solzenangle.F90

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LMDZ.MARS\util\solzenangle.F90

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文件定位

solzenangle.F90 是一个离线 NetCDF 后处理程序，用于把 diagfi.nc、concat.nc 或 stats.nc 类输出中的 3D/4D 变量插值到指定太阳天顶角对应的本地真太阳时。它常用于抽取晨侧或昏侧的掩星/晨昏线条件，例如 sza=90 度时的地表终止线。

程序不改变经纬度网格或垂直坐标。核心流程是先按日期、经度、纬度和目标太阳天顶角反解本地时 LTsolzenangle(lon,lat,Time)，再沿输入文件的时间维对用户选择的变量做一维线性插值，输出 *_MO.nc 或 *_EV.nc。

定义的符号

依赖

调用的关键例程

输入

solzenangle.def 示例依次给出 diagfi.nc、tsurf/ps/temp、空行、morning、90 和 0。其中注释说明 90 度代表地表终止线，>90 度可代表高空终止线条件。

输出

副作用

• 使用 NF_CLOBBER 和 NF_64BIT_OFFSET 创建输出，同名 _MO.nc 或 _EV.nc 会被覆盖。
• 标准输入顺序严格依赖 solzenangle.def；交互输入与重定向输入必须保持同一顺序。
• 所选变量整块读入内存，再整块写出；大文件会按 lon*lat*alt*time 放大内存压力。
• 缺少必要维度/变量、时间轴为 Solar longitude、planetside 或 sza 非法、NetCDF 读写失败时会 stop。
• 若目标 SZA 在极昼/极夜条件下无对应本地时，LTsolzenangle 和相应插值输出会写 missing。

核心逻辑

1. 变量筛选：程序枚举输入文件中的所有变量，排除 Time/controle/rlonu/latitude/longitude/altitude/rlatv/aps/bps/ap/bp/soildepth/cu/cv/aire/phisinit 这 16 个字段；用户输入 all 时取其余变量，否则逐行读取变量名。
2. 坐标和时间读取：要求存在 latitude、longitude、altitude、Time；controle 和 GCM_layers 可选。Time 的 long_name 或 title 若等于 Solar longitude，程序停止，因为后续插值需要 sol 类时间轴。
3. SZA 参数检查：planetside 只能是 morning 或 evening；sza 必须在 [0,180) 度。
4. 确定季节日期：
   • 有 controle 时用 int(int(ctl(4))+int(time(1)+ctl(27))) 推导 startsol。
   • 无 controle 时用 int(time(1))。
   • 若 timelen==12、time(1)==2、time(last)==24，识别为 stats 文件，把时间小时除以 24，nsol=1，并从 stdin 读取平均 Ls。
   • 其他文件按 nsol=int(time(last))-int(time(first)) 生成每个输出 sol。
5. 反解目标本地时：对每个输出 sol、经度和纬度：
   • 晨侧先用 tmpsol=intsol+(6-lon/15)/24+startsol 估计用于计算 Ls 的日期。
   • 昏侧用 tmpsol=intsol+(18-lon/15)/24+startsol。
   • 非 stats 分支调用 sol2ls(tmpsol,tmpLs)。
   • 调用 LTsolzenangle(lat,tmpLs,planetside,sza,miss_lt,tmpLT) 得到本地真太阳时小时。
6. 创建输出和复制辅助字段：initiate 写基本维度与坐标；init2 在可用时复制 aps/bps/phisinit。
7. 逐变量时间插值：
   • 只处理 ndim>=3 的变量，ndim==3 按 (lon,lat,time)，ndim==4 按 (lon,lat,alt,time)。
   • 每个经度的输入本地时轴为 lt_gcm=time+lon/360。
   • 目标 LTsolzenangle 小时被换成 lt_outc=intsol+LT/24。
   • 单 sol 输入会在尾部追加周期点；多 sol 输入若目标点越界则把 lt_out 和 lt_outc 置 missing。
   • interpolf 对每条时间序列线性插值。
8. 写输出变量和属性：变量保留输入 long_name/title 与 units；输入没有 missing_value 属性时，源码把 missing 设为 1E+20 并写回输出。
9. 写 LTsolzenangle 和全局注释：输出目标 SZA 对应的本地时变量，并在全局 comment 中说明可由 LTsolzenangle、经度和 Time 组合推回经度 0 度的 sol。

太阳天顶角反解公式

LTsolzenangle 使用固定火星倾角 obliquity=25.1919 度，先计算太阳赤纬：

declin = asin(sin(Ls) * sin(obliquity))

然后由源码注释中的太阳天顶角方程反解时角：

cos(sza) = sin(lat)*sin(declin)
         + cos(lat)*cos(declin)*cos(2*pi*(localtime/24 - 0.5))

程序实际计算：

tmpcos = cos(sza)/(cos(lat)*cos(declin)) - tan(lat)*tan(declin)

若 tmpcos 超出 [-1,1]，视为极昼/极夜下无对应本地时，返回 missing。否则晨侧使用：

lt = 24 * (0.5 - acos(tmpcos)/(2*pi))

昏侧使用：

lt = 24 * (0.5 + acos(tmpcos)/(2*pi))

伪代码

read input file
list variables not in the 16-field skip list
read selected variables
read latitude, longitude, altitude, optional controle, and Time
reject Solar longitude time axis
read planetside and sza
derive startsol and detect stats case
for each output sol, longitude, latitude:
  estimate tmpsol at LT=6 or LT=18 for season
  if not stats: tmpLs = sol2ls(tmpsol)
  lt_out = LTsolzenangle(lat, tmpLs, planetside, sza)
create *_MO.nc or *_EV.nc
copy coords, optional controle, aps/bps, phisinit
for each selected 3D/4D variable:
  read full variable
  for each longitude:
    lt_gcm = time + lon/360
    convert lt_out hours to sol decimal lt_outc
    wrap one-sol inputs or mark out-of-range multi-sol targets missing
    interpolate each lat or lat-alt series with interpolf
  write variable and missing/valid_range attributes
write LTsolzenangle(lon,lat,Time)
write global comment and close files

参与的主题流程

复现要点

• 输入时间轴必须是 sol 类时间，不可先把 Time 轴替换为 Solar longitude。
• solzenangle.def 中变量列表后必须保留空行，随后才是 morning/evening、sza 和参考时间。
• 晨侧/昏侧只影响目标 SZA 的反解分支和输出后缀；morning 输出 _MO.nc，evening 输出 _EV.nc。
• 非 stats 输入的输出时间数由 int(time(last))-int(time(first)) 决定；时间覆盖不足时会影响输出 sol 数。
• 单 sol 输入会把首个时间点复制为周期尾点参与插值；多 sol 输入不会周期补齐，越界目标点会写 missing。
• 目标 SZA 在高纬季节可能无晨侧或昏侧解，LTsolzenangle 会保留 missing，相关变量也会写 missing。

待确认

• startsol = int(int(ctl(4))+int(time(1)+ctl(27))) 中 ctl(4) 与 ctl(27) 的语义需结合具体输出文件控制表确认。
• stats 分支把输出 Time 写为 intsol*24，而 Time 属性仍使用 calendar-like 字符串；单位语义需按下游工具实际读取方式确认。
• all 分支用 Nnotprocessed+1:nbvarfile 选择变量，隐含排除字段在变量表前部连续的假设；不同 NetCDF 变量顺序可能需要实测。
• LTsolzenangle 在 cos(lat)==0 或 cos(declin)==0 时直接停止；极点和极端季节输入是否常见需结合实际网格确认。

复现风险

• _MO.nc / _EV.nc 会覆盖同名文件。
• 大 4D 变量整块读写，内存占用可能很高。
• 文件名生成假定输入后缀为 .nc，通过 file(1:len_trim(file)-3) 截断。
• 内置 sol2ls 常数与主模式 planete_h/solarlong 参数不完全共享，精确季节对齐需核验。

相关页面

• util/index.md - util 后处理工具总览。
• concatnc.md - 常见上游时间拼接工具。
• localtime.md - 固定本地时重排工具。
• lslin.md - Ls 线性化工具。
• zrecast.md - 常见上游垂直坐标重投影工具。
• solarlong - 主模式侧 sol 到太阳经度换算。