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fort.14（.emflux）全 NaN 现象分析

调研日期：2026-08-08 范围：TLUSTY 208 输出文件 fort.14（出射谱 λ-Fλ，runner 快照为 .emflux）中出现全 NaN 的物理与数值含义。 核心问题：.emflux 全 NaN 意味着什么？是否代表 TLUSTY 大气模型收敛失败？

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0. TL;DR

.emflux 全文件 NaN = TLUSTY 大气模型结构（TEMP/POPUL/ELEC）数值发散到不可用程度的可靠标志。 源码机制与真实数据双重佐证：

• 源码层面：fort.14 的流量 FLUX 由辐射转移求解器（RTEFR1）基于大气结构（TEMP/POPUL）计算。大气发散 → 不透明度计算产生 Inf/0 → 源函数 Inf/Inf=NaN → 整列 FLUX 全 NaN → OUTPRI 在耗尽 NITER 上限后写进 fort.14。全 NaN 只能由大气发散引起，不存在"大气收敛良好但辐射转移单独失败"的路径。
• 数据层面：162 个网格点中，62/62（100%）的 emflux-NaN 点 converged=false；converged=true 且 emflux 含 NaN 的点 = 0。没有任何局部 NaN 样本。

对校验设计的结论：emflux bolometric 校验把"全 NaN 判失败"是正确的，语义应表述为"大气收敛失败（辐射转移求解发散）"，而非仅"辐射转移失败"。它与 atmosphere_has_nan 同级、互为冗余，且能捕获后者的检测盲区。

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1. fort.14 的写出机制

1.1 写出位置与格式

fort.14 由 SUBROUTINE OUTPRI（tlusty208.f:14156）写出，唯一活跃写出语句在 tlusty208.f:14188：

14181      DO IJ=1,NFREQ
14182         IJP=IJ
14183         IF(ispodf.eq.0) IJP=JIK(IJ)
14184         IF(IJX(IJP).NE.-1) THEN
14185            WRITE(13,602) FREQ(IJP),FLUX(IJP),FH(IJP)
14186            TOTF=TOTF+FLUX(IJP)*W(IJP)
14187            FLAM=FLUX(IJP)*FREQ(IJP)*FREQ(IJP)/2.997925E18
14188            write(14,614) 2.997925e18/freq(ijp),slam
14189         END IF
14190      END DO

• FORMAT 614 FORMAT(F15.3,1pe15.3)（tlusty208.f:14406）—— 第一列波长 λ(Å)，第二列 Fλ。
• 写出变量：FLUX(IJP)（COMMON/SURFAC/，MODELQ.FOR:135），不是局部量。FLAM 是从 Fν 到 Fλ 的换算（Fλ = Fν · ν² / c）。
• 关键：FLUX 是直接从 COMMON 块读已存的值，OUTPRI 本身不重新求解辐射转移。

1.2 写出时机

OUTPRI 仅在 IF(LFIN) 块内被调用（tlusty208.f:3887-3889）：

3887:      IF(LFIN) THEN
3888:         CALL OUTPRI
3889:      END IF

LFIN 的判定（tlusty208.f:47596）：

47596:      LFIN=ABS(CHMX).LE.CHMAX.OR.ITER.GE.NITER

即最后一次迭代（收敛 CHMX≤CHMAX 或耗尽迭代上限 ITER≥NITER）才写 fort.14。这意味着：fort.14 反映的是最终大气状态下的辐射转移解。

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2. NaN 的产生链（源码追踪）

2.1 FLUX 的计算路径

FLUX(IJ) 的赋值有三处（都在辐射转移求解子程序中）：

位置	子程序	语句
tlusty208.f:31800	RTEFR1（Feautrier 形式解）	FLUX(IJ)=AHout*half
tlusty208.f:32225	RTEDF2	FLUX(IJ)=AH
tlusty208.f:32848	RTEDF1	FLUX(IJ)=FH(IJ)*RAD1(1)-half*hextrd(ij)

这些在每次迭代的频率循环中被调用（如 tlusty208.f:4269-4271）：

4269:      DO IJ=1,NFREQ
4270:         CALL OPACF1(IJ)    ← 不透明度计算
4271:         CALL RTEFR1(IJ)    ← 辐射转移求解

2.2 NaN 的具体产生点

第一步：不透明度计算 OPACF1（tlusty208.f:4800）依赖大气结构

源码行	语句	发散时
tlusty208.f:4857 / :45375	HKT1(ID)=HK/T（T=TEMP(ID)）	TEMP→0 时 HKT1→Inf
tlusty208.f:4858	XKF(ID)=EXP(-HKT1(ID)*FR)	HKT1·FR 极大时下溢到 0
tlusty208.f:31444 / :33455	ABTRA(ITR,ID)=POPUL(II,ID)	POPUL 含 NaN → ABTRA 含 NaN
tlusty208.f:31446	EMTRA(ITR,ID)=POPUL(JJ,ID)*ANE*SBF(II)*...	POPUL 极大值 × 其他 → Inf

第二步：辐射转移 RTEFR1（tlusty208.f:32265）源函数计算

源码行	语句	发散时
tlusty208.f:32352	ST0(ID)=EMIS1(ID)/AB0(ID)	两个无穷大相除 = NaN（典型源头）
tlusty208.f:32361	SS0(ID)=-SCAT1(ID)/AB0(ID)	同上

NaN 一旦进入 RAD1（辐射转移矩阵解），就通过 AH/AHout 传播到 FLUX(IJ)，然后波及整列所有频率点。

2.3 为什么发散后不会提前 STOP

TLUSTY 有一个发散护栏（tlusty208.f:47587-47591）：

47587:      IF(ITER.NE.1 .AND. ABS(CHMX).GT.1.D16) THEN
47588:         WRITE(6,610) ITER,CHMX
47590:         STOP
47591:      END IF

但 CHMX 是温度相对变化的最大值（tlusty208.f:47468 CHT=CHANGT(ID)/TEMP(ID)），当 TEMP 含 NaN 时 CHMX 也变 NaN。而 NaN 与任何数比较都返回 .FALSE.：

• ABS(NaN).GT.1.D16 为假 → STOP 不触发（护栏对 NaN 失效）。
• ABS(NaN).LE.CHMAX 为假 → LFIN 只能靠 ITER.GE.NITER（耗尽上限）成立。

因此程序一路跑到 NITER，然后带着含 NaN 的 TEMP/POPUL 走完最后一次频率循环，把整列 FLUX 全写成 NaN，最后 OUTPRI 把全 NaN 的 FLUX 倒进 fort.14。

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3. 两种 NaN 场景的区分

fort.14 的 NaN 理论上有两种可能来源：

场景	描述	实际是否存在
A. 大气模型发散	TEMP/POPUL 含 NaN → FLUX 全 NaN	✅ 存在（62 例）
B. 大气收敛良好，局部辐射转移溢出	某些波长点不透明度极值 → 局部 NaN	❌ 数据中不存在

源码判定：场景 B 在机制上极不可能。FLUX 全 NaN 要求所有频率点的源函数都变为 NaN，这只能由大气结构整体发散引起。局部 NaN（少数频率点）需要大气结构有效但个别频率点溢出——但 TLUSTY 的频率循环对每个频率点用同一套 TEMP/POPUL，大气有效时不会让某个频率点单独产生 NaN（除非该频率点恰好触发了吸收系数的精确除零，但这在实测数据中从未出现）。

数据判定：在 162 个有 .emflux 的网格点中，所有 62 个 emflux-NaN 点都是 100% 全 NaN（如 t55000_g5.0：4514/4514 行全 NaN；t60000_g6.5：4420/4420 行全 NaN）。没有任何一个点是局部/特定波长 NaN。这直接排除了场景 B。

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4. 真实数据验证

4.1 全量统计（162 个网格点）

情形	数量	conv.json converged
.emflux 全 NaN + .7 含 NaN	53	全部 false
.emflux 全 NaN + .7 检测无 NaN	9	全部 false
.emflux 正常 + .7 含 NaN	0	—
两者都正常（0 NaN）	100	混合

决定性事实：

1. 62/62（100%）的 emflux-NaN 点 converged=false。
2. converged=true 且 emflux 含 NaN 的点 = 0。
3. 全 NaN 点都是 100% 整文件 NaN，无局部 NaN。

4.2 典型全 NaN 点

t55000_g5.0_he-2_c-1_n-4_o-4：

• .7 从第 11 行（depth 1 的 TEMP/ELEC/DENS/POPUL）开始全是 NaN（5200/5210 行 NaN）。
• conv.json：converged:false、atmosphere_has_nan:true、best_max_relc:39100（seed_nc 第 3 次迭代发散）。
• .nl.err：IEEE_INVALID_FLAG IEEE_UNDERFLOW_FLAG IEEE_DENORMAL 浮点异常。

4.3 检测器盲区：9 个".7 检测无 NaN 但 emflux 全 NaN"的点

这 9 个点最关键——它们决定了 emflux 校验是否有独立价值：

• .7 不含字面 NaN/Inf（atmosphere_has_nan 检测器通过），但实际已发散成巨大但有限的非物理值：
  • TEMP ≈ 1.015e-15（趋近 0）
  • POPUL 达 5e12（极大）
  • final_max_relc 在 1e16 ~ 1e27（灾难性发散）
• 这些值不是字面 NaN，但在 OPACF1 里 HK/TEMP→巨大、POPUL 乘积→Inf、EMIS1/AB0→Inf/Inf=NaN。
• synspec_error 为 "spec 含 NaN/Inf/溢出行 (共 303554 行)" —— 发散大气喂给 SYNSPEC 后整谱也是 NaN/溢出。
• 原因：atmosphere_has_nan（conv_check.rs:18）的正则 (?i)(\bnan\b|\binf(?:inity)?\b|\*{3,}|[eE]\+(?:3\d{2}|[4-9]\d{2,})) 只匹配 nan/inf/***/E+300+，抓不到"巨大但有限的发散值"（如 5e12 POPUL、1e-15 TEMP）。

这 9 个点靠 converged=false（max_relc 极大）+ emflux 全 NaN + synspec NaN 三重否决才被正确标记。emflux 全 NaN 校验在这类点上恰好补位了 atmosphere_has_nan 的盲区。

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5. 对校验设计的影响

5.1 emflux bolometric 校验的语义修正

现有 check_emflux_bolometric（conv_check.rs）把"全 NaN（占比>50%）"判失败。根据本调研：

• 判定正确：全 NaN 是大气发散的充分（且几乎必要的）标志。
• 语义需精确化：错误描述从 "辐射转移可能失败" 改为 "大气收敛失败（辐射转移求解发散）"。

// 修正后（conv_check.rs）
error: Some(format!(
    "emflux NaN/不可解析占比 {:.0}% 过高（>{:.0}%），大气收敛失败（辐射转移求解发散）",
    nan_ratio * 100.0, 50.0
)),

5.2 与 atmosphere_has_nan 的关系

emflux 全 NaN 校验与 atmosphere_has_nan 同级、互为冗余：

校验	覆盖的发散形态	盲区
atmosphere_has_nan	.7 含字面 NaN/Inf/***/E+300+	巨大但有限的发散值（如 5e12 POPUL、1e-15 TEMP）
check_emflux_bolometric（NaN 分支）	大气发散导致的辐射转移全 NaN	需 TLUSTY 启用且 fort.14 存在
check_fort9（max_relc）	max_relc 极大（收敛失败）	无法区分真收敛/假收敛

三者交叉覆盖，任一独立即可拦截大部分发散点。emflux 全 NaN 校验的独特价值在于捕获那 9 个 atmosphere_has_nan 盲区点。

5.3 不影响的部分

• 局部 NaN（如 .spec 中 Balmer 线区域的 NaN）：这是 SYNSPEC 处理 Balmer 线 Stark 加宽时的正常行为（与 tests/synspec/hhe/results/hhe35nc.spec 一致），不是收敛失败。emflux 校验不涉及 .spec，且阈值设在 50%（容忍局部 NaN，只拦全 NaN）。

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6. 结论

1. .emflux 全 NaN 的物理含义：TLUSTY 大气模型结构（TEMP/POPUL/ELEC）已数值发散到不可用程度，导致最后一次频率循环里 OPACF1→RTEFR1 把整列 FLUX 全部污染为 NaN，OUTPRI 在耗尽 NITER 上限后写入 fort.14。

2. 是否等于 TLUSTY 收敛失败？—— 是。源码机制（CHMX 变 NaN 后 STOP 护栏与收敛判定双双失效，全 NaN 只能在大气发散时产生）+ 数据（62/62 全 NaN 点 converged=false，converged=true 点 0 个有 NaN）双重佐证。全 NaN emflux 是大气收敛失败的充分（且几乎必要的）标志。

3. ".7 大气无 NaN（按检测器）且 converged=true，但 .emflux 全 NaN"是否可能？—— 不可能。162 点中此组合为 0 例。出现".7 检测无 NaN + emflux 全 NaN"的 9 例，都是 .7 实际已发散成巨大有限值/近零温度（检测器盲区），converged 全为 false。

4. emflux 全 NaN 校验的独立价值：能捕获 atmosphere_has_nan 正则盲区（巨大有限发散值），起到交叉验证补位作用。

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附录：关键源码行号

均在 /home/fmq/program/tlusty/tl208-s54/tlusty/tlusty208.f：

功能	行号
fort.14 写出（OUTPRI）	14188
FORMAT 614	14406
FLUX 来源 COMMON	MODELQ.FOR:135
FLUX 赋值（辐射转移解）	31800, 32225, 32848
NaN 产生（不透明度 HK/TEMP）	4857, 45375
NaN 产生（POPUL 布居）	31444, 31446, 33455
NaN 传播（源函数 EMIS1/AB0）	32352, 32361
发散 STOP 护栏（对 NaN 失效）	47587-47591
LFIN 收敛判定	47596
OUTPRI 调用时机（LFIN）	3887-3889