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swmain_mod.F

路径

LMDZ.MARS\libf\phymars\swmain_mod.F

所属目录 / 模块

libf/phymars
MODULE swmain_mod

文件定位

swmain_mod.F 是短波太阳辐射主程序模块。它由 callradite_mod 在每个辐射子域内调用，接收已经准备好的气溶胶可见光光学厚度、两太阳谱段的 QVISsQREF3d/omegaVIS3d/gVIS3d、地表反照率、太阳天顶角和日照分数；对两个太阳谱段分别调用 Fouquart 或 Toon solver，得到归一化上下行短波通量，再乘入当前日火距离下的太阳常数和日照几何因子，最后由谱段合计净通量差计算短波加热率。

本文件只负责 1:nlaylte 的 LTE 短波层。nlaylte 由 nlthermeq 写入 yomlw_h，上游 callradite 会把 nlaylte+1:nlayer 的短波倾向置零。

定义的符号

符号 类型 行号 作用
swmain_mod module 1 短波辐射主程序模块
SWMAIN subroutine 7-196 调度两个太阳谱段的短波 solver，输出谱段上下行 flux 和合计短波加热率

本文件没有 SAVE、THREADPRIVATE 或 common block。

依赖的模块

use 模块 only 列表 用途 待确认
dimradmars_mod ndlo2, ndlon, nflev, nsun, naerkind 工作数组维度、太阳谱段数和气溶胶种类数
yomlw_h nlaylte, gcp LTE 有效层数；gcp=g/cpp 用于 flux divergence 转 K/s
callkeys_mod swrtype 选择短波 solver：1 为 Fouquart，2 为 Toon
swr_fouquart_mod swr_fouquart swrtype=1 的短波连续散射方案
swr_toon_mod swr_toon swrtype=2 的 Toon two-stream 方案

调用的关键例程

被调用例程 所在模块 / 文件 调用位置 作用
SWR_FOUQUART swr_fouquart.F 151-154 给定太阳谱段的 Fouquart 短波散射通量求解
SWR_TOON swr_toon.F 157-160 给定太阳谱段的 Toon two-stream 通量求解
abort_physic 公共错误处理 162-163 swrtype 不是 1 或 2 时终止

直接调用方

调用方 位置 调用目的
callradite_mod.F::callradite 547-551 在每个 ndomainsz 子域内计算短波加热率和上下行短波通量

输入

输入 来源 类型 / 维度 单位 含义
KDLON, KFLEV callradite 子域 integer - 当前子域列数和辐射垂直层维度
PCST callradite real W/m2 当前日火距离下的太阳常数，flux_1AU/dist_sol^2
albedo(NDLO2,2) callradite real - 两个太阳谱段地表半球反照率
PRMU0(NDLO2) callradite real - 原始太阳天顶角余弦
PDP(NDLO2,KFLEV) callradite real Pa 每层压力厚度
PPLEV(NDLO2,KFLEV+1) callradite real Pa 层界面压力；本文件用来算 sigma 厚度
aerosol(NDLO2,KFLEV,naerkind) aeropacity -> callradite real optical depth 各类气溶胶逐层参考波长光学厚度
PFRACT(NDLO2) physiq/callradite real - 当前时间步白昼分数
QVISsQREF3d, omegaVIS3d, gVIS3d aeroptproperties -> callradite real - 两太阳谱段的气溶胶消光比、单次散射反照率和不对称因子

输出

输出 去向 类型 / 维度 单位 含义
PHEAT(NDLO2,KFLEV) callradite -> dtsw real K/s 合计两个太阳谱段后的短波加热率
PFLUXD(NDLON,NFLEV+1,2) callradite real W/m2 每个界面、每个太阳谱段的向下短波通量
PFLUXU(NDLON,NFLEV+1,2) callradite real W/m2 每个界面、每个太阳谱段的向上短波通量

共享状态与副作用

核心流程

1. 太阳入射通量和修正太阳角

行 111-122 对每列计算：

ZFACT = PRMU0 * PCST * PFRACT
ZRMU  = sqrt(1224*PRMU0^2 + 1) / 35   if PRMU0 > 0
      = 1/35                           otherwise
ZSEC  = 1/ZRMU

ZFACT 是把 solver 返回的归一化 flux 转成物理 W/m2 的列因子，含太阳天顶角、当前太阳常数和日照分数。ZRMU 是大太阳天顶角修正后的有效余弦，传给短波 solver。

2. Sigma 层厚

行 126-138 用界面压力构造 ZDSIG。从地表 ZSIGO=1 开始，对 JK=1:nlaylte：

ZSIGN = PPLEV(JK+1) / PPLEV(1)
ZDSIG(JK) = ZSIGO - ZSIGN
ZSIGO = ZSIGN

这把压力层厚转换成相对地表压力的 sigma 厚度，供 Fouquart/Toon solver 分配层光学量。

3. 两个太阳谱段 solver

行 147-173 对 INU=1,2 循环。源码注释说明两个太阳谱段分别是 long1vis-long2vis 和 long2vis-long3vis，具体边界在 dimradmars_mod 中定义。

两个 solver 都返回归一化 ZFD/ZFU。SWMAIN 随后把每个界面的归一化 flux 乘 ZFACT，写入 PFLUXD/PFLUXU(:,:,INU)。

4. 谱段合计和短波加热率

行 179-185 先把两个谱段相加：

ZFUP   = PFLUXU(:,:,1) + PFLUXU(:,:,2)
ZFDOWN = PFLUXD(:,:,1) + PFLUXD(:,:,2)

行 187-193 计算每层净通量散度：

ZDFNET = ZFUP(JK) - ZFDOWN(JK) - ZFUP(JK+1) + ZFDOWN(JK+1)
PHEAT  = gcp * ZDFNET / PDP(JK)

这把 W/m2 的界面净通量差转为 K/s。符号按源码：层顶/层底上下行组合决定正加热或冷却。

伪代码

SWMAIN:
  for each column:
    ZFACT = mu0 * solar_constant * daylight_fraction
    ZRMU = high-zenith corrected solar angle cosine
    ZSEC = 1 / ZRMU

  build sigma layer thickness ZDSIG from pressure interfaces for 1:nlaylte

  for INU in [1, 2]:
    if swrtype == 1:
      call SWR_FOUQUART(..., INU, aerosol, VIS optical properties, albedo, ZDSIG, ZRMU, ZSEC, ZFD, ZFU)
    else if swrtype == 2:
      call SWR_TOON(... same role ...)
    else:
      abort

    PFLUXD(:,:,INU) = ZFD * ZFACT
    PFLUXU(:,:,INU) = ZFU * ZFACT

  for each interface:
    ZFDOWN = sum downward flux over two bands
    ZFUP   = sum upward flux over two bands

  for each LTE layer:
    PHEAT = (g/cpp) * net_flux_divergence / layer_pressure_thickness

参与的主题流程

主题 参与方式
短波辐射 两太阳谱段主调度，输出短波加热率和上下行通量
气溶胶辐射 消费 aerosol、QVISsQREF3d、omegaVIS3d、gVIS3d，由下游 solver 合成层散射参数
Rayleigh 散射 本文件不直接读 rayleigh，但 SWR_FOUQUART/SWR_TOON 会在各自内部按开关调用 swrayleigh
LTE/NLTE 边界 仅循环 nlaylte 层；高层短波倾向由 callradite 置零，后续由其他 NIR/NLTE 路径处理
地表能量收支 输出地表界面的上下行短波通量，供 physiq 的地表能量路径使用

写法特点

复现要点

待确认

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