sugwd.F90

路径

LMDZ.MARS\libf\phymars\sugwd.F90

所属目录/模块

libf/phymars

文件定位

sugwd.F90 定义 sugwd_mod 和 SUGWD，是 Lott/Miller 地形重力波拖曳链的参数初始化层。它不直接计算风温 tendency，而是在 calldrag_noro_mod.F90 首次进入地形 GW 分支时，根据半层 sigma 坐标表 sigtest 写入 yoegwd_h 中的调参常量和安全阈值，供后续 OROSETUP、GWSTRESS、GWPROFIL、ORODRAG 使用。

定义的符号

符号	类型	行号	作用
`sugwd_mod`	module	1	封装地形重力波参数初始化例程。
`SUGWD`	subroutine	7	根据垂直层数和半层 sigma 坐标初始化 `yoegwd_h` 中的地形 GW 调参常量。

依赖的模块

use 模块	only 列表	用途	待确认
`yoegwd_h`	`GFRCRIT`, `GRCRIT`, `GVCRIT`	写入 Richardson 数、低层流和临界风速相关阈值。	-
`yoegwd_h`	`GKDRAG`, `GKDRAGL`, `GHMAX`	写入地形 GW drag 强度、派生 drag 强度和最大地形高度阈值。	-
`yoegwd_h`	`GRAHILO`, `GSIGCR`, `GSSEC`	写入高低层系数、低层流 sigma 阈值和稳定度安全下限。	-
`yoegwd_h`	`GTSEC`, `GVSEC`, `GKWAKE`	写入 stress/地形各向异性、风速和 wake drag 安全或经验系数。	-
`yoegwd_h`	`NKTOPG`	写入允许参与地形高度搜索的顶部层索引。	-

调用的关键例程

被调用例程	所在模块/文件	调用位置	作用
`WRITE(,)`	Fortran intrinsic I/O	行 60	输出 `NKTOPG` 初始化结果到标准输出。

输入

输入	来源	类型/维度	单位	含义
`nlayer`	`calldrag_noro_mod.F90::calldrag_noro` 行 96	`integer, intent(in)`	层	模型全层数；循环使用 `1:nlayer-1`。
`sigtest`	`calldrag_noro_mod.F90::calldrag_noro` 行 92-96	`real, intent(in) :: sigtest(nlayer+1)`	无量纲	半层 sigma 坐标；调用方用 `pplev(1,l)/pplev(1,1)` 从首个格点压力构造。

输出

输出	去向	类型/维度	单位	含义
`GHMAX`	`yoegwd_h`	scalar real	m，按注释语义	地形高度相关最大阈值，设为 `10000.`。
`NKTOPG`	`yoegwd_h`	scalar integer	层索引	`sigtest` 中满足全层压力比例 `>= 0.85` 的最后一个扫描层。
`GSIGCR`	`yoegwd_h`	scalar real	无量纲 sigma	`OROSETUP` 查找低层流高度时使用的 sigma 阈值，设为 `0.80`。
`GKDRAG`, `GKDRAGL`	`yoegwd_h`	scalar real	经验系数	地形 GW drag 系数；`GKDRAG=0.1`，`GKDRAGL=4*GKDRAG`。
`GFRCRIT`, `GKWAKE`, `GRCRIT`, `GRAHILO`, `GVCRIT`	`yoegwd_h`	scalar real	经验阈值/系数	低层流、wake drag、Richardson 数和风速阈值相关参数。
`GVSEC`, `GSSEC`, `GTSEC`	`yoegwd_h`	scalar real	保护阈值	风速、Brunt-Vaisala 频率平方和次网格地形各向异性的数值安全下限。

共享状态与副作用

本例程的主要副作用是写入 yoegwd_h 模块变量：GHMAX, NKTOPG, GSIGCR, GKDRAG, GFRCRIT, GKWAKE, GRCRIT, GKDRAGL, GRAHILO, GVCRIT, GVSEC, GSSEC, GTSEC。这些变量随后被地形 GW 链的预处理、应力初始化、应力廓线重算和阻塞层拖曳使用。

另一个副作用是行 60 的标准输出：

In sugwd NKTOPG= <value>

核心逻辑

设置地形高度上限 GHMAX=10000.，并把局部 sigma 阈值 ZSIGT 固定为 0.85、参考压力 ZPR 固定为 100000.。
在 JK=1,nlayer-1 上扫描相邻半层平均压力比例：ZPM1R=0.5*ZPR*(sigtest(JK)+sigtest(JK+1))。
若 (ZPM1R/ZPR) >= ZSIGT，把 NKTOPG 更新为当前 JK；因此最终结果是扫描范围内最后一个满足该阈值的层索引。
打印 NKTOPG，再写入 GSIGCR=0.80、GKDRAG=0.1、GFRCRIT=1.0、GKWAKE=1.0、GRCRIT=0.25、GKDRAGL=4*GKDRAG、GRAHILO=1.、GVCRIT=0.0。
写入安全阈值：GVSEC=0.10、GSSEC=1.E-12、GTSEC=1.E-07。

伪代码

set GHMAX
set local top sigma threshold ZSIGT = 0.85
set local reference pressure ZPR = 100000

for JK from 1 to nlayer-1:
    compute midpoint sigma as 0.5 * (sigtest(JK) + sigtest(JK+1))
    if midpoint sigma >= 0.85:
        NKTOPG = JK

print NKTOPG
write all remaining yoegwd_h tuning constants and safety thresholds

参与的主题流程

主题	参与方式
地形重力波 / 次网格地形拖曳	在 `calldrag_noro` 首调用时初始化 `yoegwd_h`，为 `OROSETUP` 的层索引和低层流判据、`GWSTRESS/GWPROFIL` 的 stress 阈值、`ORODRAG` 的 wake drag 系数提供共享参数。

写法特点

SUGWD 没有显式输出参数，所有有效输出都通过 yoegwd_h module 变量传递。
ZPR=100000. 在公式中与分子分母同时出现，NKTOPG 实际只依赖相邻 sigtest 的平均值和 ZSIGT=0.85。
NKTOPG 只在满足阈值时赋值；若异常垂直坐标让所有扫描层都不满足 >=0.85，NKTOPG 的既有值会保留。正常 Mars GCM 半层 sigma 坐标通常包含近地面层，调用方首列压力构造的 sigtest 会让低层满足该条件。
WRITE(*,*) 会在初始化时产生标准输出，批量运行日志中可据此确认本例程被触发。

复现要点

calldrag_noro 只在 firstcall 分支调用 sugwd；若垂直网格或首列压力结构改变，必须确保初始化发生在使用地形 GW 链之前。
sigtest 由 pplev(1,l)/pplev(1,1) 构造，只使用第一个水平格点的半层压力比例。
GKDRAGL 是 GKDRAG 的派生值；修改 GKDRAG 时需同步派生关系。
下游 OROSETUP/GWSTRESS/GWPROFIL/ORODRAG 对 yoegwd_h 的读取没有在本文件内做一致性检查。

待确认

GHMAX 的单位和下游使用位置需在 yoegwd_h.F90 及完整地形 GW 链中继续核验。
NKTOPG 无命中时保留旧值的行为是否为设计意图，需结合运行配置和历史 IFS 版本确认。