nonoro_gwd_mix_mod.F90

路径

LMDZ.MARS\libf\phymars\nonoro_gwd_mix_mod.F90

所属目录 / 模块

libf\phymars

文件定位

nonoro_gwd_mix_mod.F90 定义非地形重力波诱导混合模块 nonoro_gwd_mix_mod。它不是 nonoro_gwd_ran_mod.F90 中的 FLott 非地形重力波动量拖曳本体，而是在 physiq_mod.F 的 calllott_nonoro 分支内、且 calljliu_gwimix 为真时额外调用的混合方案：根据当前温度、风、位温和 tracer 场构造离散重力波，计算 EP flux 随高度的耗散、临界层和饱和，再把得到的涡混合通量转成温度、纬向风、经向风和 tracer tendency。

源码中的实际输出有一个重要不对称：d_u、d_t 和 d_pq 会经过 AR(1) 记忆项后返回调用方；d_v 在最终阶段被强制设为 0，相关 dv_eddymix_gwd 更新和诊断输出被注释掉。因此复现时不能仅根据接口名假设经向风混合 tendency 被启用。

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

• calljliu_gwimix 由 conf_phys.F:371-373 通过 getin_p("calljliu_gwimix", calljliu_gwimix) 读取，默认 .false.。
• ini_nonoro_gwd_mix 分配 du_eddymix_gwd/dv_eddymix_gwd/dh_eddymix_gwd/dq_eddymix_gwd/de_eddymix_rto/df_eddymix_flx；end_nonoro_gwd_mix 对应释放。
• 这些模块变量均声明为 OpenMP THREADPRIVATE，包含开关、记忆数组和首调用调参变量。
• 首次进入 NONORO_GWD_MIX 会向标准输出打印激活信息和调参值，并读取多个 callphys.def 键。
• 诊断输出包括 zonal_shear、nonoro_d_mixing_tot、nonoro_u_mixing_tot、nonoro_v_mixing_tot 和 du_eddymix_gwd。
• phyetat0_mod.F90 会尝试从 startphy_file 读取 du_eddymix_gwd、dh_eddymix_gwd、dv_eddymix_gwd、dq_eddymix_gwd、de_eddymix_rto 和 df_eddymix_flx；若没有重启文件字段则清零。

核心逻辑

1. 首调用时读取调参键，设置默认 epflux_max=5.E-4、sat=1.5、rdiss=0.07、kmax=1.E-4、kmin=7.E-6、xlaunch=0.6、eff=0.1、eff1=0.1、vdl=1.5，并检查物理时间步和层数。
2. 用传入状态加上已累积 tendency 得到背景 tt/uu/vv/zq/hh，再用 rho = pp/(rnew*tt) 计算密度。
3. 在半层上构造压力、对数压力高度、半层风和 Brunt-Vaisala 频率；用 presnivs 和 xlaunch 决定可复现的发射层 LAUNCH。
4. 对 NW=NK*NP*NO=8 个离散重力波，用温度和风场派生的 MOD(...) 数值构造水平波数、方位角、相速、内禀频率和发射层 EP flux。
5. 从 LAUNCH 向上推进 EP flux：每层同时考虑守恒、耗散、临界层变号截断和饱和上限，得到 wwp_vertical_tot。
6. 对每个波和格点寻找饱和/破碎层 LLSATURATION，再计算饱和层上方和下方的涡混合系数 d_eddy_mix_p_ll 与 d_eddy_mix_m_ll。
7. 用涡混合系数乘以垂直梯度，形成 U、V、位温和 tracer 的混合通量；对所有波求和后得到半层通量。
8. 在低层对 LAUNCH 以下的几层做通量补偿，使总混合通量闭合。
9. 对通量做垂直差分得到 d_u、d_h 和 d_pq，再通过 DTIME/DELTAT/REAL(NW) 与上一时刻记忆项做 AR(1) 平滑。
10. 将 d_h 转换为温度 tendency d_t；将 d_v 强制清零；更新模块记忆数组供下一步使用。

伪代码

if firstcall:
    read nonoro_gwd_* and nonoro_gwimixing_* parameters
    abort if DTIME > 24 h or nlayer < 8

background = current state + DTIME * accumulated tendencies
compute density, half-level pressure, log-pressure height, half-level wind, BV
LAUNCH = highest reference half-level satisfying HREF(level)/HREF(surface) > xlaunch

for each wave jw and grid column:
    derive azimuth, wavenumber, phase speed and launch EP flux from background fields

for level from LAUNCH to nlayer-1:
    update intrinsic frequency
    limit EP flux by dissipation, critical-level sign change and saturation

find each wave's saturation/breaking layer
compute eddy diffusivity above and below the breaking layer
convert diffusivity times vertical gradients into U/V/H/tracer fluxes
close low-level flux below LAUNCH

d_u, d_h, d_pq = vertical divergence of fluxes
apply AR(1) smoothing using saved module arrays
d_t = d_h * (pressure / surface_half_pressure)**rcp
d_v = 0
save updated memory arrays

参与的主题流程

写法特点

• 模块级保存数组和多个调参变量均为 THREADPRIVATE，并通过 ini_nonoro_gwd_mix 分配。
• 波参数的“随机性”来自当前背景场的 MOD(TT(...), 1.) 和 MOD(UU**2+VV**2, 1.)，不是 Fortran 随机数发生器；注释说明这是为了可复现性。
• DELTAT=24*3600 是方案生命周期时间尺度；输出 tendency 用 DTIME/DELTAT/REAL(NW) 缩放并混合旧记忆项。
• cell_area 通过 kstar=pi/sqrt(cell_area) 限制最小水平波数，避免波长超过水平分辨率。
• 源码中存在多处遗留注释和拼写问题，如 “may be need to delet”、df_eddymix_flx 分配但未在本文件写入；这些不影响本文按当前源码字面记录。

复现要点

• 必须同时开启上游 calllott_nonoro 和本方案 calljliu_gwimix；仅设置 calljliu_gwimix=.true. 不会越过 physiq 外层 IF (calllott_nonoro)。
• calljliu_gwimix 默认 .false.，需要在运行配置中显式覆盖。
• nonoro_gwd_epflux_max、nonoro_gwd_sat、nonoro_gwd_rdiss、nonoro_gwd_kmax、nonoro_gwd_kmin、nonoro_gwd_xlaunch、nonoro_gwimixing_eff、nonoro_gwimixing_eff1、nonoro_gwimixing_vdl 会改变波发射、耗散和混合强度。
• nlayer 必须不少于 NW=8，物理时间步不能超过 24 小时，否则 abort_physic 中止。
• 重启可重复性依赖 du_eddymix_gwd/dh_eddymix_gwd/dq_eddymix_gwd/de_eddymix_rto 等记忆数组是否从 start 文件恢复；缺失时 phyetat0_mod.F90 会清零。
• 不要把 d_v 当作当前启用的经向风混合 tendency；源码在返回前设为 0。

待确认

• df_eddymix_flx 在本文件中只分配/释放，并在 phyetat0_mod.F90 中尝试读取；未在本次源码核验中发现写入位置。
• zmax_therm 接口参数当前未参与计算；是否为保留的热对流源高度接口需结合历史版本确认。
• d_t 从 d_h 转换时使用 (PP(ii,:) / PH(ii,1))**rcp，其中 PH(ii,1) 是由底层全层压力外推得到的半层压力；该换算是否符合目标位温定义需结合 zh/zdh 上游定义进一步确认。

相关页面

• phymars 目录：本模块所属目录。
• comcstfi_h：提供 g/r/rcp/pi 等公共物理常数。
• iostart：phyetat0_mod.F90 读取 start/restart 字段时使用的 I/O 层。
• write_output_mod.md：通用诊断输出入口。
• nonoro_gwd_ran_mod.md：同一 calllott_nonoro 分支中的非地形 GW 动量拖曳方案。
• phyetat0_mod.md：本模块重启记忆数组的读取和清零逻辑。
• phys_state_var_init_mod，本模块数组分配入口。