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streamfunction.F90

快速理解

它做什么： 离线诊断程序，计算纬向平均的经向质量流函数、角动量和纬向平均风/温度/密度。

基本过程： 读输入（含 u/v/temp/rho/ps）→ 全时段平均 → 纬向平均/垂直积分 → 写 *_stream.nc。

关键结果： 单经度、单时间维度的流函数诊断文件。

路径

LMDZ.MARS\util\streamfunction.F90

所属目录/模块

util

文件定位

streamfunction.F90 是一个离线 NetCDF 诊断程序，用于从 diagfi.nc、concat.nc 或 stats.nc 类文件计算纬向平均的经向质量流函数、总角动量、纬向平均风、温度、密度、地表压力和初始地形势。

它不是逐时刻输出工具。源码先对输入的 u/v/temp/rho/ps 做全时段平均，再做纬向平均或垂直积分，输出文件固定为单经度、单时间维度的 *_stream.nc。

定义的符号

符号 类型 行号 作用
streamfunction program 1 主程序：读取输入 NetCDF、计算流函数/角动量/纬向平均诊断并写出 *_stream.nc。
initiate internal subroutine 860 创建输出 NetCDF 文件，定义 latitude、单点 longitude、altitude 和单点 Time。
init2 internal subroutine 978 复制输入文件中的 aps/bps 到输出文件。
def_var internal subroutine 1105 定义输出变量并写入 title、units 属性。

依赖

依赖 用途
include "netcdf.inc" 使用旧式 NetCDF Fortran NF_* 接口。
预处理宏 MARS / JUPITER 可覆盖 g0/a0/daysec/Rgas 行星常数；无宏时源码默认值已为 Mars。
预处理宏 NC_DOUBLE 输出定义和坐标写入可切换为 NF_DOUBLE，否则为 NF_FLOAT。

输入

输入 来源 类型/维度 单位 含义
输入文件名 stdin NetCDF 文件名 - 程序提示为 diagfi.nc、concatnc.nc 或 stats.nc。
latitude / longitude / altitude / Time 输入 NetCDF 1D 输入属性或约定 空间和时间坐标；四者均为必需。
aps / bps 输入 NetCDF altitude 长度 Pa / sigma hybrid 中层坐标；源码要求二者都存在。
ps 输入 NetCDF (lon,lat,Time) Pa 地表压力，用于时间平均、hybrid 压力和密度回退。
u / v 输入 NetCDF (lon,lat,alt,Time) m/s 纬向风和经向风。
aire 输入或回退文件 (lon,lat) m2 网格框面积；输入缺失时依次尝试 diagfi.nc、diagfi1.nc。
phisinit 输入或回退文件 (lon,lat) m2/s2 地形势；输入缺失时依次尝试 diagfi.nc、diagfi1.nc。
cv 输入或用户提供文件 (lon,lat) - 自然风到协变/逆变经向风的转换因子；输入缺失时要求用户输入另一文件名，再回退 start.nc。
temp 输入 NetCDF (lon,lat,alt,Time) K 温度。
rho 输入 NetCDF，可选 (lon,lat,alt,Time) kg/m3 密度；缺失时用 (aps+bps*ps)/(Rgas*temp) 估算。

输出

输出 去向 类型/维度 单位 含义
*_stream.nc 磁盘 NetCDF 文件 - 输入文件名去掉 .nc 后追加 _stream.nc。
latitude / altitude 输出 NetCDF 1D degrees_north / km 原纬度和高度坐标。
longitude 输出 NetCDF 长度 1 degrees_east 固定写 0，表示纬向平均结果。
Time 输出 NetCDF 长度 1 属性为 calendar-like 字符串 固定写 0，表示全时段平均结果。
aps / bps 输出 NetCDF 1D - 从输入复制。
psi 输出 NetCDF (1,lat,alt,1) 空字符串 经向质量流函数。
momave 输出 NetCDF (1,lat,alt,1) 空字符串 纬向平均总角动量。
u / v 输出 NetCDF (1,lat,alt,1) m/s 全时段、纬向平均的纬向风和经向风。
rho 输出 NetCDF (1,lat,alt,1) 空字符串 全时段、纬向平均密度。
temp 输出 NetCDF (1,lat,alt,1) K 全时段、纬向平均温度。
ps 输出 NetCDF (1,lat,1) Pa 全时段、纬向平均地表压力。
phisinit 输出 NetCDF (1,lat) 空字符串 纬向平均地形势。

副作用和错误处理

核心逻辑

  1. 读坐标和必需字段：读取 latitude/longitude/Time/altitude、aps/bps、ps、u/v、aire、phisinit、cv、temp 和可选 rho。
  2. 密度回退：若无 rho，用 hybrid 压力和理想气体近似：
rho(lon,lat,alt,time) = (aps(alt) + bps(alt) * ps(lon,lat,time)) / (Rgas * temp(lon,lat,alt,time))
  1. 时间平均：对每个 (lon,lat,alt) 计算 u/v/temp/rho 的时间平均，对每个 (lon,lat) 计算 ps 的时间平均。
  2. 经向风转换：对 ilat=1..latlength-1，使用相邻纬度平均的经向风除以 cv：
vcont(lon,lat,alt) = 0.5 * (vcum(lon,lat,alt) + vcum(lon,lat+1,alt)) / cv(lon,lat)
vcont(lon,latlength,alt) = 0
  1. hybrid 压力和层质量：
Plev = aps + bps * pscum
mass = aire * Plev / g0
dmass(alt) = mass(alt) - mass(alt+1)
dmass(top) = 0
  1. 流函数积分：从顶层向下积分，每层先继承上一层 psi，再减去所有经度上的 vcont*(dmass(lat)+dmass(lat+1))。源码还计算 vcontcum，但后续未写出。
  2. 角动量：先对每个经度计算：
mom = a0*cos(lat) * (omega*a0*cos(lat) + u_time_mean)

随后又用纬向平均风 uzm 重算 momave，因此最终输出的 momave 对应 zonal mean wind 路径。 8. 纬向平均诊断：对 u/v/temp/rho/ps/phisinit 沿经度平均。 9. 写输出：创建单经度、单时间输出文件，写 psi/momave/u/v/rho/temp/ps/phisinit。

伪代码

read infile from stdin
open infile
read lon, lat, alt, Time, aps, bps, ps, u, v
read aire and phisinit, falling back to diagfi.nc or diagfi1.nc
read cv, asking for a start-like file if missing
read temp
if rho exists:
  read rho
else:
  rho = hybrid_pressure / (Rgas * temp)
average u, v, temp, rho, ps over all input times
vcont = adjacent-lat average of v / cv
Plev = aps + bps * mean_ps
mass = aire * Plev / g0
dmass = vertical difference of mass
integrate psi downward from top using vcont and neighboring-lat dmass
compute zonal means of u, v, temp, rho, ps, phisinit
momave = a0*cos(lat) * (omega*a0*cos(lat) + zonal_mean_u)
create *_stream.nc with lon=0 and Time=0
write psi, momave, u, v, rho, temp, ps, phisinit

参与的主题流程

主题 参与方式
util 后处理链 与 concatnc 产出的长时间文件配合，得到时间平均的纬向流函数和角动量诊断。
环流诊断 输出 psi、纬向平均风和角动量，用于纬度-高度剖面分析。
坐标/网格辅助 依赖 aire 和 cv，这些字段常来自 diagfi.nc 或 start 类文件。

复现要点

待确认

复现风险

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