util 后处理工具目录

路径

LMDZ.MARS\util

职责

util 存放一组离线工具程序，用于处理 LMDZ.MARS GCM 产生的 NetCDF 输出，例如 diagfi.nc、stats.nc、concat.nc、Xhistins.nc、startfi.nc 和 start_archive.nc。这些工具不参与 GCM 主积分，而是在模拟完成后完成拼接、坐标重映射、观测抽样、垂直坐标转换、列积分、诊断变量生成和初始场格式转换。

源码依据：util/README 明确说明本目录包含处理 LMD Mars GCM 输出文件的 utilities，并指出一个工具的输出通常还可以继续交给另一个工具处理。

跨工具串联顺序见 util-toolchain 主题。

目录内容

子目录/文件	类型	作用
`compile`	shell 脚本	编译多数 `.F90` 工具，需用户配置 `NETCDF_HOME`、编译器和编译选项。`aeroptical` 会额外编译 `aeropt_mod.F90`。
`concatnc.F90` / `concatnc.def`	程序 + 输入样例	拼接连续 GCM 输出，生成 `concat.nc`，可选择变量并控制 `sol`/`ls`/`adls` 时间轴。
`zrecast.F90` / `zrecast.*.def`	程序 + 输入样例	把混合垂直坐标输出转换到压力、areoid 高度、本地地表高度或距行星中心半径坐标。
`localtime.F90` / `localtime.def`	程序 + 输入样例	将变量重分布到指定本地时刻，输出 `*_LT.nc`。
`lslin.F90` / `lslin.def`	程序 + 输入样例	将时间轴插值或平均到线性的太阳经度 `Ls` 坐标，可用于 GrADS 或观测分箱比较。
`solzenangle.F90` / `solzenangle.def`	程序 + 输入样例	按指定太阳天顶角反解晨侧/昏侧本地真太阳时，并将 3D/4D 变量插值到该几何条件。
`hrecast.F90` / `hrecast.def`	程序 + 输入样例	用格盒面积交叠权重将输出场重分配到新的规则经纬度水平网格。
`extract.F90` / `extract.*.def`	程序 + 输入样例	从已 `zrecast` 的文件中按点或廓线抽取四维变量，输出 ASCII `.dat`。
`aeroptical.F90` / `aeropt_mod.F90` / `aeroptical.def`	程序 + 模块 + 输入样例	基于气溶胶质量混合比、有效半径、空气密度和光学性质表计算气溶胶消光/吸收不透明度。
`gencol.F90` / `gencol.def`	程序 + 输入样例	根据质量混合比、体积混合比或浓度计算柱密度，输出 `*_col.nc`。
`check_co2cycle.F90` / `check_co2cycle.def`	程序 + 输入样例	将 GCM 地表压力插值到 Viking 1/2 和 InSight 位置，计算 CO2 冰等效压力，并做日平均与谐波重建。
`extractcolumnfor1D.F90`	命令行程序	从 3D/4D 输出的指定经纬度与时间索引抽取垂直列，生成 `profile_*` 文件供 `testphys1d` 使用。
`expandstartfi.F90`	命令行程序	将 `startfi.nc` 的 `physical_points` 一维物理列展开到经纬度网格，便于可视化。
`streamfunction.F90`	程序	从 `diagfi`、`stats` 或 `concat` 类文件计算全时段平均的纬向流函数、角动量和纬向平均风/温度/密度诊断。
`simu_MCS.F90` / `simu_MCS.def`	程序 + 输入样例	将 GCM 场按 MRO/MCS 观测网格和分箱方式抽样，用于与 MCS 温度、尘埃、水冰廓线比较。
`startarchive2icosa/`	子目录	将 LMDZ `start_archive.nc` 转成 `icosa_lmdz.exe` 可用的 `start_icosa.nc` 与 `startfi.nc`。见 startarchive2icosa。
`xvik/fit_Iceinertia_MONSicedepth.F`	子目录程序	基于四组 xvik 输出和 VL1 压力曲线拟合冰热惯量、冰深系数和总 CO2 inventory。

与其他目录的关系

相关目录	关系
`LMDZ.MARS\libf\phymars`	`phymars` 运行产生诊断输出；`util` 读取这些 NetCDF 文件进行离线分析。
`LMDZ.MARS\deftank`	`deftank` 中的运行脚本和配置决定输出变量、垂直坐标和示踪剂；这些设置直接影响 `util` 能否找到所需变量。
`LMDZ.MARS\datadir`	`aeroptical` 需要气溶胶光学性质 ASCII 表，示例输入把这些文件放在 datadir 类目录。
`LMDZ.MARS\startfiles`	`expandstartfi` 和 `startarchive2icosa` 处理物理初始场或 archive 初始场。
`LMDZ.MARS\libf\dynphy_lonlat\phymars`	`start2archive`、`start_archive` 类输出可作为 `startarchive2icosa` 的输入。

推断：util 是连接“模式输出”和“科学诊断/观测比较/新初始场”的离线层；它不改变模式物理过程本身，但会决定后续图像、观测对比和再启动文件的坐标与变量契约。

关键文件

文件	原因
`README`	提供工具职责、输入输出文件名、典型命令和可串联关系，是目录级说明的主要文档依据。
`compile`	说明所有主工具的编译前提：NetCDF Fortran 库、编译器、库路径和运行时 `LD_LIBRARY_PATH`。
`zrecast.F90`	README 明确称其对可发表科学图像是必要步骤；源码中也列出压力、高度、地表高度和半径坐标四类输出。
`concatnc.F90`	后处理链常见第一步，把多段 `diagfi`、`concat` 或 `stats` 类文件按 `Time` 维拼成 `concat.nc`。
`localtime.F90` / `solzenangle.F90` / `simu_MCS.F90`	负责把模型输出变换到观测相关采样坐标。
`aeroptical.F90` / `aeropt_mod.F90`	将模式示踪剂、有效半径和外部光学表转换成可比较的不透明度变量。
`startarchive2icosa/README`	说明从 `start_archive.nc` 到 DYNAMICO/ICOSA 初始文件的完整流程和硬编码风险。

典型流程

主题级串联见 util-toolchain；本节保留目录页中的源码近邻说明。

1. 常规输出整理链

GCM 输出多个 diagfi*.nc 或 stats*.nc。
用 concatnc.e < concatnc.def 拼接变量与时间轴，生成 concat.nc。
对需要垂直物理坐标的变量运行 zrecast.e < zrecast.auto.def 或 zrecast.e < zrecast.manual.def。
视分析目标继续运行：
- localtime.e < localtime.def：统一到固定本地时；
- lslin.e < lslin.def：统一到线性 Ls；
- solzenangle.e < solzenangle.def：统一到指定太阳天顶角；
- extract.e < extract.points.def 或 extract.e < extract.profile.def：抽点或抽廓线，见 extract.F90。

源码依据：util/README 给出的示例命令包括 concatnc.e < concatnc.def、zrecast.e < zrecast.def 和 extract.e < extract.points.def。

2. 观测比较链

对 Viking/InSight 地表压力比较，使用 check_co2cycle.e < check_co2cycle.def 读取 diagfi.nc、concat.nc 或 Xhistins.nc，输出站点压力、全球 CO2 库存、日平均和谐波重建文件。
对 MCS 比较，使用 simu_MCS.e < simu_MCS.def 读取 GCM 文件和 MCS 分箱文件。源码注释说明它按 MCS 的经纬度、高度、Ls、昼夜与本地时分箱抽样 GCM 变量。
对任意观测点或廓线比较，先 zrecast 到压力或几何高度坐标，再用 extract 在 lon lat alt Ls LT 上插值。

复现风险：这些比较链依赖输入文件坐标、时间覆盖和变量命名。simu_MCS.F90 的开头注释明确要求 GCM 文件覆盖完整观测时段，并且与 MCS 文件使用同类高度坐标。

3. 气溶胶与柱量诊断链

aeroptical.e < aeroptical.def 读取 GCM 文件中的气溶胶质量混合比、有效半径和 rho，再读取光学性质 ASCII 表，生成 *_OPAext.nc 或 *_OPAabs.nc。
如果需要柱积分光学厚度，在 aeroptical.def 中选择 yes。
gencol.e < gencol.def 可对质量混合比、体积混合比或浓度变量计算柱密度，输出 *_col.nc。

源码依据：aeroptical.F90 使用 use aeropt_mod，aeropt_mod.F90 的 read_optpropfile 从 ASCII 光学性质文件读入 wvl、radiusdyn、Qext、omeg。

4. 初始场与 1D 输入链

expandstartfi.e [infile.nc] [outfile.nc] 将 startfi.nc 的物理列展开成经纬度网格，主要用于绘图检查。
extractcolumnfor1D.e -i # -j # -l # -v list infile 从 3D/4D 输出抽取某个水平格点和时刻的变量廓线，生成 profile_* 文件。
startarchive2icosa/ 读取 start_archive_nc4.nc、start_icosa_ref.nc、startphy_icosa_ref.nc、surface_nc4.nc 和 iodef.xml，输出 start_icosa_prefinalize.nc 与 startfi_prefinalize.nc，再由 icosa_finalize.bash 生成 start_icosa.nc 和 startfi.nc。

待确认：extractcolumnfor1D 生成的 profile_* 与 testphys1d 配置字段之间的完整映射尚需结合 dyn1d 页面追踪。

复现要点

编译前必须按本机环境修改 util/compile：NETCDF_HOME、COMPILER、COMPILER_OPTIONS 和运行时库路径都不是自动探测的。
多数工具可交互回答问题，也可用同名 .def 文件重定向标准输入；自动化复现时应保留实际使用的 .def。
zrecast 需要输入文件中有 ps、temp、aps/bps 或 sigma，并需要 phisinit；若输入文件没有，源码说明会尝试从 diagfi.nc 或 phisinit.nc 查找。
zrecast 对变量名前缀有特殊规则：README 和源码注释说明 rho*、num_* 一类变量应在 log-space 中垂直插值。
aeroptical 要求输入中存在气溶胶质量混合比、有效半径或用户给定的固定有效半径、空气密度 rho，以及外部光学性质表。
gencol 对体积混合比转柱量时需要大气分子量；源码显示无法读取或计算局地分子量时会使用 rgp/Rmean 常数平均分子量。
startarchive2icosa 当前带有硬编码文件名和路径假设；README 明确标注该脚本仍在开发中，需要按本机环境谨慎修改。

待确认

lslin.F90 页面中应进一步核实 Ls_Linear.e、lslin.e、文件名拼写和实际可执行名之间的历史差异。
fit_Iceinertia_MONSicedepth 已确认硬编码读取 xpsol1N/xprestotN，与当前 xvik.F 页面记录的 ps_VL*_yearN/prestot_yearN 命名不一致；复现时需确认历史输出命名或转换脚本。
startarchive2icosa 的 XIOS/MPI 编译链与现代环境兼容性需要实机验证。