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dustdevil.F90

路径

LMDZ.MARS\libf\phymars\dustdevil.F90

所属目录/模块

libf\phymars

文件定位

该文件共 227 行，定义尘卷风（dust devil）起尘参数化模块 dustdevil_mod（行 1），导出例程 dustdevil，由 physiq（行 2110，callddevil 开启时）调用。它基于 Renno et al. 1998（JAS 55, 3244-3252）热力学理论估算尘卷风活动强度，把可用于驱动尘卷风的能量通量 (1-b)*Fs 转化为地表起尘通量 pdqs_dev 与大气内尘埃注入 tendency pdqdev（注入到边界层顶以下各层）。

其中 Fs 是地表感热通量 rho*cpp*Cd*wind*(Tsurf-T(1))，b 是与边界层顶/地表气压相关的热力学效率因子。模块保存方案号 dust_devil_scheme（默认 0，旧 Renno 方案；当前仅支持 0）。

定义的符号

符号 类型 行号 作用
dustdevil_mod module 1 尘卷风起尘参数化模块
dust_devil_scheme integer SAVE 5 尘卷风方案号，默认 0（Renno 1998），当前仅支持 0
dustdevil subroutine 12 估算尘卷风活动强度并算地表起尘通量与大气注入 tendency

依赖的模块

use 模块 only 列表 用途 待确认
tracer_mod alpha_devil 各 tracer 尘卷风起尘效率系数 否
surfdat_h z0_default 默认地表粗糙度，用于估算拖曳系数 Cd 否
comcstfi_h g, cpp, r, rcp 重力、定压比热、气体常数、R/cp（感热通量、密度、b 因子） 否
mod_phys_lmdz_para（非 MESOSCALE） is_master, bcast firstcall 仅 master 算 Cd/z1 后广播 否
ioipsl_getin_p_mod getin_p firstcall 读 dust_devil_scheme 否

调用的关键例程

被调用例程 所在模块/文件 调用位置 作用
getin_p ioipsl_getin_p_mod 行 90 读 dust_devil_scheme 配置键
abort_physic （phymars 公共中止例程） 行 96 dust_devil_scheme/=0 时致命中止
bcast mod_phys_lmdz_para 行 117-118（非 MESOSCALE） 把 master 算的 z1/Cd 广播到所有进程

输入

输入 来源 类型/维度 单位 含义
ngrid, nlay, nq physiq integer scalar - 格点数、层数、tracer 数
pplev(ngrid,nlay+1) physiq（zplev） real Pa 层界面气压
pu/pv(ngrid,nlay) physiq real m/s 风分量（方案 0 实际用固定 wind=15）
pt(ngrid,nlay) physiq real K 温度（密度、感热通量）
ptsurf(ngrid) physiq（tsurf） real K 地表温度
pq2(ngrid,nlay+1) physiq（q2） real m²/s² TKE，用于定边界层顶 ltop
alpha_devil(nq) tracer_mod real - 各 tracer 尘卷风起尘效率

输出

输出 去向 类型/维度 单位 含义
pdqs_dev(ngrid,nq) physiq→dqsurf（坡度投影） real (OUT) kg/m²/s 地表起尘通量（起尘时<0）
pdqdev(ngrid,nlay,nq) physiq→pdq tendency real (OUT) kg/kg/s 大气内尘埃注入 tendency（边界层顶以下）

共享状态与副作用

核心逻辑

  1. firstcall（行 86-123）：读方案号（非 0 中止）；master 算 Cd 并广播；打印参数。
  2. 清零输出（行 128-135）。
  3. 方案 0（行 137-223）：
    • 定边界层顶（行 141-164）：逐格点从第 2 层向上找首个 pq2<q2top 的层作为 ltop。
    • 尘卷风强度（行 176-200）：取固定 wind=15 m/s（版本 2）；密度 rho=pplev(ig,1)/(R*pt(ig,1))；感热通量 Fs=rho*cpp*Cd*wind*(ptsurf(ig)-pt(ig,1))；效率因子 b=[ps^(rcp+1)-ptop^(rcp+1)]/[(ps-ptop)(rcp+1)ps^rcp]；活动强度 devila=max(0,(1-b)*Fs-seuil)。
    • 地表起尘（行 204-208）：pdqs_dev(:,iq)=-alpha_devil(iq)*devila。
    • 大气注入（行 212-221）：若 devila/=0，对 l=1..ltop 均匀注入 pdqdev=-pdqs_dev*g/(ps-ptop)。

伪代码

if firstcall:
    getin dust_devil_scheme (default 0); if !=0 abort_physic
    (master) z1 = -0.5*13e3*log(pplev(1,2)/pplev(1,1)); Cd=(0.4/log(z1/z0_default))^2
    bcast(z1, Cd); print q2top, seuil

pdqdev = 0 ; pdqs_dev = 0

if dust_devil_scheme == 0:
    for ig: ltop(ig) = 第一个 pq2<q2top 的层 (从 l=2 向上)
    for ig:
        wind = 15.
        rho = pplev(ig,1)/(R*pt(ig,1))
        Fs  = rho*cpp*Cd*wind*(ptsurf-pt(ig,1))
        b   = [ps^(rcp+1)-ptop^(rcp+1)] / [(ps-ptop)(rcp+1)ps^rcp]
        devila(ig) = max(0, (1-b)*Fs - seuil)
    for iq, ig: pdqs_dev(ig,iq) = -alpha_devil(iq)*devila(ig)
    for iq, ig:
        if devila(ig) != 0:
            for l in 1..ltop(ig): pdqdev = -pdqs_dev*g/(ps-ptop)

参与的主题流程

主题 参与方式
尘埃循环 实现尘卷风起尘源项（Renno 1998 热力学理论）：把地表感热通量转为地表起尘通量与边界层内尘埃注入 tendency，与风应力起尘并列为尘埃源端
边界层 用 TKE pq2 定边界层顶 ltop，尘埃注入到该高度以下

写法特点

复现要点

待确认

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