lwxn.F

路径

LMDZ.MARS\libf\phymars\lwxn.F

所属目录 / 模块

libf\phymars

文件定位

lwxn.F 定义 lwxn_mod 模块，提供长波 LTE 辐射中的相邻层交换系数例程 lwxn。它由 lwmain_mod.F 在 lwxd 远距离层间交换之后、lwxb 边界交换之前调用，输入来自 lwu 生成的 co2_u/co2_up/aer_t，输出写入 yomlw_h::xi 和 yomlw_h::xi_ground，供 lwflux 与 lwi 后续读取。

本例程覆盖 jk 与 jk+1 这类相邻真实大气层之间的交换。与 lwxd 的远距离四界面差分不同，lwxn 会把相邻两层分别拆成 lwxn_ncouche 个子层，在子层内部构造从下层到上层、从上层到下层的多条 CO2/气溶胶透过路径，再用加权积分得到整层相邻交换系数。底部相邻层还有一个额外的 xi_ground 修正项，用于 lwflux 对地面与第一层交换的处理。

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

lwxn 的持久副作用是写 yomlw_h::xi 的相邻层条目和 yomlw_h::xi_ground。它还读取 yomlw_h::xi_emis，把 lwxd 保存的邻近反射缓存加到相邻层 xi 中；按当前 lwxd.F 字面实现，该缓存通常为 0，因为相邻反射公式被注释。

模块变量 lwxn_linear/lwxn_alphan/lwxn_ncouche 是 SAVE 且 THREADPRIVATE，由 conf_phys.F 初始化和广播。默认值为 lwxn_linear=.true.、lwxn_ncouche=3、lwxn_alphan=0.4；如果运行目录存在 radia.def，conf_phys.F 会依序读取并覆盖这些值。若 lwxn_ncouche > 50，本例程打印错误并 call exit(1)。

核心逻辑

1. 为第 lwxn_ncouche+1 个子界面初始化零 CO2 路径和单位气溶胶透过率，作为每层内部的公共边界。
2. 根据 lwxn_linear 生成子层权重 cn 和几何/压力加权位置 cb。线性分布时 cn=1/lwxn_ncouche，cb=(lwxn_ncouche-nlmd+0.5)/lwxn_ncouche；非线性分布时使用 lwxn_alphan 的几何级数。
3. 若 lwxn_ncouche 超过 nmax=50，立即终止，避免局部数组越界。
4. 对每个相邻层对 jk=1:nlaylte-1，先从累计量差分得到下层 i 与上层 j 的整层 CO2 路径、压力缩放路径和气溶胶透过率。
5. 按 cn 把两层各自拆成子层：CO2 路径线性分配，气溶胶透过率用整层透过率的 cn 次幂分配。
6. 对下层每个子界面 ni，先构造从该界面到公共界面的路径并调用 lwtt，保存到 trans(ni,lwxn_ncouche+1)；再加上整层上层路径，保存到 trans(ni,1)。
7. 对上层每个子界面 nj，对称地构造从该界面到公共界面的路径 trans(lwxn_ncouche+1,nj)，再加上整层下层路径得到 trans(1,nj)。
8. 用两组子层透过率差分合成 ksi(jk)。下层贡献乘 cb(ni)*dp(jk)*2/(dp(jk)+dp(jk+1))，上层贡献乘 cb(nj)*dp(jk+1)*2/(dp(jk)+dp(jk+1))。
9. 写入 xi(jk,jk+1)=ksi+xi_emis(jk)，并显式写入互易项 xi(jk+1,jk)。
10. 当 jk=1 时，额外累加 xi_ground：对下层子层的界面透过率差 trans(ni+1,common)-trans(ni,common) 乘 2*cb(ni)。

伪代码

if lwxn_linear:
  for sublayer nlmd:
    cn = 1 / lwxn_ncouche
    cb = (lwxn_ncouche - nlmd + 0.5) / lwxn_ncouche
else:
  for nlmd below last:
    cn = (1 - lwxn_alphan) * lwxn_alphan**(nlmd-1)
    cb = 0.5 * (1 + lwxn_alphan) * lwxn_alphan**(nlmd-1)
  last cn = lwxn_alphan**(lwxn_ncouche-1)
  last cb = 0.5 * lwxn_alphan**(lwxn_ncouche-1)

if lwxn_ncouche > 50:
  stop with error

for jk = 1 to nlaylte-1:
  layer_i = boundary jk to jk+1
  layer_j = boundary jk+1 to jk+2

  split layer_i and layer_j into lwxn_ncouche sublayers

  for each lower-layer subinterface ni:
    trans(ni,common) = lwtt(path from ni to common) * aerosol_path
    trans(ni,top_of_j) = lwtt(path from ni through layer_j) * aerosol_path

  for each upper-layer subinterface nj:
    trans(common,nj) = lwtt(path from nj to common) * aerosol_path
    trans(bottom_of_i,nj) = lwtt(path from nj through layer_i) * aerosol_path

  ksi = weighted lower-side transmission differences
      + weighted upper-side transmission differences

  xi(jk,jk+1) = ksi + xi_emis(jk)
  xi(jk+1,jk) = xi(jk,jk+1)

  if jk == 1:
    xi_ground = weighted lower-layer-to-common transmission differences

参与的主题流程

写法特点

• 固定格式 Fortran 文件；模块变量与子例程在同一模块内，三个配置变量均为 SAVE + OpenMP THREADPRIVATE。
• kflev 用于接口数组形状，实际相邻层循环由 yomlw_h::nlaylte 控制。
• 子层数有运行时配置入口，但本地数组硬上限固定为 50。
• 气溶胶透过率按 zt_aer_layer**cn 分配到子层，CO2 路径按 cn 线性分配。
• xi_ground 只在 jk=1 分支清零并写入；其他相邻层不触碰该数组。

复现要点

• conf_phys.F 必须先初始化并广播 lwxn_linear/lwxn_ncouche/lwxn_alphan；如果使用 radia.def 覆盖，文件顺序必须与源码读取顺序一致。
• lwxn_ncouche 不能超过 50，否则源码会 call exit(1)。
• lwxn_ncouche 也不能为 0；源码没有显式防护，线性分支会出现除零。
• dp(jk)+dp(jk+1) 不能为 0 或异常小；相邻交换权重直接除以这个和。
• lwu 生成的 aer_t 必须保持正值，因为 lwxn 会做比值并取 **cn；当前上游 1e-30 下限保护是复现稳定性的前提。
• xi_emis 的邻近反射缓存来自 lwxd。当前源码字面通常为 0；如果实验结果预期包含邻近层表面反射项，需要先核对 lwxd.F 中被注释的相邻反射公式。

待确认

• lwxn_alphan 在默认 lwxn_linear=.true. 时不会参与计算；页面只记录源码行为，未确认非线性子层分布在当前标准运行中的使用频率。
• xi_ground 的物理命名与后续 lwflux 地面第一层修正项一致，但本页未进一步推导该近似与原始辐射方案文献之间的对应关系。

相关页面

• radiation
• phymars/index
• lwu
• lwtt
• lwxd
• lwxb
• lwflux
• lwi
• lwmain_mod - 长波 LTE 主调度入口，按 ilwn 调用本例程刷新相邻层交换率。
• yomlw_h.md：长波辐射共享参数。
• conf_phys.md：物理配置读取和默认值。