nonoro_gwd_ran_mod.F90

路径

LMDZ.MARS\libf\phymars\nonoro_gwd_ran_mod.F90

所属目录 / 模块

libf\phymars

文件定位

nonoro_gwd_ran_mod.F90 定义 FLott/J. Liu 系列的随机非地形重力波动量拖曳模块 nonoro_gwd_ran_mod。它在 physiq_mod.F 的 calllott_nonoro 分支中先于 nonoro_gwd_mix_mod 调用，按当前温度、风、压力、密度、Brunt-Vaisala 频率和网格面积构造一组离散重力波，沿垂直方向推进 EP flux，并把通量散度转换成纬向和经向风 tendency。

这个文件只计算动量拖曳：d_t 在出口前被置零，d_u 和 d_v 才会回加到 physiq 的 pdu/pdv。跨时间步记忆由 du_nonoro_gwd 和 dv_nonoro_gwd 保存，并通过 phyetat0_mod.F90 / phyredem.F90 从物理重启文件读取和写回。

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

• du_nonoro_gwd、dv_nonoro_gwd、east_gwstress、west_gwstress 声明为 SAVE 并通过 OpenMP THREADPRIVATE 保存线程私有状态。
• firstcall、kmax、kmin、epflux_max、xlaunch、sat、rdiss 和 H0 也是 THREADPRIVATE，首次进入主例程时读取配置并缓存。
• phyetat0_mod.F90:595-618 会尝试从 startphy_file 读取 du_nonoro_gwd 和 dv_nonoro_gwd；字段缺失或无 startphy 时清零。
• phyredem.F90:370-372 在 calllott_nonoro 为真时把 du_nonoro_gwd 和 dv_nonoro_gwd 写入物理重启文件。
• 诊断输出包括 nonoro_bv、nonoro_u_epflux_tot、nonoro_v_epflux_tot、du_nonoro_gwd 和 dv_nonoro_gwd。

核心逻辑

1. 首次调用时设置默认调参：epflux_max=5.E-4、sat=1.5、rdiss=0.07、kmax=1.E-4、kmin=7.E-6、xlaunch=0.6，再用 getin_p 允许运行配置覆盖。
2. 检查 DTIME <= DELTAT 且 nlayer >= NW，其中 DELTAT=24*3600，NW=NK*NP*NO=8。
3. 用 pt/pu/pv + DTIME*pdt/pdu/pdv 得到本方案使用的当前背景温度和风，再由 rho = pp/(rnew*tt) 计算密度。
4. 构造半层压力 PH、参考半层压力 HREF、对数压力高度 ZH、半层风 UH/VH 和 Brunt-Vaisala 频率 BV。
5. 用 HREF(LL)/HREF(1) > xlaunch 选择发射层 LAUNCH；用 cell_area 形成 kstar=pi/sqrt(cell_area)，并用 max(kmin,kstar) 限制波数下限。
6. 对 NW=8 个离散波，使用背景温度和风场的 MOD(...) 派生方位角、水平波数、相速度、内禀频率和发射层 EP flux。这里不是调用随机数发生器，而是用场变量构造可复现的“随机”特征。
7. 从 LAUNCH 向上推进 EP flux：每一层同时考虑守恒、rdiss 耗散、内禀频率变号的临界层截断，以及由 sat 控制的饱和上限。
8. 在发射层以下几层做通量补偿，使总发射通量在低层闭合。
9. 对 U/V EP flux 做垂直差分，换算为 d_u 和 d_v。
10. 用 DTIME/DELTAT/REAL(NW) 与上一时间步的 du_nonoro_gwd/dv_nonoro_gwd 做 AR(1) 平滑，更新模块记忆数组，并把 d_t 置零。
11. 对 d_u/d_v、密度和层厚积分，得到 zustr/zvstr 诊断应力。

伪代码

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

background = state + DTIME * accumulated_tendencies
rho = pressure / (gas_constant * temperature)
build half-level pressure, log-pressure height, half-level winds, BV
LAUNCH = highest reference level with HREF(level) / HREF(surface) > xlaunch

for each wave jw and grid column:
    derive azimuth and horizontal wavenumber from MOD(background fields)
    derive phase speed and intrinsic frequency
    set launch EP flux from epflux_max and local wind magnitude

for level from LAUNCH to model top:
    update intrinsic frequency
    limit EP flux by dissipation, critical level sign change, and saturation
    accumulate zonal and meridional EP flux

close flux below LAUNCH
d_u, d_v = vertical divergence of U/V EP flux
apply AR(1) memory using du_nonoro_gwd and dv_nonoro_gwd
d_t = 0
save updated memory arrays and compute diagnostic stresses

参与的主题流程

写法特点

• 源码用大写入口 NONORO_GWD_RAN，但模块名和初始化/释放例程用小写命名。
• “随机”波特征由 MOD(TT(...), 1.)、MOD(TT(...)**2, 1.) 和 MOD(100*(UU**2+VV**2), 1.) 派生，目的是避免并行分解改变结果。
• zmax_therm 仍保留在接口中，但当前主例程没有使用它决定发射层；发射层来自 presnivs 和 xlaunch。
• east_gwstress/west_gwstress 在初始化时清零，主例程中用于累加东西向波应力剖面；页面按源码字面记录，未推断其下游消费路径。

复现要点

• 必须设置 calllott_nonoro=.true.，否则 physiq 不会调用本文件；该开关在 conf_phys.F:365-367 默认 .false.。
• 可调键包括 nonoro_gwd_epflux_max、nonoro_gwd_sat、nonoro_gwd_rdiss、nonoro_gwd_kmax、nonoro_gwd_kmin、nonoro_gwd_xlaunch。
• nlayer 必须不小于 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_nonoro_gwd/dv_nonoro_gwd 是否从 start/restart 物理文件恢复；缺失时 phyetat0_mod.F90 清零。
• 水平网格面积会改变 kstar，从而改变允许的波数范围；不同网格分辨率不应期待完全一致的 GW forcing。

待确认

• east_gwstress 和 west_gwstress 在本文件中维护，但本次检索未发现已写入重启文件或被其他源码文件读取。
• zmax_therm 接口参数未参与当前计算；是否为历史热对流发射高度接口需要结合版本历史确认。
• abort_physic 未在本文件显式 use，按当前源码字面视为外部可见的物理错误处理例程。

相关页面

• phymars 目录：本模块所属目录。
• nonoro_gwd_mix_mod：同一 calllott_nonoro 分支内可选的 GW-induced mixing 方案。
• comcstfi_h：提供 g/r/pi 等公共物理常数。
• iostart：phyetat0_mod.F90 / phyredem.F90 读写物理 start/restart 字段时使用的 I/O 层。
• phyetat0_mod.md：记录本模块记忆项的读取与清零。
• phyredem：记录本模块记忆项写回 restart 的路径。
• phys_state_var_init_mod，记录本模块数组分配入口。