initracer — CO2 / CO2 云 tracer 段

本页只覆盖 initracer 中与 CO2 循环和 CO2 云相关的 tracer 识别、索引、物性初始化和一致性检查代码段。整个 initracer 还处理尘埃、水、化学、离子等 tracer，这些不在本页范围内。

所属文件

LMDZ.MARS\libf\phymars\initracer.F90

所属模块

initracer_mod

例程定位

SUBROUTINE initracer(ngrid,nq)   (行 7–1061)

本页聚焦其中的 CO2 相关代码段（行号见下）。

本段职责

把动力核心通过 infotrac 提供的 tracer 名字数组 noms(:) 与 tracer_mod 中的 CO2 相关整数索引变量对应起来，设置对应的摩尔质量 mmol，并在 CO2 云方案开启时初始化 CO2 冰和 CCNCO2 粒子的物性（半径、密度、抬升系数），最后做存在性一致性检查。

CO2 相关的索引变量（声明于 tracer_mod，见 tracer_mod.F90:64-87）：

推断：ccnco2_* 与 co2_ice 未在本例程显式设置 mmol，因此保持 tracer_mod 中 mmol(:) 的分配后默认值（动力核心或未初始化值）。这些 tracer 是气溶胶/冰，不参与气相摩尔质量计算，所以未设 mmol 不影响 CO2 云物理。co2_ice 例外地被设为 44.（行 469）。

使用的 module 变量

co2clouds、co2useh2o、meteo_flux 三个开关在 callkeys_mod.F90:86 声明，由 initracer 的 use callkeys_mod 引入（行 12-15）。

调用的其他例程

本段只调用 abort_physic（GCM 内部异常终止），用于一致性检查失败时停机。无其他物理例程调用。

控制流程（CO2 相关分支）

CO2 tracer 处理分散在四处，按源码顺序：

1. 索引清零（行 77-84, 98, 467-472 涉及的变量在 76-137 块统一清零） 所有 igcm_* 在识别前先置 0；若某 tracer 不存在，索引保持 0，后续检查据此判断缺失。

2. 化学/水 tracer 大循环内匹配 CO2 气体与冰（行 220-533，do iq=1,nq）

   • 行 221-226：匹配 "co2" → igcm_co2=iq，mmol=44.，count+1。
   • 行 467-472：匹配 "co2_ice" → igcm_co2_ice=iq，mmol=44.，count+1。
   • 行 492-532：if (co2clouds) 嵌套块（在同一 iq 循环内）：
     • 行 493-502：匹配 ccnco2_mass、ccnco2_number。
     • 行 503-514：if (meteo_flux) 内匹配 ccnco2_meteor_mass、ccnco2_meteor_number。
     • 行 515-531：if (co2useh2o) 内匹配 ccnco2_h2o_number、ccnco2_h2o_mass_ice、ccnco2_h2o_mass_ccn。

3. 一致性检查（行 846-902，if (co2clouds)） 逐个检查 CO2 云所需 tracer 索引是否为 0，缺失即 abort_physic：

   • 行 848-852：igcm_co2==0 → 停机。
   • 行 853-857：igcm_co2_ice==0 → 停机。
   • 行 858-862：igcm_ccnco2_number==0 → 停机。
   • 行 863-867：igcm_ccnco2_mass==0 → 停机。
   • 行 868-884：if (co2useh2o) 内检查三个 ccnco2_h2o_* 索引。
   • 行 885-901：if (meteo_flux) 内检查 ccnco2_meteor_number、ccnco2_meteor_mass。

   复现风险（源码疑点）：meteo_flux 检查块（行 885-901）有两处问题。其一，行 891-895 检查 igcm_ccnco2_meteor_mass==0，但报错文案误印为 "...without a ccnco2_h2o_mass_ice tracer!"（拷贝自 co2useh2o 块，文案与实检变量不符）。其二，igcm_ccnco2_meteor_mass==0 被连续检查两次（行 891-895 与行 896-900），第二次文案才正确（ccnco2_meteor_mass）；而 igcm_ccnco2_meteor_number 仅在行 886-890 检查一次。两处均为冗余/文案 bug，不改变逻辑结果（缺任一 meteor tracer 仍会 abort_physic），但日志信息可能误导。待确认是否为已知问题。

4. 物性初始化（行 1041-1059，if (co2clouds)）

   • CCNCO2 质量/数核：radius(igcm_ccnco2_mass)=radius(igcm_dust_mass)（复用尘半径），alpha_lift=alpha_devil=1e-30（实质禁止抬升），rho_q=rho_dust；数核继承质量核的半径/系数/密度。
   • CO2 气体：radius=0、alpha_lift=alpha_devil=0。
   • CO2 冰：radius=1.e-8（m），rho_q=rho_ice_co2（=1650），alpha_lift=alpha_devil=0。

核心计算步骤（CO2 段）

1. 把所有 CO2 相关 igcm_* 索引清零。
2. 遍历 noms(:)，按名字精确匹配设置索引、mmol 和 count。
3. CO2 云核 tracer 只在 co2clouds 为真时识别；meteo_flux、co2useh2o 进一步控制流星核与水冰核子组的识别。
4. 全部识别后核对 count==nq（行 536，全 tracer 范围的检查，非仅 CO2）。
5. CO2 云开启时逐项核对所需 tracer 存在，缺失即停机。
6. CO2 云开启时设置 CO2 冰、气体、各类 CCNCO2 的半径/密度/抬升系数。

关键公式或算法

本段无数值公式，核心是「名字 → 索引」字符串匹配与开关驱动的条件识别。物性为常数赋值：

• CO2 冰密度 rho_ice_co2 = 1650. kg/m³（行 577）。与 density_co2_ice 中温度依赖密度不同：此处是初始化常数，运行中 CO2 冰密度可由 density_co2_ice 按温度更新（见 density_co2_ice.md）。
• CO2 冰初始半径 1.e-8 m（=10 nm），对应 CO2 云成核起始粒径。
• CCNCO2 半径复用尘 dust_mass 半径（reff_lift，doubleq 下为 3.e-6 m）。

边界条件与保护逻辑

• 所有索引先清零，缺失 tracer 索引恒为 0，下游用 ==0 判定缺失。
• co2clouds 时若缺 co2、co2_ice、ccnco2_mass、ccnco2_number 任一即 abort_physic。
• co2useh2o 子组、meteo_flux 子组各自有独立检查，只在对应开关为真时强制要求。
• 物性初始化（行 1041-1059）在 co2clouds 为真时无条件访问 igcm_ccnco2_mass 等索引；若上面检查已通过，这些索引必非 0，故不会越界写 radius(0)。

复现风险：物性初始化块对 igcm_ccnco2_meteor_* 和 igcm_ccnco2_h2o_* 不赋半径/密度（行 1041-1059 只处理 ccnco2_mass/number、co2、co2_ice）。这些子核 tracer 的 radius/rho_q 保持默认 0。待确认：流星核与水冰核的物性是否在别处（如 improvedco2clouds/co2cloud_mod）按需赋值，还是设计上不需要全局 radius。

输入数据来源

• tracer 名字与数量：动力核心 infotrac，经 noms(:)、nq 传入；由 traceur.def 决定（如 deftank/traceur.def.co2clouds.GCM5）。
• 开关 co2clouds/co2useh2o/meteo_flux：callphys.def，经 callkeys_mod。

推断：deftank 下未找到包含 ccnco2_meteor_* 或 ccnco2_h2o_* 名字的 traceur.def（已 grep 全 deftank 无匹配）。意味着仓库自带的 traceur.def.co2clouds.GCM5 仅含基础 ccnco2_mass/number，启用 meteo_flux/co2useh2o 需用户自行补充对应 tracer，否则一致性检查会停机。

输出与副作用

• 写 tracer_mod 中 CO2 相关 igcm_* 索引、mmol、radius、rho_q、rho_ice_co2、alpha_lift、alpha_devil。
• 通过 count/idtracers 参与全局 tracer 计数核对。
• 检查失败时调用 abort_physic 终止程序，并 write(*,*) 报错信息。

伪代码

procedure initracer_co2_segment
  ! 1. 清零
  igcm_co2 = 0; igcm_co2_ice = 0
  igcm_ccnco2_mass = igcm_ccnco2_number = 0
  igcm_ccnco2_meteor_mass = igcm_ccnco2_meteor_number = 0
  igcm_ccnco2_h2o_mass_ice = igcm_ccnco2_h2o_mass_ccn = igcm_ccnco2_h2o_number = 0

  ! 2. 名字匹配（在化学/水 tracer 大循环内）
  for iq in 1..nq:
    if noms(iq)=="co2":      igcm_co2=iq;     mmol(iq)=44; count++
    if noms(iq)=="co2_ice":  igcm_co2_ice=iq; mmol(iq)=44; count++
    if co2clouds:
      if noms(iq)=="ccnco2_mass":   igcm_ccnco2_mass=iq;   count++
      if noms(iq)=="ccnco2_number": igcm_ccnco2_number=iq; count++
      if meteo_flux:
        match ccnco2_meteor_mass / ccnco2_meteor_number
      if co2useh2o:
        match ccnco2_h2o_number / ccnco2_h2o_mass_ice / ccnco2_h2o_mass_ccn

  ! 3. 一致性检查
  if co2clouds:
    require igcm_co2, igcm_co2_ice, igcm_ccnco2_number, igcm_ccnco2_mass  != 0
    if co2useh2o: require the three ccnco2_h2o_* != 0
    if meteo_flux: require ccnco2_meteor_number, ccnco2_meteor_mass != 0
    ! 否则 abort_physic

  ! 4. 物性
  if co2clouds:
    radius(ccnco2_mass)=radius(dust_mass); alpha_*(ccnco2_mass)=1e-30; rho_q=rho_dust
    ccnco2_number 继承 ccnco2_mass
    radius(co2)=0; alpha_*=0
    radius(co2_ice)=1e-8; rho_q(co2_ice)=rho_ice_co2(=1650); alpha_*=0
end procedure

复现注意事项

• CO2 云所需 tracer 必须在 traceur.def 中存在且名字精确匹配（区分大小写，noms(iq)==... 为严格相等），否则停机。
• traceur.def 中 tracer 顺序不影响 CO2 索引识别（按名字而非位置），但 HDO 等同位素另有顺序约束（不在本段）。
• 仓库自带 traceur.def.co2clouds.GCM5 含 10 个 tracer，列出 ccnco2_number、ccnco2_mass，但不含 meteor/h2o 子核；启用 meteo_flux/co2useh2o 需扩充 traceur.def。
• co2_ice 与 CCNCO2 的物性常数（密度 1650、初始半径 1e-8）是 CO2 云微物理的输入起点，改动会影响 improvedco2clouds_mod.md / co2cloud_mod.md 的成核与增长。

待确认

• 流星核（ccnco2_meteor_*）和水冰核（ccnco2_h2o_*）的 radius/rho_q 是否需要在别处赋值（本段未设）。
• ccnco2_* tracer 不设 mmol 是否对任何气相计算有影响（推断无，因其为气溶胶）。
• 行 885-901 meteo_flux 检查块的文案拷贝错误与 igcm_ccnco2_meteor_mass 重复检查（见上文「控制流程」第 3 点复现风险）是否为已知 bug。

相关页面

• co2cloud_mod.md — CO2 云总调度，消费这些 tracer 索引
• improvedco2clouds_mod.md — CO2 云微物理核心
• nucleaco2.md — 三类 CCN 成核
• density_co2_ice.md — CO2 冰温度依赖密度（与此处常数 1650 对照）
• co2-saturation-helpers.md — CO2 饱和/凝结温度