interp_vert.F

路径

LMDZ.MARS\libf\dynphy_lonlat\phymars\interp_vert.F

所属目录/模块

libf/dynphy_lonlat/phymars

文件定位

垂直坐标线性插值例程。将 GCM 变量从旧垂直离散化方案插值到新的垂直离散化方案，用于混合 σ-p 坐标系下的垂直重映射。典型应用场景包括读取初始场（restart）时，初始文件的垂直层与当前模拟的垂直层不一致，需要插值对齐。

作者：Francois Forget（1995-01），混合坐标修改（2003-03）。

定义的符号

符号	类型	行号	作用
`interp_vert`	subroutine	2	将变量从旧垂直网格线性插值到新垂直网格

依赖的模块

无 USE 依赖，无 INCLUDE。该例程为完全自包含的纯数值计算过程。

调用的关键例程

无外部调用。

输入

输入	来源	类型/维度	单位	含义
`lmo`	参数	`integer`	—	旧垂直层数
`lmn`	参数	`integer`	—	新垂直层数
`apso`	参数	`real(lmo)`	Pa	旧混合坐标 midlayer a 系数
`bpso`	参数	`real(lmo)`	—	旧混合坐标 midlayer b 系数
`aps`	参数	`real(lmn)`	Pa	新混合坐标 midlayer a 系数
`bps`	参数	`real(lmn)`	—	新混合坐标 midlayer b 系数
`ps`	参数	`real(Nhoriz)`	Pa	各水平点地表气压
`Nhoriz`	参数	`integer`	—	水平点数
`varo`	参数	`real(Nhoriz, lmo)`	任意	旧垂直网格上的变量值

输出

输出	去向	类型/维度	单位	含义
`varn`	参数	`real(Nhoriz, lmn)`	同 `varo`	新垂直网格上插值后的变量值

共享状态与副作用

无。不读写任何模块变量或公共块，不产生文件 I/O 或诊断输出。

核心逻辑

对每个水平点 n = 1..Nhoriz：
计算新网格的 sigma 坐标：sigmn(ln) = aps(ln)/ps(n) + bps(ln)，ln = 1..lmn
计算旧网格的 sigma 坐标：sigmo(lo) = apso(lo)/ps(n) + bpso(lo)，lo = 1..lmo
对每个新层 ln = 1..lmn，按 sigma 值在旧网格中定位并插值：
- 若 sigmn(ln) >= sigmo(1)（新层在旧网格顶部之上）：取旧顶层值 varo(n,1)
- 若 sigmn(ln) <= sigmo(lmo)（新层在旧网格底部之下）：取旧底层值 varo(n,lmo)
- 否则：找到 lo 使得 sigmo(lo+1) < sigmn(ln) <= sigmo(lo)，线性插值 varn = varo(lo) + coef * (varo(lo+1) - varo(lo))，其中 coef = (sigmn(ln) - sigmo(lo)) / (sigmo(lo+1) - sigmo(lo))

伪代码

FOR each horizontal point n:
    Compute sigma levels for new grid: sigmn(ln) = aps(ln)/ps(n) + bps(ln)
    Compute sigma levels for old grid: sigmo(lo) = apso(lo)/ps(n) + bpso(lo)
    FOR each new level ln:
        IF new sigma >= top of old grid:
            varn(n,ln) = varo(n, 1)         -- 顶层外推
        ELSE IF new sigma <= bottom of old grid:
            varn(n,ln) = varo(n, lmo)       -- 底层外推
        ELSE:
            Find bracketing old levels lo, lo+1
            coef = linear interpolation weight
            varn(n,ln) = varo(n,lo) + coef * (varo(n,lo+1) - varo(n,lo))

调用方

调用方	所在文件	行号	用途
`lect_start_archive`	`lect_start_archive.F`	1528, 1538, 1550, 1558, 1598	读取初始场时，将 restart 文件中的变量（温度、风场、示踪剂等）从旧垂直层插值到当前模拟垂直层

参与的主题流程

主题	参与方式
初始场读取与垂直重映射	在 `lect_start_archive` 中将 restart 文件的垂直层插值到当前模拟层

写法特点

固定格式 Fortran 77（.F 后缀但使用 f77 风格缩进与列格式）
无模块依赖：完全自包含，不 USE 任何模块，不使用 INCLUDE
坐标约定：sigma 坐标从上到下递增（sigmo(1) 为顶，sigmo(lmo) 为底），与混合坐标 sigma = a/p_s + b 的定义一致
边界处理：超出旧网格范围时取最近层值（零阶外推），不做外推
混合坐标：同时使用 ap（气压部分）和 bp（sigma 部分），通过地表气压 ps 计算实际 sigma 值

复现要点

输入 apso/bpso 和 aps/bps 分别为旧/新网格的混合坐标系数
需要地表气压 ps 将混合坐标转换为 sigma 坐标
插值为逐点独立（水平方向无耦合），可并行化

待确认

当前实现为逐列串行循环，是否存在 OpenMP 并行版本待确认