phymars 核心物理模块目录

路径

LMDZ.MARS\libf\phymars

职责

phymars 是 LMDZ.MARS 的核心物理模块目录，包含火星大气物理过程的全部实现。该目录主要负责 80km 以下大气层的物理计算，包括辐射、尘埃、水循环、CO2 循环、云、边界层、对流、重力波等过程。

目录内容

共 164 个文件（含子目录 dyn1d），按功能分类如下：

1. 主入口

文件	作用
`physiq_mod.F`	物理主入口，包含 `physiq()` 子例程；按源码顺序调度 firstcall/restart、辐射、尘埃、PBL、热羽流、对流、水循环、CO2 循环、化学、热层、地表/土壤和诊断输出

2. 辐射过程

文件	作用
`callradite_mod.F`	辐射调用入口，调度气溶胶光学准备、长波 `lwmain` 和短波 `swmain`
`lwmain_mod.F`	长波 LTE 辐射主程序；组织 Planck 预处理、CO2/aerosol 吸收量、交换率缓存刷新、通量汇总和半隐式冷却率修正
`swmain_mod.F`	短波辐射主程序；按 `swrtype` 调度 Fouquart/Toon 两太阳谱段 solver，缩放上下行短波通量并计算 `dtsw`
`lwxb.F`, `lwxd.F`, `lwxn.F`	长波辐射计算；`lwxb.F` 负责地面/空间边界交换系数，`lwxd.F` 负责远距离层间交换系数，`lwxn.F` 负责相邻层子层积分交换系数
`lwb.F`, `lwdiff.F`, `lwflux.F`, `lwi.F`, `lwtt.F`, `lwu.F`, `yomlw_h.F90`	长波辐射辅助；Planck 函数、散射通量、通量/冷却率、半隐式修正、透过率近似、吸收量准备和长波共享缓存
`swr_toon.F`, `swr_fouquart.F`, `swrayleigh.F`	短波辐射算法；Fouquart 连续散射、Toon two-stream 和 Rayleigh 柱光学厚度辅助
`aeropacity_mod.F`	气溶胶不透明度；逐种气溶胶逐层算可见光光学厚度
`aeroptproperties.F`	气溶胶光学属性；尺寸分布积分得散射参数
`blendrad.F`	LTE/NLTE 辐射加热率混合
`updatereffrad_mod.F`	更新辐射使用的粒子有效半径和有效方差
`aerave.F`, `suaer.F90`	气溶胶光学属性带平均和查找表加载

3. 尘埃循环

文件	作用
`dust_param_mod.F90`	尘埃循环配置开关与缩放状态枢纽
`dust_scaling_mod.F90`	尘埃光学厚度缩放（三模式）
`dust_windstress_lift.F90`	风应力起尘源项（White 1979）
`dustdevil.F90`	尘卷风起尘参数化（Renno 1998）
`dust_coagulation_mod.F90`	尘埃凝并
`compute_dtau_mod.F90`	尘埃地表注入调度（dtau→dustliftday）
`read_dust_scenario_mod.F90`	读取并插值 `dust_*.nc` 尘埃场景，向地表注入和辐射缩放路径提供目标柱厚度
`dust_rad_adjust_mod.F90`	尘埃辐射调整（GCM v6 仅辐射缩放）
`rocketduststorm_mod.F90`	突发沙尘暴
`calcstormfract_mod.F90`	沙尘暴分数计算
`newsedim_mod.F`	沉降计算

4. 水循环

文件	作用
`watercloud_mod.F`	水云计算
`watersat_mod.F90`	水饱和计算
`tcondwater.F90`	水凝结
`waterice_tifeedback_mod.F90`	水冰热惯量反馈
`improvedclouds_mod.F90`	改进的云参数化
`simpleclouds_mod.F`	简化云方案
`sig_h2o.F90`	水冰-空气表面张力线性公式；供 `nuclea` 的临界胚胎半径/能垒和 `improvedclouds` 的 Kelvin 饱和修正使用。
`hdo_surfex_mod.F`	HDO 地表-大气通量计算；基于 H2O 通量和同位素分馏，由 `vdifc` 调用

5. CO2 循环

文件	作用
`co2condens_mod.F`	CO2 凝结
`co2sat.F`	CO2 饱和
`co2snow.F`	CO2 雪
`co2cloud_mod.F90`	CO2 云
`improvedco2clouds_mod.F90`	改进的 CO2 云
`tcondco2.F90`	CO2 凝结温度
`nucleaco2.F90`	CO2 成核
`massflowrateco2.F90`	CO2 质量流率
`density_co2_ice.F90`	CO2 冰密度

6. 边界层与湍流

文件	作用
`turb_mod.F90`	湍流/PBL 共享状态模块；保存 `q2`、`ustar/wstar/tstar`、热羽流诊断和感热通量缓存，并提供分配/释放入口
`yamada4.F`	Mars 版 Mellor-Yamada 湍流闭合；更新 `q2/km/kn/kq` 供 `vdifc` 垂直扩散使用
`lmdz_atke_exchange_coeff.F90`	ATKE 1.5 阶湍流闭合方案核心模块；计算湍流 Km/Kh 交换系数和 TKE 演化，支持多种数值格式和混合长度参数化
`lmdz_atke_turbulence_ini.F90`	ATKE 湍流初始化与参数共享模块；读取 `iflag_atke`、`atke_*` 配置键，派生稳定度函数常数、混合长度和 TKE 扩散参数
`lmdz_call_atke.F90`	ATKE 调用接口模块；协调核心计算和可选的显式风切变预测，支持前向-后向时间步进
`vdifc_mod.F`, `vdif_kc.F`, `vdif_cd_mod.F90`	垂直扩散主流程、K 系数和地表层交换系数；`vdifc_mod.F` 还耦合尘埃注入、H2O/HDO 地表交换与坡面/地下冰通量

7. 重力波拖曳

文件	作用
`sugwd.F90`	地形重力波参数初始化层；根据半层 sigma 坐标写入 `yoegwd_h` 调参常量和安全阈值
`yoegwd_h.F90`	地形重力波拖曳共享调参状态；保存 `SUGWD` 写入的 drag 系数、Richardson 阈值、安全下限和 `NKTOPG`
`gwprofil_mod.F90`	地形重力波 stress profile 计算；按临界层、波破碎判据和阻塞层插值重算 `ZTAU`
`gwstress_mod.F90`	重力波应力
`orodrag_mod.F90`	地形重力波 / 次网格地形拖曳核心；调用 `OROSETUP`、`GWSTRESS`、`GWPROFIL` 得到 `ZTAU`，再计算 U/V/T tendency
`orosetup.F90`	地形重力波拖曳预处理；计算 `IKNU/IKENVH/IKCRITH/ICRIT` 层索引、低层风、`BV/ZRHO/ZVPH`、地形方向组合量和阻塞层 `ZZDEP`
`calldrag_noro_mod.F90`	地形重力波/次网格地形拖曳调用
`drag_noro_mod.F90`	地形重力波/次网格地形拖曳的 `ORODRAG` 包装层；翻转垂直层序、构造 `zgeom` 并返回每步增量
`nonoro_gwd_mix_mod.F90`	非地形重力波诱导混合方案；在 `calllott_nonoro` 且 `calljliu_gwimix` 为真时追加温度、纬向风和 tracer 混合 tendency
`nonoro_gwd_ran_mod.F90`	非地形重力波随机拖曳方案；在 `calllott_nonoro` 分支内构造离散随机 GW、推进 EP flux 并返回 U/V 动量拖曳 tendency

8. 对流

文件	作用
`convadj.F`	干对流调整；按 `calladj` 在 `physiq` 中混合不稳定层段并输出风、焓和 tracer tendency
`calltherm_interface_mod.F90`	热羽流模型与 `physiq` 的接口层，负责子步长调度、热羽流 tendency 单位转换和 `wstar` 反馈
`thermcell_main_mars.F90`	热羽流主求解器；在子步长内计算热羽流高度、质量通量、温度/CO2 演化和诊断通量
`thermcell_dqup.F90`	热羽流质量通量已知后的被动变量上升输送算子
`call_dayperi.F`	1D/testphys 轨道近日点日期换算

9. 示踪剂系统

文件	作用
`tracer_mod.F90`	示踪剂主模块
`initracer.F90`	tracer 名称识别、`igcm_*` 索引和物性初始化
`parse_tracer_file.F90`	新格式 `tracer.def` 解析接口
`parse_traceur_file.F90`	旧格式 `traceur.def` 解析接口
`tracer_mass_fixer_dyn_mod.F90`	示踪剂质量修正

10. 初始化

文件	作用
`phyetat0_mod.F90`	物理状态初始化；读取 `startfi.nc` 或 no-startfi 缺省路径，恢复地表、土壤、坡面、tracer、古气候和 restart 记忆状态
`phyredem.F90`	物理 start/restart 写出；写控制表、网格、地表、土壤、tracer、尘埃、古气候和质量修正状态
`phys_state_var_init_mod.F90`	物理状态变量初始化；读取 `startfi.nc` 的 `nslope` 维度，初始化常数/时间状态，并按 `ngrid/nlayer/nq/nslope` 分配共享物理数组
`iniwrite.F`	传统 `diagfi` / `diagmicrofi` NetCDF 初始化：定义坐标、垂直层、控制参数、土壤深度、网格面积和地表位势
`iniwritesoil.F90`	土壤初始化写入
`iostart.F90`	物理重启文件 NetCDF I/O 核心模块；提供 `startfi.nc` 读取和 `restartfi.nc` 写入的统一接口，支持并行环境下的数据分发和重排
`surfini_mod.F90`	水冰帽初始化；按 `icelocationmode` 从 surface.nc、预定义表、经纬度、startfi 或热惯量生成 `watercaptag/dryness`
`surfdat_h.F90`	地表共享状态模块；保存反照率、地形统计、水冰帽、坡面地表和山顶地形数组，并提供分配/释放例程

11. 输出与诊断

文件	作用
`writediagfi.F`	传统 `diagfi.nc` 诊断写入后端；按采样间隔追加 0D/1D/2D/3D 变量
`writediagmicrofi.F`	微物理子步 `diagmicrofi.nc` 诊断写入后端；在 `Time` 外增加 `microtime` 维度
`wstats_mod.F90`	统计日 `stats.nc` 生成模块；累加 12 个日内时刻的均值和标准差
`check_fields.F90`	`physiq` 步首/步尾可选场检查；检查温度、风、表面压力和 tracer 的 NaN/越界值
`writediagsoil.F90`	土壤诊断
`xios_output_mod.F90`	XIOS 输出封装；初始化 XIOS 轴/domain/calendar 并发送 0D/1D/2D/3D 字段
`write_output_mod.F90`	通用输出封装；按类型/维度分派到 `writediagfi`、`writediagsoil` 和可选 XIOS

12. NLTE（非局部热力学平衡）

文件	作用
`nltecool.F`	`nltemodel=0/1` 的 CO2 15 微米 NLTE cool-to-space 冷却率模块；使用内置 escape function / VMR 表或动态 tracer 成分，直接输出 K/s
`nlte_calc.F`	NLTE 光学厚度、escape probability 和 Curtis-matrix 系数计算；为 `nlte_tcool_mod.F` 生成 `c110/vc110/c121/vc121/taustar*`
`nlte_aux.F`	NLTE 辅助例程集合；读取/恢复历史谱线表，提供温度/高度/多维查表、Voigt 等效线宽、escape probability 归一化、LU 求解和平滑工具
`nlte_commons_h.F90`	NLTE 15 微米 CO2 共享状态模块；保存谱线常数、查表、主网格/CTS 网格剖面、Curtis matrices、escape probability、碰撞率和历史谱线缓存
`nlte_paramdef_h.F90`	NLTE 15 微米 CO2 编译期参数定义；保存网格维度、压力边界、谱带/同位素数量、辐射常数、波数表和同位素混合比
`nlte_setup.F`	NLTE 15 微米 CO2 运行时表初始化；读取 `NLTEDAT` 谱线、Tstar/VC、历史谱线表并计算温度相关碰撞速率
`nlte_tcool_mod.F`	`nltemodel=2` 的 CO2 15 微米 NLTE 快速冷却率模块；构造 NLTE/CTS 网格、求解 CZA 耦合矩阵、拼接 CTS 顶层冷却率并回插到 GCM 网格
`nlteparams_h.F90`	LTE/NLTE 辐射倾向过渡参数；定义 `ptrans=0.1 Pa`、`zw=0.5`、`pminte=0.4*ptrans` 和 `zwi=2/zw`，供 `blendrad` 与 `nlthermeq` 使用
`nlthermeq.F`	LTE/NLTE 过渡层选择器；用 `pminte` 和当前层压强剖面计算 `yomlw_h::nlaylte`，限制 LTE 辐射覆盖层数

13. 配置与公共模块

文件	作用
`conf_phys.F`	物理配置入口；读取 `callphys.def`/`radia.def`，设置 `callkeys_mod`、尘埃/水/CO2/热层开关，分配气溶胶 scatterer 名称并执行依赖校验
`callkeys_mod.F90`	物理包运行时开关与共享参数模块；保存辐射、尘埃、水循环、CO2 云、PBL 和高层大气分支开关
`def_var.F90`	NetCDF 变量定义辅助例程；用 `NF_FLOAT` 创建变量并写 `title`/`units` 属性，供 `diagfi`、微物理诊断、土壤诊断和 archive 输出首次定义变量时调用
`dimphy.F90`	本地物理网格维度共享状态；保存 `klon/klev/klevp1/klevm1`，由 `Init_dimphy` 初始化并声明为 OpenMP threadprivate
`conc_mod.F90`	大气混合物热力学属性缓存；保存 `mmean/Akknew/cpnew/rnew`，由初始化填常数背景并在 `photochem` 或 `callthermos` 路径中按 tracer 组成更新
`comcstfi_h.F90`	公共物理常数；保存 `rad/g/r/cpp/rcp/mugaz/omeg/pi`
`comgeomfi_h.F90`	公共几何三角函数缓存；保存 `sinlat/coslat/sinlon/coslon`，由初始化路径从物理网格经纬度填充
`comm_wrf.F90`	MESOSCALE/WRF 风格输出缓存；保存 `HR_SW/HR_LW/TAU_DUST/RDUST/MTOT/ICETOT` 等诊断数组
`comsoil_h.F90`	公共土壤
`comtherm_h.F90`	热羽流模型编译期参数和调参常数；定义 `nsplit_thermals`、tracer/TKE 输送开关、卷入/脱离/下沉气流/速度方程常数，供 `calltherm_interface` 和 `thermcell_main_mars` 读取
`comsaison_h.F90`	公共季节和太阳几何共享状态；保存 `dist_sol/declin/zls/mu0/fract/local_time`，由 `physiq` 每步写入后供辐射、尘暴、山顶尘流和尘埃注入读取
`datafile_mod.F90`	运行时外部数据目录共享模块；保存 `datadir` 默认路径并由 `callphys.def` 覆盖，供 CO2 云、极冠反照率、尘埃场景、辐射、化学和初始化读表路径使用
`comslope_mod.F90`	斜坡
`planete_h.F90`	行星轨道和湍流下限共享状态；保存 `aphelie/periheli/year_day/peri_day/obliquit`，由 `iniorbit` 派生 `e_elips/p_elips/lsperi`，供 `solarlong` 和 `orbite` 使用
`planetwide_mod.F90`	全行星最大值、最小值和求和规约工具；并行路径通过 `gather`、master intrinsic 规约和 `bcast` 得到跨物理网格一致的标量结果。
`time_phylmdz_mod.F90`	物理时间共享状态模块；保存 `daysec/dtphys/steps_per_sol`、运行起止日和诊断/restart 调度标量。
`turb_mod.F90`	湍流/PBL 共享状态模块；保存界面层 TKE、surface-layer 速度/温度尺度和热羽流反馈诊断数组。
`dimradmars_mod.F90`	辐射维度、气溶胶 scatterer 和光学查找表共享状态
`yoegwd_h.F90`, `yomlw_h.F90`	GWD/LW 头文件；`yoegwd_h` 保存地形 GW 链共享调参变量，`yomlw_h` 保存长波 LTE 辐射共享系数和交换率缓存

14. 土壤与表面

文件	作用
`soil.F`	土壤模型
`soil_settings.F`	土壤设置
`soilwater.F90`	土壤水
`albedocaps.F90`	极冠反照率
`geticecover.F90`	Titus/TES CO2 季节极冠覆盖掩膜；`tituscap` 分支中由 `physiq` 调用并写入 `qsurf_tmp(:,igcm_co2)`

15. 轨道与太阳

文件	作用
`orbite.F`	轨道几何换算；`physiq` 在 `callrad` 分支用 `zls` 调用它，计算 `dist_sol` 和 `declin`，供太阳角、辐射通量缩放、近红外 CO2 和坡面/热层路径使用
`solang.F`	日变化太阳角计算；按经纬度三角缓存、太阳赤纬和时角写出每格点 `mu0` 与 0/1 日照标志 `fract`。
`solarlong.F`	火星日期到太阳经度转换；读取 `planete_h` 轨道参数，用 Kepler 方程 Newton 解得到 `Ls`。

16. 其他物理

文件	作用
`nirdata.F90`, `nirco2abs.F`	近红外 CO2 吸收；`nirdata.F90` 读取并保存 NLTE 修正表，`nirco2abs.F` 计算近红外 CO2 加热率
`growthrate.F`	水冰晶增长阻力和水汽扩散系数；`improvedclouds` 用其输出 `res` 进入隐式冰增长/升华公式
`nuclea.F`	水冰异质成核率；`improvedclouds` 用它按水汽分压、饱和比和尘核 bin 计算 `rate`，再把尘埃转入 CCN
`microphys_h.F90`	水冰/CO2 微物理共享常数和线程私有半径网格头文件；定义 `nbin_cld`、`nbinco2_cld`、分子常数、接触参数和 `rad_cld/rad_cldco2`
`pbl_parameters_mod.F90`	PBL 参数
`topmons_mod.F90`	顶层单体
paleoclimate_mod	古气候/lag-layer 共享状态模块；保存 `paleoclimate`、`lag_layer`、`include_waterbuoyancy` 开关，以及地下冰深度、扩散系数和地下冰交互总通量数组
`flusv.F`, `cvmgt.F`, `mucorr.F`	辅助计算；`flusv.F` 是长波红外散射通量求解器，`cvmgt.F` 是实数条件选择函数，`mucorr.F` 在非日变化分支计算等效太阳角和日照比例
`interp_line.F`	通用线性插值工具；在有序源数据点之间进行线性插值
`tabfi.F`	物理控制表读取和默认常数初始化；读取 `controle` 数组、写入公共物理/轨道/地表参数，并可串行交互修改

17. dyn1d 子目录

1D 测试模型相关文件，见 dyn1d/index.md。已建页面：

文件	作用
`dyn1d/abort_gcm.F`	指向 `LMDZ.COMMON/libf/dyn3d/abort_gcm.F` 的中止例程路径 stub，供 1D 初始化路径调用 `abort_gcm`。
`dyn1d/comconst_mod.F90`	指向 `LMDZ.COMMON/libf/dyn3d_common/comconst_mod.F90` 的动力常数模块路径 stub；目标模块保存维度、时间步、行星常数、耗散和顶层 sponge 参数。
`dyn1d/comvert_mod.F90`	指向 `LMDZ.COMMON/libf/dyn3d_common/comvert_mod.F90` 的垂直坐标模块路径 stub；保存 `ap/bp/aps/bps`、参考压力和伪高度，供 1D 压力层构造。
`dyn1d/control_mod.F90`	指向 `LMDZ.COMMON/libf/dyn3d_common/control_mod.F90` 的公共动力控制状态 stub；保存 3D GCM 日期、步频、输出和模式开关，当前 1D 主程序不直接读取。
`dyn1d/disvert_noterre.F`	指向 `LMDZ.COMMON/libf/dyn3d_common/disvert_noterre.F` 的非地球垂直离散例程 stub；读取 `esasig.def` 或 `z2sig.def` 生成 hybrid/sigma 压力坐标系数。
`dyn1d/ener_mod.F90`	指向 `LMDZ.COMMON/libf/dyn3d_common/ener_mod.F90` 的公共动力能量诊断状态 stub；保存质量、能量、涡度/熵、角动量和 RMS 诊断量。
`dyn1d/infotrac.F90`	指向 `LMDZ.COMMON/libf/dyn3d_common/infotrac.F90` 的 tracer 元数据模块 stub；dyn1d 初始化用它保存 `traceur.def` 读取出的 tracer 名和父子关系。
`dyn1d/init_testphys1d_mod.F90`	1D `testphys1d` 初始化主例程；串联配置、`traceur.def`、restart/profile、垂直坐标、几何、坡面、地表、土壤、tracer 和水控制状态。
`dyn1d/logic_mod.F90`	指向 `LMDZ.COMMON/libf/dyn3d/logic_mod.F90` 的动力逻辑状态 stub；当前 1D 初始化用 `hybrid` 选择垂直坐标。
`dyn1d/mod_const_mpi.F90`	指向 `LMDZ.COMMON/libf/dyn3dpar/mod_const_mpi.F90` 的并行常量 stub；`COMM_LMDZ` 在 XIOS 分支传给 1D physics distribution 初始化。
`dyn1d/mod_interface_dyn_phys.F90`	指向 `LMDZ.COMMON/libf/dynphy_lonlat/mod_interface_dyn_phys.F90` 的动力-物理接口 stub；并行分支建立物理列到动力网格 `(i,j)` 的映射。
`dyn1d/parallel_lmdz.F90`	指向 `LMDZ.COMMON/libf/dyn3dpar/parallel_lmdz.F90` 的并行运行时 stub；`testphys1d` 调用 `init_parallel` 初始化 rank/线程状态。
`dyn1d/profile_temp_mod.F90`	1D 温度廓线构造模块；提供常温、Savidjari、Lindner、逆温、Seiff、Gaussian 和 `profile_temp` 文件读取分支。
`dyn1d/read_profile_mod.F90`	1D tracer profile 读取模块；读取 `profile_<tracer>` 的 surface-first 廓线格式，并处理 CO2/HDO/dust 缺文件默认值。
`dyn1d/serre_mod.F90`	指向 `LMDZ.COMMON/libf/dyn3d_common/serre_mod.F90` 的公共动力 zoom/水平网格状态 stub；保存 `clon/clat/grossismx/grossismy/dzoomx/dzoomy/taux/tauy` 等参数。
`dyn1d/testphys1d.F90`	1D 单柱物理测试主程序；检查 `run.def/start` 文件、调用初始化、写 `startfi.nc`、逐步调用 `physiq` 并推进风、温度、表压和 tracer。
`dyn1d/writerestart1D_mod.F90`	1D 文本 restart 写出模块；将表压、tracer、风和温度按 `start1D.txt` 兼容顺序写入 `restart1D.txt`。

与其他目录的关系

相关目录	关系
`../aeronomars/`	调用光化学、热层过程
`../dynphy_lonlat/`	被物理调用接口调用
`../../deftank/`	读取 callphys.def 配置
`../../datadir/`	读取辐射、尘埃等数据

关键文件

文件	原因
`physiq_mod.F`	物理主入口，`physiq()` 是核心调度例程；见 physiq_mod
`callradite_mod.F`	辐射计算入口
`dust_param_mod.F90`	尘埃循环配置开关与缩放状态枢纽，见 dust_param_mod
`watercloud_mod.F`	水云计算
`co2condens_mod.F`	CO2 凝结
`tracer_mod.F90`	示踪剂系统
`turb_mod.F90`	湍流/PBL 共享状态

典型物理调用链

physiq()  (physiq_mod.F)
├── callradite()         辐射
│   ├── lwmain()         长波
│   └── swmain()         短波
├── 尘埃lifting          dust_param_mod
├── 水循环               watercloud_mod / watersat_mod
├── CO2循环              co2condens_mod / co2cloud_mod
├── 湍流                 turb_mod / lmdz_call_atke
├── 重力波               sugwd_mod
├── 对流                 convadj_mod / thermcell_main_mars
├── 边界层               vdif_kc / vdifc_mod
└── NLTE                 nltecool (80km以上)

复现要点

physiq() 是核心入口，需要提供网格、时间步、压力、温度、风场、示踪剂等输入
各物理过程通过 callphys.def 开关控制
辐射计算需要光学数据文件
尘埃 lifting 需要风场和地表参数
示踪剂输运依赖于动力核心

细节入口

物理模块的实际调度顺序、输入输出和分支条件见 physiq_mod 及其水循环、CO2 循环例程页。
callphys.def 开关、默认值和约束见配置系统、水循环配置与 CO2 循环配置。
1D 入口、初始化、profile/restart 和 COMMON 转发边界见 dyn1d 目录。