scavenging_by_co2

所属文件

LMDZ.MARS\libf\phymars\co2condens_mod.F

所属模块

co2condens_mod

例程定位

SUBROUTINE scavenging_by_co2 (行 1017–1159)

例程职责

CO2 凝结过程中清除（scavenging）尘埃和水冰的子例程。当 CO2 在大气中凝结时，以指数衰减方式捕获尘埃质量/数量和水冰；当 CO2 升华时，按比例释放被清除的粒子。清除的粒子最终沉积到地表。

仅在 scavco2cond=.true. 时由 co2condens 调用（行 358-361）。

被调用例程

被调用例程	所在模块/文件	调用位置	作用
无外部调用	-	-	纯计算逻辑

输入

输入	来源	类型/维度	单位	含义
`ngrid`	co2condens	INT	-	格点数
`nlayer`	co2condens	INT	-	层数
`nq`	co2condens	INT	-	tracer 数量
`ptimestep`	co2condens	REAL	s	物理时间步长
`pplev`	co2condens	REAL (ngrid,nlayer+1)	Pa	层界面气压
`pq`	co2condens	REAL (ngrid,nlayer,nq)	kg/kg	tracer 混合比
`rdust`	co2condens	REAL (ngrid,nlayer)	m	尘埃有效半径
`pcondicea`	co2condens	REAL (ngrid,nlayer)	kg/m²/s	CO2 凝结速率（>0 凝结，<0 升华）
`pfallice`	co2condens	REAL (ngrid,nlayer+1)	kg/m²/s	CO2 冰从层 l 落下的通量

输出

输出	去向	类型/维度	单位	含义
`pdq_scav`	co2condens	REAL (ngrid,nlayer,nq)	kg/kg/s	清除产生的 tracer 倾向
`pdqsc`	co2condens	REAL (ngrid,nq)	kg/m²/s	地表 tracer 沉积通量

共享状态与副作用

读取 tracer_mod 中的 tracer 索引和 rho_dust、nuice_sed、nuice_ref、r3n_q。
读取 dust_param_mod::freedust 和 callkeys_mod::water、microphys。
无文件 I/O，无 module 变量写入。

核心逻辑

硬编码参数

scav_ratio_dust = 20：尘埃清除比——注释说"20 是在极夜去除尘埃而不干涸水循环的好折衷"。
scav_ratio_wice = scav_ratio_dust = 20：水冰清除比，与尘埃相同。

算法

对每个格点，从顶层向下循环（l = nlayer → 1）：

CO2 凝结时（pcondicea > 0，行 1074-1095）：

尘埃（freedust）：pdq_scav(dust_mass) = -pq(dust_mass)/ptimestep * (1 - exp(-scav_ratio_dust*pcondicea*dt/massl))
- 指数衰减模型：凝结的 CO2 冰按比例捕获周围尘埃
- 数量由质量推导：pdq_scav(dust_number) = pdq_scav(dust_mass) * r3n_q / rdust
CCN（freedust AND microphys）：同理用 scav_ratio_wice 清除 ccn_mass/number
水冰（water）：pdq_scav(h2o_ice) = -pq(h2o_ice)/ptimestep * (1 - exp(-scav_ratio_wice*pcondicea*dt/massl))

CO2 升华时（pcondicea < 0，行 1097-1117）：

按比例释放：pdq_scav(dust_mass) = -pcondicea/massl * scav_dust_mass(l+1)/pfallice(l+1)
- 从上层落下的清除通量中，按 CO2 升华/总通量的比例释放
- 尘埃/CCN/水冰分别计算

清打通量累积（行 1119-1137）：

scav_dust_mass(l) = -pdq_scav(dust_mass)*massl + scav_dust_mass(l+1)
逐层向下传递被清除的粒子质量/数量

地表沉积（行 1140-1157）：

pdqsc(dust_mass) += scav_dust_mass(1)——到达地面的清除粒子沉积
水冰：pdqsc(h2o_ice) = scav_h2o_ice(1)

质量守恒

凝结时：大气中尘埃/水冰减少（pdq_scav < 0），清打通量增加
升华时：清打通量中的粒子释放回大气（pdq_scav > 0）
地表：最终沉积量 = 从层 1 落下的清打通量

伪代码

scavenging_by_co2(ngrid, nlayer, nq, ptimestep, pplev, pq, rdust,
                  pcondicea, pfallice, pdq_scav, pdqsc):

  scav_ratio = 20  // dust and water ice

  for ig = 1 to ngrid:
    scav_flux(l+1) = 0  // 初始化顶层以上

    for l = nlayer to 1:
      massl = (pplev(l) - pplev(l+1)) / g

      if pcondicea > 0:  // CO2 凝结，清除
        pdq_scav(dust_mass) = -pq(dust_mass)/dt * (1-exp(-scav_ratio*pcondicea*dt/massl))
        pdq_scav(dust_number) = pdq_scav(dust_mass) * r3n_q / rdust
        // CCN 和 h2o_ice 同理

      else if pcondicea < 0:  // CO2 升华，释放
        pdq_scav(dust_mass) = -pcondicea/massl * scav_dust_flux(l+1)/pfallice(l+1)
        // CCN 和 h2o_ice 同理

      // 累积清打通量
      scav_flux(l) = -pdq_scav * massl + scav_flux(l+1)

    // 地表沉积
    pdqsc(dust_mass) += scav_dust_flux(1)
    pdqsc(dust_number) += scav_dust_number(1)
    pdqsc(h2o_ice) = scav_h2o_ice(1)

参与的主题流程

主题	参与方式
CO2 循环 (CO2-cycle)	CO2 凝结时清除尘埃/水冰，升华时释放
尘埃循环 (dust-cycle)	尘埃被 CO2 冰捕获并沉积到地表

写法特点

固定格式 Fortran 77（.F 后缀，续行用 &）。
指数衰减清除模型：1-exp(-ratio*pcondicea*dt/massl)——凝结量越大、层质量越小，清除效率越高。
升华释放模型：按比例分配——pcondicea/pfallice 为升华占总通量的比例。
scav_ratio_dust = scav_ratio_wice = 20 硬编码——注释提到这是经验值。
尘埃数量由质量推导：dust_number = dust_mass * r3n_q / rdust——假设 log-normal 分布。

复现要点

scav_ratio = 20 是硬编码经验值——改变此值显著影响尘埃清除和水循环。
指数衰减模型假设清除效率与凝结率成正比——物理上对应 CO2 冰晶包裹尘埃的效率。
升华释放假设清除的粒子随 CO2 冰一起下落——pfallice 为 CO2 冰总通量。
freedust 和 water 开关控制是否清除尘埃和水冰——可独立关闭。

待确认

scav_ratio = 20 的物理来源——注释仅说"good compromise"，未引用文献。
升华释放时 pfallice(l+1) 可能为零——代码未含除零保护（行 1101/1104/1108/1111/1115）。
pdqsc(dust_mass) 在行 1142 和 1148 累加了两部分（freedust 和 freedust+microphys 的 ccn）——是否会导致重复计数。

复现风险

scav_ratio = 20 硬编码——不同值会显著改变尘埃分布和水循环。
pfallice 为零时的除法可能导致 NaN——需确认调用点是否有保护。
清除效率的指数衰减模型是参数化假设——不同微物理假设可能导致不同结果。