lwxd.F

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”不是所有非边界项，而是 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

依赖的模块

调用的关键例程

输入

输出

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

1. 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)。
2. 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)。
3. 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)。
4. 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)。
5. 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)。
6. 写入 xi = ksi + ksi_emis * (1-emis)，再写入互易项。
7. 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

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。

相关页面

• radiation
• phymars/index
• lwu
• lwtt
• lwxb
• lwflux
• lwi
• lwmain_mod - 长波 LTE 主调度入口，按 ilwd 调用本例程刷新远距离交换率。
• lwxn
• yomlw_h.md：长波辐射共享参数。