lwxd.F

快速理解

它做什么： 计算非相邻（远距离）大气层间的净交换系数 xi。被 lwmain 调用。

基本过程： 对非相邻层对用相邻界面透过率做二阶差分 → 可选 callemis 叠加地面反射路径。

关键结果： 远距离层间交换系数写入 yomlw_h::xi，供 lwflux/lwi 读取。

路径

LMDZ.MARS\libf\phymars\lwxd.F

所属目录 / 模块

libf\phymars

文件定位

lwxd.F 定义 lwxd_mod 模块，提供长波 LTE 辐射中的远距离层间交换系数例程 lwxd。它位于 lwu 生成 co2_u/co2_up/aer_t 之后、lwflux 和 lwi 读取 yomlw_h::xi 之前，由 lwmain_mod.F 在 lwxb 和 lwxn 同一组长波交换系数阶段调用。

源码注释把本例程定位为 distant layers 的 transmission function 与 exchange coefficients。这里的“远距离”指 jk=1:nlaylte-2 与 jkk=jk+2:nlaylte 的非相邻真实大气层对。相邻层 jk,jk+1 由 lwxn.F 细分子层处理，地面/空间边界由 lwxb 处理。

lwxd 的核心工作是先对每一对层边界构造 CO2 与气溶胶总透过率，再用四个相邻界面透过率作二阶差分，写出远距离层间净交换率 xi。当 callkeys_mod::callemis 为真时，它还构造经地面反射的路径，并把该反射项按 (1-emis) 加到远距离 xi 中。

定义的符号

符号	类型	行号	作用
`lwxd_mod`	module	1	封装远距离长波层间交换系数构造例程。
`lwxd`	subroutine	7	计算远距离层对的 CO2/气溶胶透过率差分，并写入共享净交换率表 `xi`。

依赖的模块

use 模块	only 列表	用途	待确认
`dimradmars_mod`	`ndlon`, `nuco2`, `nflev`, `ndlo2`	提供水平、谱带和垂直维度上限，用于接口数组和局部工作数组形状。	否
`yomlw_h`	`nlaylte`, `xi`, `xi_emis`	读取 LTE 长波有效层数，并写入远距离 `xi` 与供 `lwxn` 读取的邻近反射缓存 `xi_emis`。	否
`callkeys_mod`	`callemis`	控制是否计算经地面反射的透过率路径 `trans_emis`。	否
`lwtt_mod`	`lwtt`	用 CO2 吸收路径 `zu/zup` 计算每个 CO2 谱带透过率。	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
`lwtt`	`lwtt_mod` / `lwtt.F`	102	对直接层间路径的 CO2 吸收量差值 `zu/zup` 求透过率。
`lwtt`	`lwtt_mod` / `lwtt.F`	155	对经地面反射路径的 CO2 吸收量组合求透过率。

输入

输入	来源	类型/维度	单位	含义
`ig0`	`lwmain`	`integer`	grid offset	当前向量块在全局 `xi` 第一维中的偏移，写入时使用 `ig0+jl`。
`kdlon`	`lwmain`	`integer`	column	当前向量块内有效水平列数，循环范围为 `1:kdlon`。
`kflev`	`lwmain`	`integer`	layer	接口数组的垂直层数参数；主要层间循环使用 `yomlw_h::nlaylte`。
`emis`	`lwmain` 传入的 `emis_gaz`	`real(ndlo2)`	-	地表发射率。远距离层间的反射修正乘以 `(1-emis)`。
`aer_t`	lwu	`real(ndlo2,nuco2,kflev+1)`	-	CO2 谱带上的累计气溶胶吸收透过率。
`co2_u`	lwu	`real(ndlo2,nuco2,kflev+1)`	吸收路径	自模型顶向下累计的 CO2 吸收量。
`co2_up`	lwu	`real(ndlo2,nuco2,kflev+1)`	压力缩放吸收路径	带压力效应的累计 CO2 吸收量。

输出

输出	去向	类型/维度	单位	含义
`xi(ig0+jl,ja,jk,jkk)` 与互易项	`yomlw_h`，后续由 lwflux / lwi 读取	shared array	-	第 `jk` 与第 `jkk` 个非相邻真实大气层之间的 CO2 带净交换系数。
`xi_emis(ig0+jl,ja,jk)`	`yomlw_h`，后续由 `lwxn.F` 读取	shared array	-	名义上保存邻近层反射交换项；按当前源码字面，邻近项公式被注释且 `ksi_emis` 初值为 0，因此这里写出的值为 0。

共享状态与副作用

lwxd 不读写文件，不分配内存，也没有启用的诊断打印。它的持久副作用限于写入 yomlw_h::xi 和 yomlw_h::xi_emis。远距离 xi 写入时显式补齐互易项：xi(...,jk,jkk) 与 xi(...,jkk,jk) 取同一数值。

源码中保留了若干已注释的范围检查和打印语句，包括 trans、trans_emis、ksi、ksi_emis 的负值或大于 1 检查；当前可执行路径不会钳制这些值。

核心逻辑

将 ksi_emis(:,:,:,:) 初始化为 0，随后只在远距离层对循环中写入 ksi_emis(jk,jkk)。
对所有边界对 jk=1:nlaylte+1、jkk=jk:nlaylte+1 构造直接路径：zu=co2_u(:,:,jk)-co2_u(:,:,jkk)，zup=co2_up(:,:,jk)-co2_up(:,:,jkk)，气溶胶透过率比值为 aer_t(:,:,jk)/aer_t(:,:,jkk)；调用 lwtt 后得到 trans(jk,jkk)，并补齐 trans(jkk,jk)。
如果 callemis 为真，构造经地面反射的路径：CO2 路径为 2*co2_u(:,:,1)-co2_u(:,:,jk)-co2_u(:,:,jkk)，气溶胶路径为 aer_t(:,:,1)^2/aer_t(:,:,jk)/aer_t(:,:,jkk)；否则把 trans_emis(jk,jkk) 设为 1。两种分支都会补齐 trans_emis(jkk,jk)。
对每个远距离真实层对 jk=1:nlaylte-2、jkk=jk+2:nlaylte，用四个界面透过率作二阶差分： ksi = trans(jk+1,jkk) - trans(jk,jkk) - trans(jk+1,jkk+1) + trans(jk,jkk+1)。
对同一远距离层对计算反射差分： ksi_emis = trans_emis(jk,jkk) - trans_emis(jk+1,jkk) - trans_emis(jk,jkk+1) + trans_emis(jk+1,jkk+1)。
写入 xi = ksi + ksi_emis * (1-emis)，再写入互易项。
循环结束后，源码尝试为相邻层保存 xi_emis(jk)；但相邻层 ksi_emis(jk,jk+1) 的计算公式处于注释状态，且远距离循环不会覆盖该位置，因此当前实现写出的邻近反射缓存为 0。

伪代码

ksi_emis = 0

for jk = 1 to nlaylte+1:
  for jkk = jk to nlaylte+1:
    zu = co2_u(:,:,jk) - co2_u(:,:,jkk)
    zup = co2_up(:,:,jk) - co2_up(:,:,jkk)
    zt_aer = aer_t(:,:,jk) / aer_t(:,:,jkk)
    zt_co2 = lwtt(zu, zup)
    trans(jk,jkk) = zt_co2 * zt_aer
    trans(jkk,jk) = trans(jk,jkk)

for jk = 1 to nlaylte+1:
  for jkk = jk to nlaylte+1:
    if callemis:
      zu = 2*co2_u(:,:,1) - co2_u(:,:,jk) - co2_u(:,:,jkk)
      zup = 2*co2_up(:,:,1) - co2_up(:,:,jk) - co2_up(:,:,jkk)
      zt_aer = aer_t(:,:,1)^2 / aer_t(:,:,jk) / aer_t(:,:,jkk)
      trans_emis(jk,jkk) = lwtt(zu, zup) * zt_aer
    else:
      trans_emis(jk,jkk) = 1
    trans_emis(jkk,jk) = trans_emis(jk,jkk)

for jk = 1 to nlaylte-2:
  for jkk = jk+2 to nlaylte:
    ksi = trans(jk+1,jkk) - trans(jk,jkk)
        - trans(jk+1,jkk+1) + trans(jk,jkk+1)
    ksi_emis = trans_emis(jk,jkk) - trans_emis(jk+1,jkk)
             - trans_emis(jk,jkk+1) + trans_emis(jk+1,jkk+1)
    xi(jk,jkk) = ksi + ksi_emis * (1 - emis)
    xi(jkk,jk) = xi(jk,jkk)

for jk = 1 to nlaylte-1:
  xi_emis(jk) = ksi_emis(jk,jk+1) * (1 - emis)

参与的主题流程

主题	参与方式
辐射计算	在长波 LTE 主流程中补全非相邻真实层之间的净交换率 `xi`，与 lwxb 的边界项和 lwxn 的相邻层项共同供后续通量/冷却率例程读取。
phymars 核心物理模块目录	属于 `libf\phymars` 长波辐射辅助文件组。

写法特点

固定格式 Fortran 文件，模块内只有一个公开子例程。
kflev 用于接口数组形状，实际远距离交换循环由 yomlw_h::nlaylte 控制。
trans 和 trans_emis 使用 0:nflev+1 维度，但直接路径循环从 1 到 nlaylte+1；地面反射路径通过边界索引 1 的累计量表达，并不是写 trans(...,0,...)。
远距离层对从 jkk=jk+2 开始，刻意跳过相邻层；相邻层细分和地面特殊处理留给 lwxn。
callemis=.false. 时 trans_emis 被设为 1，远距离反射差分自然抵消为 0。

复现要点

lwu 必须先生成单调一致的 co2_u/co2_up 和带下限保护的 aer_t；lwxd 直接对这些累计量做差和做比值。
aer_t(:,:,jkk)、aer_t(:,:,jk) 出现在除法分母中。当前上游 lwu 把 aer_t 钳制到 1e-30，复现时不能移除这一保护。
lwtt 对 sqrt(up) 和 u ** cst_voigt 没有本地保护；lwxd 构造的 zu/zup 依赖上游累计量物理一致，不能给出负路径增量。
callemis 会改变远距离层对的 xi：开启时加入地面反射差分，关闭时反射项抵消。
复现风险：xi_emis 的邻近层公式在源码中被注释掉，当前写入 lwxn 的反射缓存为 0；如果下游结果预期包含邻近层表面反射修正，需要先确认这是否是有意行为。
emis 不在本例程中钳制。外部传入小于 0 或大于 1 的值时，反射修正会按源码字面通过 (1-emis) 缩放。
ig0+jl 必须落在全局 xi 与 xi_emis 第一维有效范围内，否则远距离交换率会写到错误网格列。

待确认

xi_emis 邻近层公式被注释后仍保留保存步骤，这一点可能是历史实现残留，也可能表示当前物理方案有意不把该反射项传给 lwxn；本页只记录源码字面行为。
源码保留了 trans 和 ksi 的范围检查注释；本页尚未确认这些检查被停用的数值稳定性原因。