concatnc.F90

快速理解

它做什么： 独立命令行程序，把多个 diagfi.nc/concat.nc/stats.nc 沿 Time 维拼接到 concat.nc。

基本过程： stdin 读输入文件列表/时间轴/变量 → 创建 concat.nc → 追加 1D/3D/4D 变量。

关键结果： 统一时间序列 concat.nc，是 util 后处理链第一步。

路径

LMDZ.MARS\util\concatnc.F90

所属目录/模块

util

文件定位

concatnc.F90 是 LMD Mars GCM 输出的 NetCDF 时间拼接工具。它读取多个 diagfi.nc、concat.nc、stats.nc 类文件，把用户选择的时间相关变量沿输出 Time unlimited 维追加到固定输出文件 concat.nc，并复制首个输入文件中的经纬度、高度、垂直坐标、网格面积和地表位势等辅助变量。

本文件是独立命令行 program concatnc，不是 GCM 运行时模块。程序通过 stdin 交互式读取输入文件列表、起始 sol 策略、输出时间轴类型和变量列表；典型用法是 concatnc.e < concatnc.def。它通常位于 util 后处理链第一步，后续结果可交给 zrecast、localtime.F90、lslin.F90 或 extract.F90。

定义的符号

依赖的模块

无 LMDZ 物理模块依赖。程序只操作 NetCDF 文件和 stdin/stdout。

调用的关键例程

输入

输出

共享状态与副作用

• 固定输出文件名：filename="concat.nc"，initiate 用 NF_CLOBBER 创建，当前目录中同名文件会被覆盖。
• stdin 交互：输入文件列表、时间策略、axis 和变量列表都通过 read(*,...) 获取；.def 文件必须严格匹配读取顺序。
• stdout 进度与错误提示：程序打印文件打开、时间轴、变量名、Sol 和 NetCDF 错误。
• 硬停止：缺少输入文件、必要坐标、Time 维、请求变量或 NetCDF 写入失败时直接 stop。
• 输出时间状态：reptime 记录已写入时间长度；previous_last_output_time 用来处理跨年或文件时间倒退。
• 无线程安全要求：本程序为单进程命令行工具，内部没有 SAVE 缓存或并行状态。

核心逻辑

1. 读取输入参数：stdin 读入多个输入文件名；读取起始 sol 策略；打开第一文件，读取变量总数；读取 axis，仅接受 sol、ls、adls。
2. 筛选候选变量：notconcat(1:24) 排除坐标、控制和静态辅助量，包括 Time、controle、latitude/longitude/altitude、aps/bps、ap/bp、aire/area、phisinit/phisfi 和 XIOS 时间/边界变量。用户可输入 all 或逐项变量名。
3. 逐输入文件循环：
   • 打开文件，读取 latitude/lat、longitude/lon、altitude、可选 GCM_layers。
   • 查找 index 或 controle_axe，可用时读取 controle 并取 ctlsol=ctl(4)。
   • 查找 Time 或 time_counter 并读取时间数组。
4. 首个文件初始化输出：
   • 保存经纬高和 controle 长度，用于后续文件兼容性检查。
   • 计算 starttimeoffset 和 previous_last_output_time；有 controle 时还把输出 ctl(4)、ctl(27) 置零。
   • 调 initiate 定义输出维度和坐标；调 init2 复制垂直坐标与静态辅助量。
5. 后续文件兼容性检查：纬度、经度、高度和 controle 长度必须与首文件一致，否则停止。
6. 追加 Time：对当前文件每个时间样本计算 output_time。有 controle 时使用 time(rep)+ctlsol-starttimeoffset，若小于上一输出时间则加 year_day=669 直到连续；无 controle 时按当前文件时间间隔顺推。
7. 追加变量：对每个用户变量查找变量 ID，只接受 1D、3D、4D；按维度构造 dim/corner/edges，首文件定义输出变量并复制 long_name/title 与 units，随后用 NF_PUT_VARA_REAL 追加数据块。
8. 复制缺测属性：若输入变量有 missing_value，调用 missing_value 复制 valid_range 和 missing_value 属性。
9. 后处理时间轴：所有文件处理后，如果 axis=="ls" 或 axis=="adls"，调用 change_time_axis。sol2ls 对每个 sol 做 Ls 转换，并修正相邻 Ls 跨 0/360 度导致的大跳变。

伪代码

program concatnc:
  read input file list until blank
  read optional startsol; read axis in {sol, ls, adls}
  open first file; list variables except notconcat
  read variable selection: all or names
  filename = "concat.nc"; reptime = 0

  for each input file:
    open file if not first
    read lat/lon/alt, optional GCM_layers
    read optional controle from index/controle_axe
    read Time or time_counter

    if first file:
      store reference dimension lengths
      compute starttimeoffset and previous_last_output_time
      initiate(concat.nc, coordinates, controle, axis)
      init2(copy vertical coordinate, area, phisinit)
    else:
      require lat/lon/alt/controle lengths match first file

    for rep in current file Time:
      output_time = controle-aware sol, else sequential time
      while output_time < previous_last_output_time:
        output_time += 669
      append output_time at Time(reptime+rep)

    for each selected variable:
      require ndim in {1,3,4}
      build output dimensions and write corner/edges
      if first file: define output variable and attributes
      read full input variable into var3d
      append var3d block to output
      copy missing_value/valid_range if present

    reptime += timelen
    close input file

  if axis is ls or adls:
    change_time_axis(output)
  close output file

参与的主题流程

写法特点

• 旧式 NetCDF API：全文件使用 include "netcdf.inc" 和 NF_* 接口。
• 固定静态变量排除表：notconcat(1:24) 既跳过经典 diagfi 坐标，也跳过 XIOS 的 lat/lon/time_counter/time_instant_bounds/area/phisfi。
• 维度只支持 1D/3D/4D：非这三类变量会被跳过，不能拼接 2D 静态变量；静态量由 init2 单独复制。
• GCM_layers 与 altitude 分离：若输入来自 zrecast，GCM_layers 可不同于 altlen，用于复制原始 hybrid/sigma 层。
• adls 模式意图：保留 Time 为 sol，并额外写 Ls 变量；待确认处见下。

复现要点

• .def 输入顺序必须是：文件名列表（空行结束）、起始 sol 策略、axis、变量列表（all 或逐行变量名，空行结束）。
• 所有输入文件的 latitude、longitude、altitude 长度必须一致；controle 有无和长度也必须一致。
• 若输入含 controle，输出 controle(4) 和 controle(27) 会被置零，输出 Time 由 time + ctl(4) - starttimeoffset 计算。
• 若输入没有 controle，程序使用第一个文件的时间间隔顺推，依赖 time(2)-time(1)；单时间样本文件可能触碰数组边界，见待确认。
• 输出文件固定为当前目录 concat.nc，批处理前应移动或删除旧文件以避免覆盖。
• ls/adls 模式下 Ls 换算使用 year_day=669、peri_day=485.0、timeperi=1.9082314、e_elips=0.093358。

待确认

• 源码第 167-172 行的 firstsol 逻辑与注释/提示文字相反：ierr.eq.0 表示读到数值，但打印“使用第一输入文件起始日”；实际公式按数值 startsol 参与 starttimeoffset，页面按公式描述而未判断原意。
• change_time_axis 在 adls 分支调用 def_var(nout,...) 和 timedimout，但子程序参数只有 nid,ierr,axis；这些名称来自主程序宿主作用域的内部过程 host association。此写法可读性差，移植时需确认编译器接受。
• init2 中 phisinit 查找失败后尝试 phisfi，若两者都失败，源码仍在失败分支后设置 phis=.true.；这可能导致未初始化 phisinit 被写出。需用实际文件和编译器行为确认。
• 无 controle 分支使用 time(2)-time(1) 推算首个文件前一时间；当 timelen=1 时是否越界取决于运行时检查设置。

复现风险

• NF_CLOBBER 会覆盖已有 concat.nc。
• stop 式错误处理会让批处理链在缺坐标、缺变量或维度不匹配时直接终止。
• 请求变量必须存在于每个输入文件；任一文件缺变量会停止，不能自动跳过单个文件。
• all 模式依赖第一输入文件变量清单，后续文件变量集合不同会失败。
• ls 模式把 Time 内容改为 Ls，部分工具若期待 sol 轴应使用 adls 或保持 sol。

相关页面

• util/index.md - util 后处理工具总览。
• zrecast.md - 常接在 concatnc 后，把 hybrid/sigma 垂直坐标转换成物理坐标。
• simu_MCS.md - 下游观测比较工具，可读取 concat.nc 类 GCM 输出。
• localtime.F90 - 本地时重排工具。
• lslin.F90 - Ls 线性化重采样工具。
• extract.F90 - 点值/廓线 ASCII 抽取工具。