aeroptical.F90

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LMDZ.MARS\util\aeroptical.F90

所属目录/模块

util

文件定位

aeroptical.F90 是 LMD Mars GCM 输出的离线气溶胶不透明度计算工具。它读取 diagfi.nc、stats.nc 或 concat.nc 类 NetCDF 文件中的气溶胶质量混合比、有效半径和大气密度 rho，再读取外部 ASCII 光学性质表，在用户指定参考波长处计算每种 aerosol 的 extinction 或 absorption opacity，输出 input_OPAext.nc 或 input_OPAabs.nc。

程序支持最多 20 种 aerosol。每种 aerosol 由一行输入指定：

<aerosol_name>,<aerosol_mmr>,<aerosol_reff>,<aerosol_rho>,<optpropfile_name>

其中 aerosol_reff 可以是 GCM 文件中的变量名，也可以是一个以 m 为单位的固定数值。若用户要求，还会计算柱积分光学厚度 tau_<aerosol_name>。

定义的符号

依赖

调用的关键例程

输入

输出

副作用

• 输出 NetCDF 使用 nf90_clobber，同名 *_OPAext.nc 或 *_OPAabs.nc 会被覆盖。
• 每种 aerosol 创建或覆盖一个 aeropt_log_<name>.txt。
• 读写大型 4D 数组，内存随 lon*lat*alt*time 和 aerosol 数量增长。
• 必需坐标、rho、选中 MMR 变量、光学表、参考波长范围或柱积分层厚路径失败时会停止。

核心逻辑

1. 读取用户输入：输入 GCM 文件、光学表目录、参考波长、opacity 类型、是否柱积分，以及 aerosol 列表。
2. 解析 aerosol 列表：
   • reffname_aer 若能读成数值，视为固定有效半径并广播到全网格；
   • 否则视为 GCM 文件中的有效半径变量名。
3. 创建输出文件：
   • ext 输出 *_OPAext.nc；
   • abs 输出 *_OPAabs.nc。
4. 复制坐标和辅助字段：
   • inidims 复制 longitude/latitude/altitude/Time 和可选 controle。
   • init2 复制 hybrid 或 sigma 坐标、aire、phisinit。
5. 可选计算层厚 delta_z：
   • 优先使用 zzlev 的界面高度，单位 m 转 km。
   • 若 altitude long_name 是 pseudo-alt，优先用 ap/bp/ps/rho 从层质量公式计算层厚，否则退到 pseudo-alt 中点差。
   • 若 altitude 单位是 m，用 altitude 层中心差估算层厚。
   • 若 altitude 单位是 Pa，要求 zareoid 存在，用 zareoid 层中心差估算层厚。
6. 检查变量存在性：每种 aerosol 必须有 MMR；如果 reff 是变量名，也必须存在。不存在的 aerosol 被跳过；所有 aerosol 都不可算时停止。
7. 读取 rho：全局读取 atmospheric density，所有 aerosol 共用。
8. 逐 aerosol 计算 opacity：
   • 读取 MMR 和 reff。
   • 调 aeropt_mod 创建日志、读取光学表。
   • 对固定 reff，只插值一次 Qext/omeg；对 reff 变量，在每个格点/层/时间插值。
   • 若 Qext 或 MMR 缺测，输出缺测。
   • extinction opacity 公式为：

opa = 750 * Qext * mmr * rho / (rho_aer * reff)

• absorption opacity 进一步乘 (1 - omeg)。

9. 可选柱积分：累加 tau += opa * delta_z。若整列都是缺测，tau 设为 missing；若至少一个有效 opacity 为 0，允许 tau=0。
10. 写输出并清理：写 opa_* 和可选 tau_*，释放 aerosol 数组和 aeropt_mod 缓存。

伪代码

read gcmfile, datadir, wvl_val, opatype, compute_col
read aerosol lines until blank
open gcmfile
create output file by opatype
inidims: copy lon/lat/alt/Time and define output dims
init2: copy vertical/static auxiliaries and compute delta_z if requested
for each aerosol:
  verify MMR and optional reff variable
read rho
for each valid aerosol:
  read MMR
  read reff or fill constant reff
  create aeropt log
  read optical property table
  define opa_<aerosol>
  for time, lon, lat, alt:
    interpolate Qext/omeg at wvl and reff
    opa = 750 * Qext * mmr * rho / (rho_aer * reff)
    if absorption: opa *= (1 - omeg)
    if compute_col: tau += opa * delta_z
  write opa_<aerosol>
  if compute_col: define and write tau_<aerosol>
  release arrays and optical table
close files

参与的主题流程

复现要点

• aeroptical.def 中每个 aerosol 行用逗号分隔；示例包括 dust,dustq,reffdust,2500,optprop_dustvis_TM_n50.dat。
• wvl_val 和 reff 固定值都必须用 m。
• rho_aer 是 aerosol 粒子材料密度，单位 kg/m3，直接进入分母。
• 输入 GCM 文件必须含 rho；每个 aerosol 必须含 MMR 变量。
• 如果选择柱积分，文件必须能通过 zzlev、pseudo-alt + ap/bp/ps/rho、m 单位高度、或 Pa 坐标加 zareoid 之一构造 delta_z。
• 参考波长超出光学表范围会停止；有效半径超出表范围会输出 missing 并写日志。

待确认

• extinction opacity 公式中的常数 750 在源码中无推导注释；页面按源码记录，物理单位换算需开发者确认。
• 压力坐标分支中 delta_z(:,:,1,:) = ... 出现在按单点循环内部，疑似应写单个 (ilon,ilat,1,it)；复现时按源码字面行为执行。
• 若 MMR 无 missing_value 属性，默认 missval=1.e+20；不同输入文件约定可能导致缺测识别不一致。
• aeroptlogfile 通过 internal write 生成，可能包含前导空格；实际文件名需按 Fortran 输出检查。

复现风险

• 输出文件和日志会覆盖同名文件。
• 光学表、reff、wavelength 单位混用会直接改变结果量级。
• compute_col=yes 对层厚路径要求高；zrecast 后 pressure 坐标缺少 zareoid 会停止。
• 多 aerosol 大文件会重复读取和分配 4D 数组，运行时间和内存需求较高。

相关页面

• aeropt_mod.md - 光学性质表读取与插值模块。
• util/index.md - util 后处理工具总览。
• concatnc.md - 常见上游拼接工具。
• gencol.md - 柱含量重算工具。