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soil.F

路径

LMDZ.MARS\libf\phymars\soil.F

所属目录/模块

libf/phymars

文件定位

soil.F 是火星土壤热扩散求解器。它使用隐式一阶格式（三对角矩阵）求解土壤各层温度，是地表能量收支的核心组件。由 physiq_mod 在每个物理时步调用，返回土壤温度廓线 tsoil、地表热容量 capcal 和地表扩散热通量 fluxgrd。

首次调用（firstcall=.true.）时只计算扩散系数和三对角矩阵系数，不更新温度；后续调用（firstcall=.false.）执行实际求解。

定义的符号

符号 类型 行号 作用
soil_mod module 1 包裹 soil 子程序的模块
soil subroutine 7 土壤热扩散隐式求解主例程

依赖的模块

use 模块 only 列表 用途 待确认
comsoil_h layer, mlayer, volcapa, mthermdiff, thermdiff, coefq, coefd, alph, beta, mu, flux_geo 土壤层几何、热容量、扩散系数和三对角矩阵系数
surfdat_h watercaptag, inert_h2o_ice 永久冰标记和水冰热惯量
comslope_mod nslope 坡面 bin 数量
callkeys_mod surfaceice_tifeedback, poreice_tifeedback 热惯量反馈开关

调用的关键例程

被调用例程 所在模块/文件 调用位置 作用

本模块不调用其他子程序。纯数值求解，无外部调用。

输入

输入 来源 类型/维度 单位 含义
ngrid physiq integer — 水平网格点数
nsoil physiq（nsoilmx） integer — 土壤层数（=57）
firstcall physiq logical — 首次调用标志（.true. 时只计算系数）
therm_i(ngrid,nsoil,nslope) physiq（inertiesoil 或 inertiesoil_tifeedback） real J·s⁻¹/²·m⁻²·K⁻¹ 各层热惯量
timestep physiq（ptimestep） real s 物理时步
tsurf(ngrid,nslope) physiq real K 地表温度

输出

输出 去向 类型/维度 单位 含义
tsoil(ngrid,nsoil,nslope) physiq real K 土壤各层中间温度
capcal(ngrid,nslope) physiq real J/m²/K 地表热容量
fluxgrd(ngrid,nslope) physiq real W/m² 地表扩散热通量

共享状态与副作用

核心逻辑

0. 预处理（firstcall 或 tifeedback 时执行，行 48–140）

0.1 中间层热扩散系数（行 52–67）：

0.2 层间热扩散系数（行 84–95）：

0.3 三对角矩阵系数（行 98–138）：

1. 求解土壤温度（firstcall=.false. 时执行，行 143–160）

第一层（行 146–151）：

其他层（行 153–158）：从上到下回代

2. 计算 beta 系数（为下一时步预处理，行 163–181）

底层（行 165–170）：

其他层（行 173–181）：从下到上递推

3. 地表扩散热通量（行 183–207）

伪代码

if firstcall or tifeedback:
  ! 0.1 中间层扩散系数
  for each (ig, islope):
    if watercaptag: mthermdiff = inert_h2o_ice²/volcapa
    else:           mthermdiff = therm_i²/volcapa

  ! 0.2 层间扩散系数（线性插值）
  thermdiff(ik) = weighted_avg(mthermdiff(ik-1), mthermdiff(ik))

  ! 0.3 三对角系数
  mu = mlayer(0)/(mlayer(1)-mlayer(0))
  coefq(0) = volcapa*layer(1)/timestep
  coefq(ik) = volcapa*(layer(ik+1)-layer(ik))/timestep
  coefd(ik) = thermdiff(ik)/(mlayer(ik)-mlayer(ik-1))
  alph(nsoil-1) = coefd(nsoil-1)/(coefq(nsoil-1)+coefd(nsoil-1))
  for ik = nsoil-2..1:   ! 从底层向上消去
    alph(ik) = coefd(ik)/(coefq(ik)+coefd(ik+1)*(1-alph(ik+1))+coefd(ik))
  capcal = ...  ! 含 alph 修正的地表有效热容量

if not firstcall:
  ! 求解温度（Thomas 算法回代）
  tsoil(1) = (tsurf + mu*beta(1)*thermdiff(1)/mthermdiff(0)) / (1+mu*(1-alph(1))*...)
  for ik = 1..nsoil-1:
    tsoil(ik+1) = alph(ik)*tsoil(ik) + beta(ik)

  ! 更新 beta（为下一时步）
  beta(nsoil-1) = (coefq*tsoil(nsoil)+flux_geo)/(coefq+coefd)
  for ik = nsoil-2..1:   ! 从底层向上
    beta(ik) = (coefq*tsoil(ik+1)+coefd*beta(ik+1))/(coefq+coefd*(1-alph)+coefd)

  ! 地表热通量
  Fstar = diffusion_term
  Fs = capacity_correction
  fluxgrd = Fstar + Fs

参与的主题流程

主题 参与方式
地表能量收支 提供 capcal（地表热容量）和 fluxgrd（地表扩散热通量）给 vdifc 的地表能量平衡求解
水循环 waterice_tifeedback 调整热惯量后，本例程用新热惯量重新求解土壤温度
土壤诊断 tsoil 被 writediagsoil 写入 diagsoil.nc

写法特点

复现要点

待确认

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