callradite_mod.F

路径

LMDZ.MARS\libf\phymars\callradite_mod.F

所属目录 / 模块

libf/phymars
MODULE callradite_mod

文件定位

callradite_mod.F 是 phymars 辐射传输的主调度入口。它不直接实现长波或短波辐射主算法，而是在每个辐射时间步完成以下工作：识别当前配置启用的气溶胶 scatterer，首次调用时加载光学查找表；把 tracer/微物理状态转成辐射需要的粒径和三维光学参数；计算每层气溶胶光学厚度；按 ndomainsz 把水平网格切成子域；在 LTE 有效层 nlaylte 内调用 lwmain 和 swmain；最后把长波/短波加热率和地表/顶层通量写回全局输出数组。

它的上游主要是 physiq_mod.F 的 callrad 分支；rocketduststorm_mod.F90 和 topmons_mod.F90 也会进行二次辐射调用，用来估算 stormdust 或 topdust 带来的额外辐射加热。它的下游是 updatereffrad、aeroptproperties、aeropacity、lwmain 和 swmain。

定义的符号

本文件没有 common block，没有其他 SAVE 局部状态。

依赖的模块

调用的关键例程

直接调用方

输入

输出

共享状态与副作用

• 首次调用会写 dimradmars_mod 中的 iaer_dust_conrath、iaer_dust_doubleq、iaer_dust_submicron、iaer_h2o_ice、iaer_co2_ice、iaer_stormdust_doubleq、iaer_topdust_doubleq。这些索引由 name_iaer 和开关组合决定。
• 首次调用会写 yomlw_h::gcp = g/cpp，供长波/短波链使用。
• 首次调用会调用 suaer，后者读取外部光学表并写入 dimradmars_mod 的共享查找表。
• 每次调用都会通过 updatereffrad 写入粒径输出数组，并可能更新 dimradmars_mod::nueffdust。
• 每次调用都会通过 aeropacity 更新 tauscaling、dust_rad_adjust、IRtoVIScoef、tau、aerosol、dsodust/dsords/dsotop 等输出。
• 本文件自身没有 write_output 调用；尾部调试打印全部被注释。

初始化 / firstcall / restart / diagnostic 行为

1. 行 301-304 每次调用都重新计算 ndomain=(ngrid-1)/ndomainsz+1。注释说明该逻辑被移出 firstcall，用于支持 nesting 或演化网格。
2. 行 306-413 只在 firstcall 执行：打印子域切分信息；按物理开关和 name_iaer 匹配 scatterer；若 aer_count != naerkind，打印已识别项并 abort_physic；成功后写 gcp 并调用 SUAER。
3. 本文件不读写 restart；它依赖上游在辐射调用前准备 nlaylte。physiq_mod.F 在每 sol 开头调用 nlthermeq 更新 nlaylte。
4. 尾部行 597-613 保留了调试打印模板，可打印辐射输入和每层 dtsw/dtlw，但当前全部注释，不产生运行时诊断输出。

核心流程

1. Scatterer 识别和光学表加载

首次调用时，源码先把所有 iaer_* 置零，再按开关识别应出现的气溶胶名称：

• (.NOT.active) 要求 dust_conrath。
• doubleq.AND.active 要求 dust_doubleq。
• submicron.AND.active 要求 dust_submicron。
• water.AND.activice 要求 h2o_ice。
• co2clouds.AND.activeco2ice 要求 co2_ice。
• rdstorm.AND.active 要求 stormdust_doubleq。
• topflows.AND.active 要求 topdust_doubleq。

每匹配一个名称就写对应 iaer_* 索引并递增 aer_count。aer_count 必须等于 naerkind，否则说明 callphys.def 中的气溶胶数量、名称或开关不一致，程序终止。通过校验后，SUAER 读取外部光学属性表。

2. 气溶胶粒径、光学属性和光学厚度准备

每次调用都按固定顺序执行三段：

1. updatereffrad：从 pq、tauscaling、已有 tau、pplay 和 pt 推导 rdust/rice/riceco2/...，并填 reffrad/nueffrad。
2. aeroptproperties：用 suaer 预加载的离散光学表和 reffrad/nueffrad，生成每个格点/层/气溶胶的 VIS 与 IR 散射参数。
3. aeropacity：计算 aerosol、tau、taucloudtes、dsodust/dsords/dsotop，并处理场景尘埃、stormdust/topdust、clear-sky 等开关。

这三段的顺序不能调换：aeroptproperties 依赖粒径，aeropacity 依赖参考波长的 QREF* 和粒径。

3. 子域切分

行 445-451 按 ndomainsz 切分水平网格。每个子域起点 ig0=(jd-1)*ndomainsz，最后一个子域大小 nd=ngrid-ig0，其余为 ndomainsz。这是为高分辨率/LES 节省辐射工作数组内存。

子域内行 456-507 复制 nlaylte 层以内的 VIS/IR 光学参数、压力、温度、气溶胶光学厚度和反照率。nlaylte 以上不传给 lwmain/swmain。

4. 层界温度构造

行 509-528 构造 zztlev：

• 第一个界面用第一、第二层温度按压力外推到地表上方界面；
• 中间界面用相邻层温度平均；
• 顶部界面取第 nlaylte 层温度。

同时 zdt0=tsurf-zztlev(:,1) 作为地表和最低层界面温度差传给长波链。

5. 长波和短波调用

行 533-539 调 lwmain。输入包括子域层厚 zdp、地表温度差 zdt0、发射率、界面压力/温度、层温、气溶胶光学厚度、IR 光学参数和 co2ice。输出 zzdtlw、fluxsurf_lw、fluxtop_lw 和 znetrad。

行 543-551 调 swmain。先用 cste_mars=flux_1AU/(dist_sol*dist_sol) 计算当前日火距离下的太阳常数，再传入 albedo、mu0、层厚、界面压力、aerosol、fract 和 VIS 光学参数，输出 zzdtsw 与短波上下行通量。

6. 合并输出和 LTE 层之外置零

行 556-584 把子域 zzdtlw/zzdtsw 和短波 flux 拷回全局数组。fluxsurf_lw/fluxtop_lw 已由 lwmain 直接写到全局切片 ig0+1 起始位置。行 588-596 对 nlaylte+1:nlayer 的 dtlw/dtsw 置零，符合文件头注释“只在 LTE 有效层计算辐射倾向”的设计。

伪代码

callradite:
  ndomain = ceil(ngrid / ndomainsz)

  if firstcall:
    reset iaer_* indices
    for each enabled physical aerosol branch:
      find matching name_iaer entry and set iaer_* index
    if aer_count != naerkind:
      abort with scatterer consistency error
    gcp = g / cpp
    call suaer to load optical lookup tables
    firstcall = false

  call updatereffrad to compute reffrad/nueffrad
  call aeroptproperties to compute VIS/IR 3D optical properties
  call aeropacity to compute aerosol optical depth and dust/cloud diagnostics

  for each horizontal subdomain jd:
    copy nlaylte layers of optical fields, pressure, temperature, aerosol, albedo
    build interface temperatures zztlev and surface temperature jump zdt0
    call lwmain for thermal IR heating and LW fluxes
    cste_mars = flux_1AU / dist_sol^2
    call swmain for solar heating and SW fluxes
    copy subdomain heating rates and fluxes back to global outputs

  if nlayer > nlaylte:
    dtlw(:, nlaylte+1:nlayer) = 0
    dtsw(:, nlaylte+1:nlayer) = 0

参与的主题流程

写法特点

• 固定格式 Fortran 模块；主例程是调度器，真正长波/短波和气溶胶公式分散在被调用例程中。
• firstcall 为 SAVE THREADPRIVATE，但它只保护一次性 scatterer 识别和光学表加载；每步的 ndomain 会重新计算。
• 多次辐射调用通过 clearatm/nohmons/clearsky 这三个逻辑开关复用同一接口，分别排除 stormdust、topdust 或云。
• 只复制 nlaylte 层到子域工作数组，最后显式把更高层加热率置零；NLTE/NIR CO2 处理在 physiq 的其他路径中完成，不在本文件内。
• gVIS3d 在调用 aeroptproperties 前被清零，子域 zgVIS3d/zflux* 也会清零，避免沿用上次调用工作数组。

复现要点

• name_iaer、naerkind 和物理开关必须一致；否则首次调用会中止。新增气溶胶时必须同步 conf_phys/callphys.def 名称、本文件识别分支、suaer 光学表和 aeropacity 光学厚度公式。
• 必须保持 SUAER -> updatereffrad -> aeroptproperties -> aeropacity -> lwmain/swmain 的数据顺序。
• nlaylte 由 physiq 侧调用 nlthermeq 更新；本文件只读取它。复现高层加热率时不要把 callradite 的零值误解成 NLTE 冷却。
• CLFvarying 的 clear/cloudy 混合不在本文件内完成，而在 physiq 调两次 callradite 后按 totcloudfrac 混合。
• fluxsurf_lw 和 fluxtop_lw 由 lwmain 直接写入传入的全局切片；短波通量则先存于子域 zfluxd_sw/zfluxu_sw，再由本文件拷回。
• dist_sol 必须是 AU；短波太阳常数按 flux_1AU/(dist_sol^2) 缩放。

待确认

• 首次调用的 scatterer 校验只比较 aer_count 与 naerkind，且打印已识别名称时循环到 aer_count 而不是遍历实际匹配到的 iaer_* 索引；若名称顺序异常但数量相等，是否会被完全捕获需结合 conf_phys 初始化确认。
• igout 和 daysec 只出现在注释掉的调试输出中；是否仍需要保留在接口中待确认。
• 文件头仍提到 SULW，但源码行 410 注释说明该步骤已移到 ini_yomlw_h；长波初始化生命周期以 yomlw_h 页面为准。
• nflev 作为子域数组维度传给 lwmain/swmain，实际循环限制使用 nlaylte；nflev 与 nlaylte 的约束关系由 dimradmars_mod/nlthermeq 保证，本文未进一步验证。

相关页面

• radiation - 辐射主题流程。
• physiq_mod - 主调用方和 clear/cloudy 混合位置。
• lwmain_mod.F - 长波主程序：Planck/吸收量/交换率/通量/半隐式冷却率调度。
• swmain_mod.F - 短波主程序：两太阳谱段、Fouquart/Toon 分支、通量缩放和短波加热率。
• updatereffrad_mod - 粒径/方差更新。
• aeroptproperties - 三维散射参数计算。
• aeropacity_mod - 气溶胶光学厚度和尘埃缩放。
• suaer - 光学查找表加载。
• dimradmars_mod - 辐射维度和 scatterer 共享状态。
• yomlw_h - gcp、nlaylte 和长波共享表。
• nlthermeq - 更新 LTE 计算层数。
• rocketduststorm_mod, topmons_mod