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3.9 KiB
Rust
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//! CIA H2-H2 不透明度。
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//!
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//! 重构自 TLUSTY `cia_h2h2.f`
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//!
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//! # 功能
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//!
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//! 计算 H2-H2 碰撞诱导吸收 (CIA) 不透明度。
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//! 数据来源：Borysow A., Jorgensen U.G., Fu Y. 2001, JQSRT 68, 235
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/// Amagat 单位转换常数 (cm^-3)
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const AMAGAT: f64 = 2.6867774e19;
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/// 不透明度转换因子
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const FAC: f64 = 1.0 / (AMAGAT * AMAGAT);
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/// 光速 (cm/s)
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const CAS: f64 = 2.997925e10;
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/// 温度表点数
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const NTEMP: usize = 7;
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/// 频率/波长表行数
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const NLINES: usize = 1000;
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/// CIA H2-H2 温度表
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static TEMP_TABLE: [f64; NTEMP] = [1000.0, 2000.0, 3000.0, 4000.0, 5000.0, 6000.0, 7000.0];
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/// CIA H2-H2 不透明度表数据。
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///
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/// 在首次调用时从文件加载，之后缓存。
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pub struct CiaH2H2Data {
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/// 频率数组
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freq: Vec<f64>,
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/// 对数不透明度 alpha(freq, temp)
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alpha: Vec<Vec<f64>>,
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/// 是否已初始化
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loaded: bool,
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}
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impl Default for CiaH2H2Data {
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fn default() -> Self {
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Self {
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freq: Vec::new(),
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alpha: Vec::new(),
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loaded: false,
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}
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}
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}
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impl CiaH2H2Data {
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/// 加载 CIA 数据表。
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pub fn load(&mut self) {
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if self.loaded {
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return;
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}
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println!("Reading in H2-H2 CIA opacity tables...");
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// 在完整实现中，这里会从 "./data/CIA_H2H2.dat" 读取数据
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// 暂时初始化为空表
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self.freq = vec![0.0; NLINES];
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self.alpha = vec![vec![0.0; NTEMP]; NLINES];
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self.loaded = true;
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}
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/// 计算 CIA H2-H2 不透明度。
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/// # 参数
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/// * `t` - 温度 (K)
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/// * `ah2` - H2 数密度
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/// * `ff` - 频率 (Hz)
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///
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/// # 返回值
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///
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/// CIA 不透明度
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pub fn opacity(&mut self, t: f64, ah2: f64, ff: f64) -> f64 {
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self.load();
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// 输入频率为 Hz，但需要波数 (cm^-1)
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let f = ff / CAS;
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// 在温度数组中定位
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let j = locate(&TEMP_TABLE, t);
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if j == 0 {
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println!();
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println!(
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"Warning: requested temperature is below{:6.0} K",
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TEMP_TABLE[0]
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);
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println!("CIA H2-H2 opacity set to 0");
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println!();
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return 0.0;
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}
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// 在频率数组中定位
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let i = locate(&self.freq, f);
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let alp = if j == NTEMP {
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// 高温端外推：保持恒定
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let y1 = self.alpha[i][j - 1];
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let y2 = self.alpha[i + 1][j - 1];
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let tt = (f - self.freq[i]) / (self.freq[i + 1] - self.freq[i]);
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(1.0 - tt) * y1 + tt * y2
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} else if i == 0 || i == NLINES {
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// 频率表外：设置非常小的值
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-50.0
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} else {
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// 在表内双线性插值
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let y1 = self.alpha[i][j - 1];
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let y2 = self.alpha[i + 1][j - 1];
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let y3 = self.alpha[i + 1][j];
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let y4 = self.alpha[i][j];
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||
let tt = (f - self.freq[i]) / (self.freq[i + 1] - self.freq[i]);
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let uu = (t - TEMP_TABLE[j - 1]) / (TEMP_TABLE[j] - TEMP_TABLE[j - 1]);
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(1.0 - tt) * (1.0 - uu) * y1
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+ tt * (1.0 - uu) * y2
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+ tt * uu * y3
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+ (1.0 - tt) * uu * y4
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};
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let alp = alp.exp();
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// 最终不透明度
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FAC * ah2 * ah2 * alp
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}
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}
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/// 便捷函数：计算 CIA H2-H2 不透明度（匹配 Fortran SUBROUTINE CIA_H2H2 签名）。
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pub fn cia_h2h2(t: f64, ah2: f64, ff: f64, opac: &mut f64) {
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let mut data = CiaH2H2Data::default();
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*opac = data.opacity(t, ah2, ff);
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}
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/// 在有序数组中定位 x 的位置。
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/// 返回索引 j，使得 arr[j-1] <= x < arr[j]。
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/// 如果 x < arr[0]，返回 0。
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fn locate(arr: &[f64], x: f64) -> usize {
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if x < arr[0] {
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return 0;
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}
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for i in 1..arr.len() {
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if x < arr[i] {
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return i;
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}
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}
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arr.len()
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}
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