MPAS 系列教程(二)源码目录与运行流程

MPAS-A 编译完成后，源码根目录里会多出可执行文件、默认配置和物理查找表。第一次接触时，很容易把“源码在哪里”，“程序怎么分工”，“个例需要哪些文件”混在一起。这一篇先把 MPAS-A 从源码到输出的整体结构看清楚，后面再讲网格、静态地理场和初始场时，每一步就都能找到自己的位置。

解压 MPAS-Model 8.4.1 后，根目录大致如下。编译成功后，两个核心程序和自动生成的默认配置也会出现在这里。

— 图 1｜MPAS-A 源码根目录与主要文件

MPAS 不是把所有功能都写进一个大程序，而是把公共框架、数值算子和具体模式核心分开组织。

— 图 2｜src 目录分层与两个 atmosphere core 的关系

driver：程序从这里启动

src/driver/mpas.F 是很短的主程序。它依次完成初始化、运行和结束清理，真正的功能由编译时选中的 core 提供。也就是说，init_atmosphere_model 和 atmosphere_model 共用 MPAS 的启动框架，但装入的是两套不同的大气核心。

framework：公共基础设施

src/framework 负责各个 core 都会用到的底层能力，包括 MPI 并行通信、网格分块、halo 交换、I/O、时间推进管理、日志和数据结构。

运行时如果报错出现在 mpas_io、mpas_halo、mpas_decomp 一类例程中，通常说明问题已经进入公共框架层，而不一定是某个物理方案本身。

operators：网格上的公共数值运算

src/operators 提供向量重构、插值、平流和几何运算等公共算子。MPAS 使用非结构 Voronoi 网格，这些算子把网格连接关系转成可复用的数值操作。

两个大气 core：本文的重点

src/core_init_atmosphere 对应资料准备程序，src/core_atmosphere 对应正式积分程序。前者面向“如何得到可用输入”，后者面向“如何完成模式积分”。

在两个目录里都会看到一个重要文件：Registry.xml。它集中描述维度、变量、namelist 选项和 streams，是默认配置及部分 Fortran 包含文件的来源。普通运行不需要修改它，但查变量定义和配置项含义时，它比在整个源码中盲目搜索更直接。

init_atmosphere_model

这个程序通过 namelist.init_atmosphere 中的 config_init_case 和一组阶段开关完成多种资料准备任务。

最常见的真实资料初始化使用 config_init_case = 7。静态地理场插值和气象场插值可以分阶段运行，也可以由配置组合控制，所以同一个可执行文件会在完整流程中出现不止一次。

atmosphere_model

这是正式的大气模式积分程序。它读取已经准备好的网格和初始场，根据 namelist.atmosphere 设置时间步长、起止时间和物理方案，再根据 streams.atmosphere 组织输入、历史输出、诊断输出与重启动文件。

程序内部主要包括：

下面以全球真实资料模拟为主，先看一遍每个环节的输入和输出。

— 图 3｜从 MPAS 网格到历史与诊断输出的完整流程

区域模拟的主流程相同，但还要准备区域网格、侧边界地形融合和随时间更新的 LBC 文件。LBC 仍由 init_atmosphere_model 生成，atmosphere_model 在积分过程中通过 lbc_in stream 读取。

MPAS 的运行目录可能显得很杂，但把它们按职责分组后就清楚了。

— 图 4｜运行目录中的关键文件分组

namelist 决定“怎么算”

namelist 保存数值和物理配置。例如开始时间、积分时长、时间步长、垂直层数、物理套件和并行分区文件前缀都在这里设置。

streams 决定“读什么、写什么”

streams 文件管理输入输出通道。以大气积分程序为例，常见 stream 包括初始场输入、历史输出、诊断输出、重启动、地表更新和区域侧边界输入。

因此，出现“文件不存在”或“输出时间不符合预期”时，不要只检查 namelist，还要核对 streams 中的文件模板、读写方向和时间间隔。

并行分区文件必须与进程数对应

x1.1024002.graph.info.part.72 表示这份分区文件把网格划分为 72 个部分，通常对应 72 个 MPI 进程。启动进程数与分区文件后缀不一致时，程序无法按预期完成网格分解。

文件名前缀由 namelist 中的 config_block_decomp_file_prefix 指定，程序会在这个前缀后寻找与进程数对应的分区文件。

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