physiq CO2 循环调用点

本页只追踪 physiq 主时间步循环中与 CO2 循环直接相关的两个调用点 co2cloud（大气 CO2 云微物理）和 co2condens（地表/大气 CO2 凝结升华），以及它们的输入/输出、tendency 注入顺序、与沉降/诊断的关系。不覆盖 physiq 的其他物理过程。

所属文件

LMDZ.MARS\libf\phymars\physiq_mod.F

所属模块

physiq_mod（SUBROUTINE physiq / physiq_mod 内）

相关 use 语句

co2cloud 受 co2clouds 控制，co2condens 受 callcond 控制；两者是各自独立的开关。

调用顺序总览

在主时间步内，CO2 相关两个调用点出现在不同物理段，顺序如下（行号为大致定位）：

1. 第 9a bis 段（行 1912–2102）CO2 云微物理：IF (co2clouds) → call co2cloud（行 1934）。CO2 云示踪物的沉降在 co2cloud 的微时间步内部完成（注释行 2140），不进入第 9b 段 callsedim。
2. 第 9b 段（行 2104+）气溶胶/沉降：callsedim（行 2143）处理尘埃/水冰沉降；CO2 冰示踪物已在上一步内部沉降。
3. 第 10 段（行 2280）热层：callthermos 时调用 thermosphere。
4. 第 11 段（行 2295–2404）CO2 凝结：注释明确“should be the last atmospherical physical process to be computed”（行 2297）。IF (callcond) → call co2condens（行 2315）。其后才更新地表表压 ps 与压力层 zplay/zplev/zzlay/zzlev。

因此 co2condens 是大气物理过程链的最后一步；表压/坐标更新依赖它输出的 pdpsrf。

调用点 1：co2cloud（行 1934）

控制条件

IF (co2clouds) THEN（行 1933）。进入前先清零地表沉降累加器：zdqssed_co2(:)=0.、zdqssed_ccn(:,:)=0.（行 1930–1931）。

调用语句

call co2cloud(ngrid,nlayer,ptimestep,
     zplev,zplay,pdpsrf,zzlay,pt,pdt,
     pq,pdq,zdqcloudco2,zdtcloudco2,
     nq,tau,tauscaling,rdust,rice,riceco2,nuice,
     rhocloud, rsedcloudco2,rhocloudco2,zzlev,zdqssed_co2,
     zdqssed_ccn,pdu,pu,zcondicea_co2microp)

主要输入

主要输出（co2cloud 返回的局部 tendency）

调用后的 tendency 注入（行 1941–2101）

1. 地表 CCN 沉降（行 1941–1948）：dqsurf(ig,iq,islope) += zdqssed_ccn(ig,iq)*cos(pi*def_slope_mean(islope)/180.)，按坡度投影分配到各 islope。
2. 潜热温度（行 1950–1952）：pdt += zdtcloudco2。
3. 无条件示踪物增量（行 1958–1974）：dust_mass、dust_number、co2、co2_ice、ccnco2_mass、ccnco2_number 各自 pdq += zdqcloudco2。
4. if (meteo_flux)（行 1976–1984）：增量 ccnco2_meteor_mass、ccnco2_meteor_number。
5. if (co2useh2o)（行 1986–2054）：增量 h2o_ice、ccn_mass、ccn_number、ccnco2_h2o_mass_ice、ccnco2_h2o_mass_ccn、ccnco2_h2o_number；随后多组 where 负值保护（把对应 tendency 重置为 -pq/ptimestep + 1.e-30，确保更新后非负）。
6. ccnco2 主族负值保护（行 2055–2069）：ccnco2_mass/ccnco2_number 任一将变负则两者一起重置。
7. dust 负值保护（行 2071–2085）：dust_mass/dust_number 成对重置。
8. if (meteo_flux) meteor 负值保护（行 2086–2101）：ccnco2_meteor_mass/ccnco2_meteor_number 成对重置。

负值保护的统一模式：质量与数量是耦合的，任一变负就把这一对都钳到 -pq/ptimestep + 1.e-30，保证 pq + ptimestep*pdq ≥ 1.e-30。

调用点 2：co2condens（行 2315）

控制条件

IF (callcond) THEN（行 2308）。进入前清零所有输出累加器：zdtc, zdtsurfc, zduc, zdvc, zdqc, zdqsc（行 2309–2314）。

可选前置（行 2299–2305）：IF (tituscap) 时调用 geticecover 用 Titus 观测覆盖 qsurf_tmp(:,igcm_co2)（单位换算 ×10000）。

调用语句

CALL co2condens(ngrid,nlayer,nq,nslope,ptimestep,
     capcal,zplay,zplev,tsurf,pt,
     pphi,pdt,pdu,pdv,zdtsurf,pu,pv,pq,pdq,
     qsurf(:,igcm_co2,:),perennial_co2ice,
     albedo,emis,rdust,
     zdtc,zdtsurfc,pdpsrf,zduc,zdvc,zdqc,
     fluxsurf_dn_sw,zls,
     zdqssed_co2,zcondicea_co2microp,
     zdqsc)

关键耦合输入

co2cloud 的两个输出 zdqssed_co2 与 zcondicea_co2microp 是连接两个调用点的关键纽带：大气 CO2 凝结的“计算”在 co2cloud 完成，co2condens 据此处理地表沉积与层质量/动量校正。

主要输出

调用后的处理（行 2325–2403）

1. 1D 模型缩放（行 2325–2331）：if (ngrid == 1) 时 pdpsrf, zduc, zdvc, zdqc 各乘 CO2cond_ps（控制 1D 表压变化幅度）。
2. 地表示踪物累加（行 2333–2337）：dqsurf(ig,iq,:) += zdqsc(ig,iq,:)。
3. 大气 tendency 注入（行 2338–2344）：pdt += zdtc、pdv += zdvc、pdu += zduc。
4. 地表温度（行 2345–2347）：zdtsurf += zdtsurfc。
5. 示踪物 tendency（行 2349–2355）：pdq += zdqc。
6. #ifndef MESOSCALE 表压与坐标更新（行 2357–2403）：
   • ps(ig) = zplev(ig,1) + pdpsrf(ig)*ptimestep（行 2360）。
   • 用更新后的 ps 重算 zplay = aps + bps*ps、zplev = ap + bp*ps（行 2363–2369），顶层 zplev(:,nlayer+1)=0.。
   • 重算各层高度 zzlay（用对数平均温度 tlaymean 与高度依赖重力 gz，行 2372–2402）和层间高度 zzlev。

只有 co2condens 后才更新表压/垂直坐标，因为它是改变总气柱质量（CO2 凝结到地表）的过程。中尺度版（MESOSCALE）跳过这段，由动力核处理。

与后续地表/土壤更新的关系

• 行 2409–2416：qsurf += ptimestep*dqsurf，把（含 co2cloud 的 CCN 沉降与 co2condens 的 CO2 冰）地表 tendency 累加进储库。
• 行 2425–2429：tsurf += ptimestep*zdtsurf（含 zdtsurfc），随后进入土壤温度（第 12 段）。

CO2 循环诊断/输出调用点

控制流程小结

[第 9a bis 段] IF (co2clouds):
    zero zdqssed_co2, zdqssed_ccn
    call co2cloud -> zdqcloudco2, zdtcloudco2, zdqssed_co2, zdqssed_ccn, zcondicea_co2microp
    dqsurf += zdqssed_ccn (per islope)
    pdt += zdtcloudco2
    pdq += zdqcloudco2 (dust, co2, co2_ice, ccnco2 主族)
    IF (meteo_flux): pdq += meteor 族
    IF (co2useh2o): pdq += h2o_ice/ccn/ccnco2_h2o 族 + 负值保护
    负值保护 (ccnco2 主族 / dust / meteor)

[第 9b 段] callsedim (CO2 示踪物已在 co2cloud 内沉降，跳过)

[第 11 段] IF (callcond):
    IF (tituscap): geticecover -> qsurf_tmp(co2)
    zero zdtc/zdtsurfc/zduc/zdvc/zdqc/zdqsc
    call co2condens(..., zdqssed_co2, zcondicea_co2microp, ...)
        -> zdtc, zdtsurfc, zduc, zdvc, zdqc, zdqsc, pdpsrf
    IF (ngrid==1): 各输出 *= CO2cond_ps
    dqsurf += zdqsc; pdt += zdtc; pdv += zdvc; pdu += zduc
    zdtsurf += zdtsurfc; pdq += zdqc
    #ifndef MESOSCALE: 用 pdpsrf 更新 ps, zplay, zplev, zzlay, zzlev

[第 11 段后] qsurf += ptimestep*dqsurf; tsurf += ptimestep*zdtsurf
[诊断] co2clouds 柱积分; wstats; write_output (含 co2useh2o / meteo_flux 子块)

复现注意事项

• co2cloud 与 co2condens 受不同开关控制（co2clouds vs callcond）。常规模拟两者都开；只开 callcond 不开 co2clouds 时 co2condens 自算大气凝结，zcondicea_co2microp 为零（推断，需在 co2condens 内确认其零值分支）。
• co2condens 必须是最后一个大气物理过程：表压/垂直坐标重算依赖它的 pdpsrf。改变调用顺序会破坏气柱质量守恒。
• CO2 云示踪物沉降在 co2cloud 微时间步内部完成，不经过第 9b 段 callsedim；统计气柱沉降通量时需用 zdqssed_co2。
• 所有 ccnco2 族 tendency 注入都配成对负值保护（质量+数量一起钳制），复现时不能漏掉任一 where 块，否则可能出现负质量。
• 1D 模型用 CO2cond_ps 缩放表压/风/示踪物 tendency；3D 不缩放。

源码疑点与边界

• 行 2957 疑似拷贝错误：icetotco2(ig) = icetot(ig) + zq(ig,l,igcm_co2_ice)*...，等号右侧用的是水冰柱积分 icetot 而非 icetotco2 自身累加。其上 icetotco2 在行 2950 已清零，但此处未自累加（应为 icetotco2(ig) = icetotco2(ig) + ...）。这会让 icetotco2 被水冰柱质量污染，并丢失逐层累加。复现风险：icetotco2/mtotco2 诊断输出（行 3473）可能不正确。需对照上游版本或开发者确认是否为已知 bug。
• perennial_co2ice、fluxsurf_dn_sw、zls 在 co2condens 内的具体用途见 co2condens；本页只记录它们作为调用点的输入。
• co2cloud 内部微物理与沉降细节见 co2cloud_mod 与 improvedco2clouds_mod；细节见对应页面。