physiq 水循环调用点

本页只追踪 physiq 主时间步循环中与水循环直接相关的调用点 watercloud（大气水冰云微物理）及其上下游：调用前的有效半径/辐射准备、调用后的 tendency 注入、与沉降（callsedim）和诊断输出的关系。不覆盖 physiq 的其他物理过程（CO2 循环见 physiq-co2-cycle-callpoints）。

所属文件

LMDZ.MARS\libf\phymars\physiq_mod.F

源码 4162 行。本页涉及的核心调用点 call watercloud 在行 1831。

所属模块

physiq_mod（SUBROUTINE physiq / physiq_mod 内）

相关 use 语句

watercloud 受 water 控制；activice、microphys、scavenging、CLFvarying 是其下游子开关，决定 tendency 注入的范围。

调用顺序总览

水循环相关代码出现在主时间步的多个物理段，顺序如下（行号为大致定位）：

1. 第 8 段辐射（行 1085–1140）：call callradite（行 1097，CLFvarying 时行 1121 再调一次 clear-sky）。该调用以 rdust,rice,nuice 为 INOUT，反演出本步辐射用的水冰/尘埃有效半径，并据此算云的光学厚度 taucloudtes。这是 rice/rdust 在进入 watercloud 前的赋值来源。
2. 第 9a 段水与冰（行 1823–1910）：IF (water) → call watercloud（行 1831）。返回 zdqcloud/zdtcloud，随后逐项注入 pdq/pdt。
3. 第 9a bis 段 CO2 云（行 1912–2102）：co2cloud，与水循环并列，详见 CO2 调用点页。
4. 第 9b 段沉降（行 2133–2184）：IF (sedimentation) → call callsedim（行 2143），以 rice,rsedcloud,rhocloud 为输入，处理水冰（及尘埃）的重力沉降，把 zdqsed/zdqssed 注入 pdq/dqsurf。
5. 第 9c 段化学（行 2202+）：calchim，把 zdqcloud,zdqscloud 也作为输入传入（行 2226），即云微物理结果参与光化学表面积/非均相过程。
6. 诊断段（行 2585+/2855+）：先建工作副本 zq = pq + pdq*ptimestep（行 2587），再用更新后的 zq 与 rice 重算柱积分水汽/水冰、TES 光学厚度、有效半径等，并 write_output。

因此水循环的数据流是：callradite 反演 rice → watercloud 用 rice 并更新示踪物 → callsedim 用 rice/rsedcloud 沉降 → 诊断用更新后的 zq 与 rice。

调用点：watercloud（行 1831）

控制条件

IF (water) THEN（行 1829）。整个块到行 1910 END IF ! of IF (water) 结束。

调用语句

call watercloud(ngrid,nlayer,ptimestep,
     zplev,zplay,pdpsrf,zzlay, pt,pdt,
     pq,pdq,zdqcloud,zdtcloud,
     nq,tau,tauscaling,rdust,rice,nuice,
     rsedcloud,rhocloud,totcloudfrac)

主要输入

主要输出

watercloud 内部据 microphys 选择 improvedclouds（完整微物理，见 improvedclouds_mod）或 simpleclouds（见 simpleclouds_mod），并调用 updaterice_micro/updaterice_typ 更新 rice（详见 watercloud_mod）。

调用后的 tendency 注入（行 1836–1908）

注入顺序及各自的开关条件：

1. 潜热温度（if (activice)，行 1837–1841）：pdt += zdtcloud。只有水冰辐射活化时才把凝结潜热计入温度，否则云微物理对温度无反馈。
2. 水汽/水冰无条件增量（行 1843–1849）：pdq(:,:,igcm_h2o_vap) += zdqcloud(...,h2o_vap)、pdq(:,:,igcm_h2o_ice) += zdqcloud(...,h2o_ice)。
3. HDO（if (hdo)，行 1851–1859）：增量 hdo_vap、hdo_ice。
4. CCN 质量/数量（if (microphys)，行 1864–1885）：增量 ccn_mass、ccn_number，随后两组 where 负值保护：ccn_mass 或 ccn_number 任一将变负时，把两者一起重置为 -pq/ptimestep + 1.e-30。注释（行 1862–1863）说明这是单精度舍入导致 N/M 可能为负的保护。
5. 尘埃质量/数量（if (scavenging)，行 1887–1908）：增量 dust_mass、dust_number（尘埃被云洗脱），同样配两组成对 where 负值保护。

负值保护的统一模式：质量与数量耦合，任一变负就把这一对一起钳到 -pq/ptimestep + 1.e-30，保证更新后 pq + ptimestep*pdq ≥ 1.e-30。这与 CO2 云调用点的保护逻辑一致。

与沉降（第 9b 段 callsedim）的关系

IF (sedimentation)（行 2136）→ call callsedim（行 2143），传入 rice,rsedcloud,rhocloud（行 2146，均由 watercloud 更新）。callsedim 返回 zdqsed（各层 tendency）和 zdqssed（地表通量），随后：

• 行 2168–2174：pdq(ig,l,iq) += zdqsed(ig,l,iq)，对所有示踪物。
• 行 2175–2182：dqsurf(ig,iq,islope) += zdqssed(ig,iq)*cos(pi*def_slope_mean(islope)/180.)，按坡度投影累加到地表。

注释（行 2134）明确沉降“acts also on water ice”。因此水冰先经 watercloud 凝结/蒸发，再经 callsedim 重力下落到地表；二者顺序不可调换，callsedim 依赖 watercloud 输出的 rice/rsedcloud。

rdstorm 时（行 2152–2166）风暴尘不能沉到地表，把其地表通量回填到最低层 tendency 后清零——与水冰无关，但在同一沉降块内。

与辐射（第 8 段 callradite）的关系

callradite（行 1097）在 watercloud 之前执行，以 rice,nuice,rdust 为 INOUT：它反演出本步辐射使用的水冰/尘埃有效半径，并输出云的红外光学厚度 taucloudtes（行 1105）。activice 决定水冰是否作为辐射活性气溶胶参与该计算。

关键时序：本步辐射用的 rice 是上一步 watercloud 留下的值（rice 跨步保留，行 306 声明在例程级）。watercloud（行 1831）随后用同一 rice 数组、再据新的水冰量更新它，供本步后续的 callsedim 与诊断、以及下一步的 callradite 使用。

CLFvarying 为真时（行 1115–1140）对 clear-sky 部分再调一次 callradite，并按云分数 totcloudfrac 加权合成通量与加热率——次网格云分数处理。

水循环诊断/输出调用点

诊断均在工作副本 zq = pq + pdq*ptimestep（行 2587，含上述全部注入）之后，位于 if (water) 诊断块（行 2855–2946）：

comm_RICE = rice（行 3297）把更新后的水冰半径写入通信模块，供后续/外部使用。

控制流程小结

[第 8 段] callradite(行 1097, INOUT rice/rdust/nuice) -> taucloudtes
    IF (CLFvarying): 再调 clear-sky callradite, 按 totcloudfrac 合成

[第 9a 段] IF (water):
    call watercloud(..., INOUT rice, OUT zdqcloud/zdtcloud/rsedcloud/rhocloud)
        内部: microphys ? improvedclouds : simpleclouds; updaterice_*
    IF (activice): pdt += zdtcloud
    pdq(h2o_vap/h2o_ice) += zdqcloud          (无条件)
    IF (hdo): pdq(hdo_vap/hdo_ice) += zdqcloud
    IF (microphys): pdq(ccn_mass/number) += zdqcloud + 负值保护
    IF (scavenging): pdq(dust_mass/number) += zdqcloud + 负值保护

[第 9b 段] IF (sedimentation): callsedim(..., rice/rsedcloud/rhocloud)
    pdq += zdqsed; dqsurf += zdqssed (per islope)

[第 9c 段] calchim(..., zdqcloud, zdqscloud)   (云结果参与化学)

[诊断] zq = pq + pdq*ptimestep
    if (water): 柱积分 mtot/icetot, opTES/tauTES, satu, rave/rave2
    wstats; write_output(h2o_*, rice, zdqcloud)

复现注意事项

• watercloud 的温度反馈只在 activice=true 时生效（行 1837）；关掉 activice 时云仍改变水汽/冰示踪物，但不放潜热，温度场不受云直接影响。
• 注入顺序固定：潜热 → 水汽/冰 → HDO → CCN（microphys）→ 尘埃（scavenging）。CCN 和尘埃增量各自带成对负值保护，复现时不能漏任一 where 块，否则单精度舍入可能产生负质量/负数密度。
• rice 跨时间步保留：本步 callradite 用的是上一步 watercloud 留下的 rice；watercloud 再更新它供本步 callsedim/诊断与下一步辐射。重排这三步会破坏半径的时间一致性。
• 水冰沉降在第 9b 段 callsedim 完成，依赖 watercloud 输出的 rsedcloud/rhocloud；与 CO2 云不同（CO2 冰在 co2cloud 微时间步内部沉降）。
• 诊断（柱积分、TES 光学厚度、有效半径）都在 zq=pq+pdq*ptimestep 之后，使用的是含全部 tendency 的更新态，而非 watercloud 局部输出。

已核验边界

• scavenging 依赖 microphys 和 dustbin>=1：conf_phys.F:921-926 在 scavenging.and..not.microphys 或 dustbin<1 时 abort；microphys=true 但 scavenging=false 只打印 warning，不中止。
• watercloud 内部 improvedclouds/simpleclouds 的选择与 rice 更新细节见 watercloud_mod、improvedclouds_mod、simpleclouds_mod；本页只描述 physiq 调用点。
• calchim（行 2223）接收 zdqcloud/zdqscloud 作为输入的具体非均相化学用途属于化学模块范围，见 aeronomars/化学相关页面。