep 更新尘/冰数密度，乘 factor * rho * tauscaling * 4πr² 得表面积。

3. 简单云分支（microphys = .false.，行 98-120）：用经验廓线 rdusttyp = max(0.8μm * exp(-z/18km), 1nm) 和 ccntyp = 1.3e8 * max(tau1, 0.001)/0.1 * exp(-z/10km) / ccn_factor 估算典型半径和数密度；按 rice > rdust 判定冰/尘主导，分别给出 surfdust 和 surfice（冰不存在时置零）。

4. 诊断输出（行 122-132）：乘 1e6 换算为 micron2/cm3，调 wstats 和 write_output。

伪代码

if firstcall:
    sigma_dust = varian
    sigma_ice  = sqrt(log(nuice_sed + 1))
    factor_dust = exp(0.5 * log(sigma_dust)^2)
    factor_ice  = exp(0.5 * log(sigma_ice)^2)
    firstcall = false

if microphys:
    for each (ig, l):
        rho = pplay / (rnew * pt)
        dustnd = pq(dust_number) + pdq(dust_number) * dt
        icend  = pq(ccn_number)  + pdq(ccn_number)  * dt
        surfdust = factor_dust * dustnd * rho * tauscaling * 4π * rdust²
        surfice  = factor_ice  * icend  * rho * tauscaling * 4π * rice²
else:
    for each (ig, l):
        rho = pplay / (rnew * pt)
        rdusttyp = max(0.8e-6 * exp(-z/18000), 1e-9)
        ccntyp   = 1.3e8 * max(tau(:,1), 0.001) / 0.1 * exp(-z/10000) / ccn_factor
        if rice > rdust:
            surfdust = factor_dust * ccntyp * (ccn_factor - 1) * rho * 4π * rdusttyp²
            surfice  = factor_ice  * ccntyp * rho * 4π * rice²
        else:
            surfdust = factor_dust * ccntyp * ccn_factor * rho * 4π * rdusttyp²
            surfice  = 0

wstats("surfdust", surfdust * 1e6)
wstats("surfice",  surfice  * 1e6)
write_output("surfdust", surfdust * 1e6)
write_output("surfice",  surfice  * 1e6)

参与的主题流程

写法特点

• 固定格式 Fortran（.F），续行符 $。
• factor_dust/factor_ice/firstcall 标记 save + THREADPRIVATE。
• 对数正态分布表面积放大因子来自 exp(0.5 * σ²)，其中 σ = log(geometric_std)。
• 简单云分支经验常数：0.8 μm 地表尘半径、18 km 标高、1.3e8 #/kg 地表 CCN、10 km 标高。
• surfdust/surfice 内部单位 m2/m3，诊断乘 1e6 换算为 micron2/cm3。
• rice > rdust 判定用于区分冰主导与尘主导层，冰不存在时 surfice 置零。

复现要点

• 需要 tracer_mod 中 igcm_dust_number、igcm_ccn_number、nuice_sed、varian、ccn_factor 已正确初始化。
• conc_mod::rnew 需为各层有效气体常数。
• callkeys_mod::microphys 决定微物理/简单云分支。
• 输入 rdust/rice/tau/tauscaling 由 physiq_mod 在调用前准备。
• calchim 内部把 surfdust/surfice（m2/m3）乘 1e-2 转为 cm2/cm3 后供异相反应使用。
• firstcall 因子只依赖 varian 和 nuice_sed，不依赖格点或层。

待确认

• tauscaling 的物理含义和来源（可能由 aeropacity_mod 或 suaer 提供）。
• 简单云分支经验常数 0.8 μm / 18 km / 1.3e8 / 10 km 的文献出处。
• ccn_factor 的具体取值范围和对简单云分支的影响。

相关页面

• calchim_mod：消费 surfdust/surfice 的光化学调度模块
• photochemistry_mod：异相反应使用尘/冰表面积
• physiq_mod：调用方，photochem 路径中先调 surfacearea 再调 calchim
• tracer_mod：提供 igcm_dust_number/igcm_ccn_number/varian/ccn_factor/nuice_sed
• conc_mod：提供 rnew 气体常数
• aeronomars/index