thermcell_dqup.F90

路径

LMDZ.MARS\libf\phymars\thermcell_dqup.F90

所属目录 / 模块

libf/phymars

文件定位

thermcell_dqup.F90 定义 Martian thermal plume model 的被动垂直输送算子。它不求解热羽流结构本身，而是在上游已经给定上升质量通量 fm、夹卷 entr 和退卷 detr 后，把任意层中心标量 q_therm 沿热羽流上升输送，最后返回整物理时间步的导数 dq_therm=(q-q_initial)/ptimestep。在 calltherm_interface_mod 中，它用于风、非 CO2 tracer 和可选 TKE；在 thermcell_main_mars 中也用于内部变量输送。

定义的符号

依赖的模块

调用的关键例程

被调用位置

输入

输出

共享状态与副作用

本文件不读写共享模块变量、不做文件 I/O，也不打印诊断。所有状态变化都限制在局部数组 q/qa/invflux0 和输出实参 dq_therm 中。

核心逻辑

1. 把环境标量 q 和上升流标量 qa 初始化为 q_therm。
2. 用 ztimestep=ptimestep/ndt 和 invflux0=ztimestep/masse0 准备子步长换算因子。
3. 每个子步先令底层 qa(:,1)=q(:,1)。
4. 从第 2 层到 limz，若 (fm(k+1)+detr(k))*ptimestep 足够大，则用上一层上升流和本层夹卷环境值计算 qa(k)；否则令 qa(k)=q(k)。
5. 对 1 到 limz 层更新环境 q：退卷加入、夹卷移除、下界面流出、上界面流入。源码第 90-94 行的更新式含 fm(:,k+1)*q(:,k+1)，因此 k=limz 时会读取 q(:,limz+1)；若调用方传入 limz=nlayer，这里等价读取 q(:,nlayer+1)。
6. 子步循环结束后输出整步导数。源码先把 dq_therm=0.，随后第 101-103 行只写 1:limz，所以 limz+1:nlayer 的输出保持为 0，而不是保持某个输入标量的初始化值。

伪代码

q = q_initial
qa = q_initial
for each transport substep:
    qa[:,1] = q[:,1]
    for k = 2..limz:
        if flux is large enough:
            qa[:,k] = (fm[:,k]*qa[:,k-1] + entr[:,k]*q[:,k]) /
                      (fm[:,k+1] + detr[:,k])
        else:
            qa[:,k] = q[:,k]
    for k = 1..limz:
        q[:,k] += (detr*qa - entr*q - fm_down*q + fm_up*q[:,k+1]) * dt / mass
dq = 0
for k = 1..limz:
    dq[:,k] = (q[:,k] - q_initial[:,k]) / ptimestep

参与的主题流程

写法特点

• 本文件没有模块依赖，便于被接口层和主热羽流求解器共同复用。
• limz 限制了计算层范围；源码把 dq_therm 预置为 0 后只写 1:limz，因此 limz+1:nlayer 的输出为 0。
• do k=1,limz 的环境标量更新会读取 q(:,k+1)。调用方若允许 limz=nlayer，必须保证实参或调用上下文不会让 q(:,nlayer+1) 访问越界。
• 通量阈值 1.e-5*masse0/ptimestep 用来避免分母太小导致不稳定。

复现要点

• ndt 改变会改变内部显式输送的数值扩散和稳定性；接口层当前常用 ndt=10。
• masse0 不能为零，否则 invflux0=ztimestep/masse0 会失效。
• limz 必须与上游热羽流高度一致，否则会漏输送或越过有效层；特别是 limz=nlayer 时，源码第 90-94 行会访问 q(:,nlayer+1)，复现或移植时必须显式检查顶层边界数组是否可读。

待确认

• 已随 thermcell_main_mars 确认第 1193 行调用用于 CO2 tracer 内部输送；thermcell_dqup 本身不区分变量物理含义，仍需由调用方保证 masse/fm/entr/detrmod/limz 一致。

相关页面

• calltherm_interface_mod：主调用方，负责把风、tracer 和 TKE 传入本例程。
• thermcell_main_mars：热羽流主求解器。
• comtherm_h：热羽流配置和 dtke_thermals 开关。