tracer_mass_fixer_dyn_mod.F90

路径

LMDZ.MARS\libf\phymars\tracer_mass_fixer_dyn_mod.F90

所属目录/模块

libf/phymars

文件定位

tracer_mass_fixer_dyn_mod.F90 修正动力学过程中对大气成分占比显著的 tracer（CO、O₂、H₂、HO₂、H₂O₂、N₂、Ar、He）的质量非守恒问题。它在每个物理时步开始时，比较当前 tracer 全球总质量与上一时步结束时的值，按比例缩放所有层的混合比，确保动力传输不产生虚假的质量源/汇。

作者：Y. Luo（2026 年 3 月）。通过 callphys.def 中 call_mass_fixer_dyn 开关控制。

定义的符号

依赖的模块

调用的关键例程

输入

tracer_mass_fixer_dyn

compute_tracer_mass_global

输出

tracer_mass_fixer_dyn

compute_tracer_mass_global

共享状态与副作用

• call_mass_fixer_dyn：!$omp threadprivate，由 conf_phys 从 callphys.def 读取。
• found_startfi_*：!$omp threadprivate，在 phyetat0_mod 读取 startfi.nc 时设置。
• mass_predyn(nq)：!$omp threadprivate，allocatable SAVE 数组，跨时步保存上一时步的全球总质量。
• mass_predyn_*（标量）：!$omp threadprivate，用于 startfi.nc 的 I/O（phyetat0_mod 读、phyredem.F90 写）。
• pdq 修改：修正 tendency 加入 physiq 的 pdq 数组（行 899）。

核心逻辑

主修正流程（tracer_mass_fixer_dyn，行 28–100）

1. 计算当前全球质量（行 54）：调用 compute_tracer_mass_global 得到 mass_postdyn。
2. 逐 tracer 修正（行 58–96）：对 8 个指定 tracer（CO、O₂、H₂、HO₂、H₂O₂、N₂、Ar、He）：
   • 条件：tracer 存在（igcm_xx ≠ 0）且有有效参考质量（firstcall 时需 found_startfi_xx，后续时步直接用 mass_predyn）
   • 修正因子：masscorrfac = mass_predyn / mass_postdyn
   • 修正混合比：pq_corrdyn = pq * masscorrfac
3. 计算 tendency（行 98）：pdq_corrdyn = (pq_corrdyn - pq) / ptimestep

全球质量计算（compute_tracer_mass_global，行 102–152）

• 仅对 8 个指定 tracer 计算（按名称匹配 noms(iq)）
• 柱密度：colden(ig,iq) = Σ_l pq(ig,l,iq) * Δp(ig,l) * 6.022e22 / (mmol(iq) * g)
• 全球质量：mass(iq) = planetwide_sumval(colden / 6.022e23 * mmol(iq) * 1e4 * cell_area)

初始化（ini_tracer_mass_fixer_dyn，行 195–207）

• 分配 mass_predyn(nq)，初始化为 -999.
• -999. 确保从 newstart 输出启动时，found_startfi_* 保持 .false.，第一步不执行修正

startfi 读写

• 读取：phyetat0_mod.F90 读取 mass_predyn_co 等标量，若存在且 > 0 则设 found_startfi_xx = .true.
• 写入：phyredem.F90 在重启文件中写入 mass_predyn(igcm_co) 等标量
• 设置：set_mass_predyn_from_startfi 在 physiq 的 firstcall 时将标量值复制到 mass_predyn 数组

伪代码

! tracer_mass_fixer_dyn
mass_postdyn = compute_tracer_mass_global(pq, zplev)

for each tracer in {co, o2, h2, ho2, h2o2, n2, ar, he}:
  if tracer exists and (not firstcall or found_startfi):
    masscorrfac = mass_predyn / mass_postdyn
    pq_corrdyn = pq * masscorrfac

pdq_corrdyn = (pq_corrdyn - pq) / dt

! compute_tracer_mass_global
for each target tracer:
  for each column:
    colden = Σ_layers pq * Δp * 6.022e22 / (mmol * g)
  mass = planetwide_sumval(colden / 6.022e23 * mmol * 1e4 * cell_area)

参与的主题流程

写法特点

• !$omp threadprivate：所有共享变量都标注线程私有（行 19–24）。
• 8 个 tracer 硬编码：修正逻辑对 8 个 tracer 各写一个 if 块，而非循环——代码冗长但每个 tracer 有独立的 found_startfi_* 标志。
• startfi 标量 I/O：mass_predyn_* 以标量形式写入/读取 startfi.nc（非数组），每个 tracer 一个独立变量。
• -999. 初始化：mass_predyn 初始化为 -999.，确保从 newstart 启动时第一步不修正（found_startfi_* 保持 .false.）。
• 均匀缩放：修正方法是简单的全球质量比例缩放（pq * masscorrfac），不区分高度或区域。
• compute_tracer_mass_global 选择性计算：只对 8 个指定 tracer 计算质量，其他 tracer 跳过。

复现要点

• call_mass_fixer_dyn = .true.（callphys.def）时才启用。
• 修正依赖 startfi.nc 中的 mass_predyn_co 等标量字段；若不存在或 ≤ 0，该 tracer 在第一步不修正。
• phyredem.F90 在重启时写入 mass_predyn(igcm_co) 等，确保跨重启连续性。
• 修正因子是全局均匀缩放，不考虑空间分布差异。

待确认

• 行 141 6.022e22 和行 146 6.022e23 的来源（待确认：推断为阿伏伽德罗常数相关的单位换算因子，6.022e23 是 NA/mol，6.022e22 可能是 NA/10*mol 或 cm² 相关换算）。
• 修正因子 mass_predyn / mass_postdyn 若 mass_postdyn 接近 0 可能产生极大值（待确认：是否有除零保护）。
• compute_tracer_mass_global 中只对 8 个 tracer 计算，但 mass(nq) 返回完整数组——未计算的 tracer 值未初始化（待确认：调用方是否只使用已计算的 tracer）。

相关页面

• tracer_mod — tracer 共享定义核心模块，提供 noms、igcm_*、mmol
• config-system — 配置体系总览，含 call_mass_fixer_dyn 开关
• water-cycle — 水循环主题页
• co2-cycle — CO2 循环主题页