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waterice_tifeedback_mod.F90

快速理解

它做什么： 水冰热惯量反馈模块，被 physiq 调用（physiq_mod.F:2487）；根据地表水冰或孔隙冰重算土壤热惯量廓线，供 soil 求解地温时替代默认值。

基本过程： surfaceice_tifeedback（地表块状冰→三层热惯量）或 poreice_tifeedback（孔隙冰→Siegler 公式抬高）→ 输出 newtherm_i → 传给 soil。

关键结果： 更新的热惯量廓线 newtherm_i，供 soil 替代 inertiedat。

路径

LMDZ.MARS\libf\phymars\waterice_tifeedback_mod.F90

所属目录/模块

libf\phymars

文件定位

该文件定义 waterice_tifeedback_mod 模块，含唯一 subroutine waterice_tifeedback。职责是：根据地表水冰覆盖量或土壤孔隙冰填充率，重算一套土壤热惯量廓线 newtherm_i(ngrid,nsoil,nslope)，供 soil 例程在求解地温时替代默认热惯量 inertiedat。这是水冰对地表/地下热状态的“热惯量反馈”。

源码头注释说明两种机制（互斥，当前不能同时开启）：

历史：JBM 为纯冰编写（2008-2012），LL 于 2024 移入模块/改 .F90 并加入孔隙冰路径。

定义的符号

符号 类型 行号 作用
waterice_tifeedback_mod module 1 容器模块
waterice_tifeedback subroutine 25 按水冰覆盖/孔隙冰重算土壤热惯量廓线

依赖的模块

use 模块 only 列表 用途 待确认
tracer_mod rho_ice 水冰密度（kg·m⁻³），把地表冰量 icecover（kg·m⁻²）换算为厚度 icedepth（m） 否
comsoil_h layer 各土壤层深度（m），用于定位冰/风化层边界 否
comsoil_h inertiedat 默认土壤热惯量廓线 (ngrid,nsoil)，无冰层与孔隙冰公式的基底值 否
comsoil_h porosity_reg 风化层孔隙率（PARAMETER=0.45，comsoil_h.F90:41），孔隙冰公式权重 否
surfdat_h watercaptag 永久水冰盖标志（logical），为真时整列设为冰热惯量 否
surfdat_h inert_h2o_ice 地表水冰热惯量（默认 2400 J·m⁻²·K⁻¹·s⁻¹ᐟ²，conf_phys.F:1012） 否
callkeys_mod poreice_tifeedback 孔隙冰反馈开关（默认 .false.，conf_phys.F:1145） 否
callkeys_mod surfaceice_tifeedback 地表冰反馈开关（默认 .false.，conf_phys.F:780） 否

调用的关键例程

被调用例程 所在模块/文件 调用位置 作用
无 — — 本例程不调用其他例程，仅含算术、sqrt 与循环

调用方（核验）：

调用方 位置 上下文
physiq_mod.F :737 firstcall/初始化土壤前，IF (surfaceice_tifeedback.or.poreice_tifeedback) 内调用，输出 inertiesoil_tifeedback 传给 soil
physiq_mod.F :2487 主物理步中再次调用（地温反馈更新）

调用实参（核验 physiq_mod.F:737-739）：icecover = qsurf(:,igcm_h2o_ice,:)、poreice = pore_icefraction，输出 newtherm_i = inertiesoil_tifeedback，随后该热惯量传入 soil(...)（:741）。

输入

输入 来源 类型/维度 单位 含义
ngrid 调用方 integer — 水平格点数
nsoil 调用方 integer — 土壤层数（传 nsoilmx）
nslope 调用方 integer — 次网格坡面数
icecover(ngrid,nslope) 调用方 real kg·m⁻² 地表水冰量（传 qsurf(:,igcm_h2o_ice,:)）
poreice(ngrid,nsoil,nslope) 调用方 real 1（分数） 孔隙冰填充率（传 pore_icefraction）

注意：ngrid/nsoil/nslope 及 icecover/poreice/newtherm_i 在声明区未写 intent（见“写法特点”），但按用途 icecover、poreice 为输入、newtherm_i 为输出。

输出

输出 去向 类型/维度 单位 含义
newtherm_i(ngrid,nsoil,nslope) 调用方 real J·m⁻²·K⁻¹·s⁻¹ᐟ² 新土壤热惯量廓线，传给 soil 求地温

共享状态与副作用

核心逻辑

  1. 先把 newtherm_i 全置 0。
  2. 若 surfaceice_tifeedback 为真（地表块状冰路径），对每个坡面、每个格点：
    • 冰厚 icedepth = icecover/rho_ice（m）。
    • 若 icedepth >= layer(nsoil) 或 watercaptag(ig) 为真（冰极厚或永久冰盖）：整列 newtherm_i = inert_h2o_ice。
    • 否则若 icedepth < layer(1)（冰极薄，忽略）：整列 newtherm_i = inertiedat。
    • 否则（冰介于其间）：
      • 找冰/风化层边界 iref：第一个满足 layer(ik) <= icedepth < layer(ik+1) 的 ik+1。
      • 边界以上各层 ik=1..iref-1 设为 inert_h2o_ice（纯冰）。
      • 边界层 iref 用热传导串联公式取过渡值：sqrt( (layer(iref)-layer(iref-1)) / ( (icedepth-layer(iref-1))/inert_h2o_ice² + (layer(iref)-icedepth)/inertiedat(ig,ik)² ) )。
      • 边界以下各层 ik=iref+1..nsoil 保留 inertiedat。
  3. 否则若 poreice_tifeedback 为真（孔隙冰路径），对每个坡面整层向量化： newtherm_i(:,:,islope) = sqrt(inertiedat(:,:)² + porosity_reg*poreice(:,:,islope)*inertie_purewaterice²)。
  4. 两个开关都为假时，newtherm_i 保持全 0（调用方此时不会用它，见复现风险）。

伪代码

subroutine waterice_tifeedback(ngrid, nsoil, nslope, icecover, poreice, newtherm_i):
    newtherm_i = 0

    if surfaceice_tifeedback:
        for islope, ig:
            icedepth = icecover(ig,islope) / rho_ice
            if icedepth >= layer(nsoil) or watercaptag(ig):
                newtherm_i(ig,:,islope) = inert_h2o_ice           # 整列纯冰
            else if icedepth < layer(1):
                newtherm_i(ig,:,islope) = inertiedat(ig,:)        # 冰太薄，忽略
            else:
                iref = first ik+1 where layer(ik) <= icedepth < layer(ik+1)
                newtherm_i(ig, 1:iref-1, islope) = inert_h2o_ice  # 冰层
                newtherm_i(ig, iref, islope) =                    # 过渡层（串联）
                    sqrt( (layer(iref)-layer(iref-1)) /
                          ( (icedepth-layer(iref-1))/inert_h2o_ice^2
                          + (layer(iref)-icedepth)/inertiedat^2 ) )
                newtherm_i(ig, iref+1:nsoil, islope) = inertiedat # 下伏风化层

    else if poreice_tifeedback:
        for islope:
            newtherm_i(:,:,islope) =
                sqrt(inertiedat^2 + porosity_reg*poreice(:,:,islope)*inertie_purewaterice^2)

参与的主题流程

主题 参与方式
水循环 地表/地下水冰对土壤热惯量的反馈：改变地温日/季节循环，进而影响地表冰的凝结/升华与 CO2 凝结。是水循环与地表能量收支的耦合点

写法特点

复现要点

待确认

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