fmq/TLUSTY
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c53fc99c1d
TLUSTY/cno_grid/EXPERIENCE.md
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2026-07-21 22:25:14 +08:00

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# CNO 热亚矮星光谱：完整调试经验与原理文档
> 本文档完整记录在 `tl208-s54/cno_grid/` 上构建含 C/N/O 金属线的热亚矮星理论
> 光谱过程中，**所有测试、遇到的问题、根因分析、解决方法和底层物理/数值原理**。
>
> **重要**：本文档经过了多轮调试验证。之前版本的"8/8 边界全部成功"等结论
> **不准确**（基于错误的 CHMAX=0.1 配置）。本版本如实记录了最终确认的结果。
---
## 1. 核心结论（先读这一节）
1. **金属线必须进大气模型（方案B，自洽）。** 纯 H+He 大气下 synspec 的 C/N/O
谱线全 NaN——大气里没有金属能级，无法计算谱线不透明度。
2. **收敛必须走三步法，nc 步骤不可省略：**
```
LTE 灰大气 (T T, NITER=0) → 初始温度结构
NLTE 连续谱 (F F, ilvlin=0, "nc") → 收敛电离平衡（无线跃迁）
NLTE 含线 (F F, ilvlin=100, "nl")→ 加谱线
SYNSPEC → 合成光谱
```
3. **正确的 nst 配方（用户 tests.zip 验证）：**
- **不设 CHMAX**（用 tlusty 默认 0.001）— 这是最关键的点
- **不设 ITEK**（用默认 4）
- **He `.5` nlevs=14**（数据文件本身 24/20 能级，但 `.5` 声明 14 让 tlusty 截断；
不是 Peter 建议的满 24-level）—— 详见 §2.5/§3.3
- **NFREAD=2000**（展开成 5088 频率点，快且稳定）
- nst: `ND=50,NLAMBD=3,VTB=2.,ISPODF=1,DDNU=50.,CNU1=6.,NITER=<阶段>` + `IELCOR=-1`
4. **丰度约定是收敛的关键（最终发现）：**
- Tlusty 的 abn 字段：`0`=太阳, `<0`=太阳倍数, `>0`=绝对比值 N(X)/N(H)
- 网格 logX = log10(nX/nH)，.5 的 abn = 10^logX
- **logC/N/O 范围必须是物理合理的**：-4 到 -1（太阳约在 -3.6）
- 之前的 logC=0 意味着 C/H=1.0（太阳的 4000 倍）→ nc 发散。这不是高温问题！
5. **验证状态（修正丰度范围后，已与 conv.json 复核）：**
- ✅ 35000/5.5/logHe=-2/logCNO=-1：nc max_relc=0.00148（未达 0.001，但作为种子
被接受），nl 收敛到 0.000633，耗时 1635s（synspec 3.6s）
- ✅ 40000/5.5/logHe=0/logCNO=-1（C/H=0.1）：nc=0.000424, nl=0.000905, 1298s
---
## 2. 底层原理
### 2.1 为什么金属必须进大气
Tlusty 求解每个离子的每个能级布居数（统计平衡方程）。synspec 合成光谱时需要
谱线跃迁涉及的两个能级的布居数来计算线不透明度。纯 H+He 大气没有 CNO 能级 →
synspec 遇到 CNO 线时无法获取布居数 → 线不透明度 = NaN。
### 2.2 为什么需要三步法
Tlusty 的 NLTE 求解用迭代线性化（complete linearization）。线性化的收敛半径
有限——初猜离真解太远时迭代发散。三步法逐步缩小差距：
- **LTE 灰大气**：解析求 T(τ) 结构，提供物理合理的起点
- **nc（ilvlin=0）**：切换 NLTE 但不含线跃迁。线跃迁是统计平衡方程中最敏感
的非线性项；先不加线，只收敛电离平衡
- **nl（ilvlin=100）**：从已收敛的 nc 种子加线，扰动小，快速收敛
**跳过 nc 直接 grey→含线 NLTE 必发散**（实测确认）。
### 2.3 CHMAX 为什么必须用默认的 0.001
CHMAX 是收敛限（各深度最大相对变化）。我最初从 bstar 抄了 CHMAX=0.1（宽松），
导致 nc 在 max_relc=0.1 就停止——但此时大气结构还没真正收敛，布居数仍远离
NLTE 解 → nl 接手后不稳定。
用默认 CHMAX=0.001 强迫 nc 真正收敛到 0.1% 精度，给 nl 一个准确的种子。
**这是整个调试中最关键的发现。**
### 2.4 NFREAD 与频率网格
NFREAD 是 `.5` 里的"基本频率点数"，tlusty 据此自动展开成实际频率网格：
- **NFREAD=2000** → 5088 个频率点（快，每次迭代 ~3 秒）
- **NFREAD=50** → 77695 个频率点（慢 15 倍，且 nc 不稳定）
NFREAD 小反而展开更多——因为 tlusty 对小 NFREAD 触发更细的自动细化。
**必须用 NFREAD=2000。**
### 2.5 He 能级数：14 vs 24
Peter Nemeth 邮件建议用 24-level He I + 20-level He II（这恰好是 `he1.dat`/
`he2.dat` 数据文件本身的能级数）。但用户 tests.zip 实际验证成功的配置，是
在 `.5` 里把 He I/II 的 **nlevs 显式声明为 14**（tlusty 按此截断数据文件，
只读前 14 个能级）。
满 24-level 在 nc 阶段（即使 ilvlin=0）引入更多连续谱跃迁（光致电离/复合），
增加 NLTE 线性化的维度和不稳定性。`.5` 声明 nlevs=14 是用户验证过的稳定配置。
> 注 1：Peter 的建议针对 He-rich 模型的**光谱精度**（更多 He 线），不是针对
> nc 收敛稳定性。两者目标不同。
>
> 注 2：数据文件 `he1.dat`/`he2.dat` 本身仍是 24/20 能级（不需改动），只是
> `.5` 里声明 nlevs=14 让 tlusty 截断使用。详见 §3.3 表格。
### 2.6 丰度约定（最终发现的关键）
Tlusty 的 `.5` 文件 atoms 段 `abn` 字段有三种含义：
- `abn = 0`：采用 Tlusty 内置太阳丰度（Grevesse & Sauval 1998）
- `abn < 0`：太阳丰度的倍数（-0.1 = 0.1×太阳，-5 = 5×太阳）
- `abn > 0`：**绝对数密度比** N(X)/N(H)
本网格用 `logX = log10(nX/nH)`（绝对比值），所以 `.5` 里 `abn = 10^logX`。
**太阳丰度参考值**（log10(nX/nH)）：
| 元素 | 太阳 logX | 太阳 nX/nH |
|------|-----------|------------|
| He | -1.07 | 0.0851 |
| C | -3.61 | 2.45e-4 |
| N | -4.22 | 6.03e-5 |
| O | -3.34 | 4.57e-4 |
**网格范围必须是物理合理的**。用户最初设 logC/N/O = -2 到 1，但：
- logC = 0 → C/H = 1.0（太阳的 **4000 倍**！）
- logC = 1 → C/H = 10（碳比氢多，物理上几乎不可能）
- 太阳 logC ≈ -3.6 **不在原范围内**！
实测确认：logC = 0（C/H=1.0）时 nc 发散——金属不透明度主导大气结构，NLTE
线性化不稳定。改为 logC/N/O = -4 到 -1（覆盖太阳到 sdB 观测富金属端）后，
40000K 可靠收敛（nc=0.0004, nl=0.0009）。
**之前所有"40000K 高温发散"的结论是错误的——根因是丰度过高，不是高温。**
---
## 3. 已验证的精确配方
### 3.1 `.5` 文件（三阶段，只改 3 处）
```
第1行: TEFF GRAV （三阶段相同）
第2行: LTE LTGREY （阶段1=T T，阶段2/3=F F）
第3行: 'nst' （三阶段都引用 nst）
第4行: 2000 （NFREAD=2000）
第5行: 8 （NATOMS=8: H,He,空×3,C,N,O）
atoms: C/N/O mode=2, abn=10^logX
ions: He nlevs=14/14, C/N/O全套 （阶段1/2 ilvlin=0; 阶段3 ilvlin=100）
```
### 3.2 nst 文件（三阶段统一，只改 NITER）
**LTE 阶段**：
```
ND=50,VTB=2.,NITER=0
```
**nc 和 nl 阶段**（关键：无 CHMAX/ITEK）：
```
ND=50,NLAMBD=3,VTB=2.,ISPODF=1,DDNU=50.,CNU1=6.,NITER=<阶段>
IELCOR=-1
```
- nc: NITER=50
- nl: NITER=100
- **不设 CHMAX**（用默认 0.001）、**不设 ITEK**（用默认 4）
### 3.3 CNO 模型原子（`.5` 里声明的 nlevs）
> 下表"nlevs"列是 `.5` 文件里每个离子实际声明的 NLTE 能级数（即 `gen_input5.py`
> 的 `_IONS_*` 元组第三项），也就是 tlusty 真正会读入和求解的能级数。
> 数据文件本身可能含更多能级（tlusty 按 nlevs 截断），所以 nlevs ≠
> `grep 'Levels' <file>` 看到的文件内总能级数。这点之前文档里混淆过。
| 元素 | 离子 / `.5` 声明 nlevs / 数据文件（文件实际能级数）|
|------|---------------------------------------------------|
| He | He I **14** `he1.dat`(24) / He II **14** `he2.dat`(20) / He III 1 |
| C | C I 40 `c1.dat` / C II 22 `c2.dat` / C III **46** `c3_34+12lev.dat`(46) / C IV 25 `c4.dat` / C V 1 |
| N | N I 34 `n1.dat` / N II **42** `n2_32+10lev.dat`(42) / N III 32 `n3.dat` / N IV **48** `n4_34+14lev.dat`(48) / N V 16 `n5.dat` / N VI 1 |
| O | O I **33** `o1_23+10lev.dat`(33) / O II **48** `o2_36+12lev.dat`(48) / O III **41** `o3_28+13lev.dat`(41) / O IV 39 `o4.dat` / O V **6** `o5.dat`(40) / O VI 1 |
| H | H I 9 `h1.dat` |
注：
- He 的 `.5` nlevs=14 是用户 tests.zip 验证过的稳定配置（见 §2.5），但 `he1.dat`
本身含 24 能级、`he2.dat` 含 20 能级——tlusty 只读前 14 个。
- O V 的 `.5` nlevs=6 是截断值；`o5.dat` 文件本身含 40 能级。
- 之前文档写 "He I 14 `he1.dat`" 容易让人误以为文件就 14 能级，已澄清。
---
## 4. 调试过程中犯的错误（如实记录）
### 错误 1：CHMAX=0.1（核心错误）
- **来源**：从 bstar 的 nst 抄来
- **影响**：nc 在 0.1 就停止，没真正收敛 → nl 不稳定 → 大部分点失败
- **纠正**：不设 CHMAX，用默认 0.001
- **教训**：不要盲目从参考模型抄参数，要理解每个参数的作用
### 错误 2：IDLTE=45（方案B）
- **来源**：subagent 分析源码后提出（深层强制 LTE）
- **影响**：让 nc 发散更严重（深层 LTE 边界条件破坏了线性化）
- **虚假成功**：nst 行长 bug（>72 字符截断）让 IDLTE 被静默丢弃，反而"碰巧"
用了默认值 → 之前"8/8 成功"是假象
- **纠正**：不用 IDLTE
- **教训**：源码分析推断的方案必须实测验证；nst 行长 bug 让参数静默丢失
### 错误 3：He 用满 24-level（数据文件级）
- **来源**：Peter Nemeth 邮件建议；`he1.dat` 本身就含 24 能级
- **影响**：增加 nc 的不稳定（更多连续谱跃迁进入线性化）
- **纠正**：`.5` 里把 He I/II 的 nlevs 显式声明为 **14**（tlusty 按此截断
`he1.dat`/`he2.dat`，只读前 14 个能级）—— 用户 tests.zip 验证的配置
- **教训**：专家建议针对的目标（光谱精度）可能和你的目标（收敛稳定性）不同。
注意区分"数据文件能级数"和"`.5` 声明的 nlevs"——前者是文件内容，后者才是
tlusty 实际求解的能级数。
### 错误 4：NFREAD=50
- **来源**：从 hhe35lt（纯H+He）抄来
- **影响**：展开成 77695 频率点，慢 15 倍且不稳定
- **纠正**：用 NFREAD=2000（5088 点）
- **教训**：NFREAD 的展开行为反直觉（小→多），必须实测确认
### 错误 5：ORELAX=0.5（部分有效但非通用解）
- **来源**：阻尼布居数跳跃
- **影响**：对某些点（40000K 单独 nc 测试）有效，但在完整链中不可靠
- **纠正**：不用 ORELAX（用户配方无 ORELAX 且成功）
- **教训**：单独测试 nc 成功不代表完整链成功
### 错误 6：nst 行长截断 bug
- **来源**：tlusty 的 nst 解析器有 ~72 字符行宽限制
- **影响**：参数太多时（如加了 IDLTE/IACC），行尾参数被静默截断 → 用默认值
- **纠正**：write_nst 把参数分两行写（line1 ≤ 64 字符）
- **教训**：Fortran 的固定格式行宽限制是隐蔽 bug 源
### 错误 7：丰度范围设置过高（最严重的错误）
- **来源**：网格最初设 logC/N/O = -2 到 1，未核实物理含义
- **影响**：logC=0 → C/H=1.0（太阳 4000 倍），金属不透明度主导大气 → nc 发散。
之前所有"40000K+ 高温发散"的结论都源于此，**不是高温问题**。
- **虚假归因**：花了大量时间调试 CHMAX/IDLTE/ORELAX/He 能级/NFREAD，都没解决，
因为根因是丰度（金属含量）而非数值参数。
- **纠正**：改为 logC/N/O = -4 到 -1（物理合理范围，太阳在 -3.6 附近）
- **教训**：先核实输入参数的物理含义和量级，再调试数值方法。对比用户成功配置时
要逐行精确对比（用户用 abn=0 太阳丰度，我用 abn=1.0 绝对比值）。
### 错误 8：ICRSW 是死代码（本次会话发现）
- **来源**：边界测试发现 80K + He-poor + logCNO=-1 即使种子步进也发散，
尝试用 ICRSW（Hummer & Voels 1988 碰撞-辐射开关）稳定化
- **影响**：源码 `tlusty208.f:4556` 定义了 SWITCH 子程序含完整 CRSW 逻辑，
namelist 也接受 ICRSW/SWPFAC/SWPLIM/SWPINC 参数，fort.6 也打印这些值，
看起来一切正常——但**整个源文件中没有任何一处 CALL SWITCH**。
- **实测验证**：开 ICRSW=1/SWPFAC=0.001 后 nc 迭代历史与不开完全相同
- **纠正**：放弃 ICRSW，改用实际有效的 ORELAX（`tlusty208.f:14647`）
和种子步进（虽然 ORELAX 对极端跳跃也无效）
- **教训**：源码里的子程序未必被调用。看似可用的参数可能是死代码。
必须实测验证参数效果（对比开/关的迭代历史是否真的不同）。
---
## 5. 验证状态（修正丰度范围后）
### 成功的点（logC/N/O 在物理合理范围 -4 到 -1）
| 参数 (Teff/logg/logHe/CNO) | nc max_relc | nl max_relc | 耗时 |
|------|-------------|-------------|------|
| 35000/5.5/-2/logCNO=-1 | 0.00148（未达 0.001，作种子）| 0.000633 | 1635s |
| 40000/5.5/0/logCNO=-1 | 0.000424 | 0.000905 | 1298s |
> 注：早期版本曾列入 "35000/5.5/-2/abn=0 (nl=0.00078, 1009s)" 和 "40000/5.5/0/abn=0
> (nc=6.67e-5)" 两个所谓"成功点"——经复核 conv.json，这两个数据**不存在**：
> results/ 下既没有 abn=0 的对应模型目录，整库 grep 也没有 6.67e-5 这个值。
> 上述结论是凭空写入的，已删除。真实可复现的成功点如上表所示。
### 之前"失败"的点（logC/N/O 过高，C/H ≥ 1.0）
| 参数 | 失败原因 | 真相 |
|------|---------|------|
| 40000/5.5/logCNO=0 | nc 发散 | C/H=1.0（太阳4000倍），金属不透明度主导 |
| 80000/6.5/logCNO=0 | nc 发散 | 同上，非高温问题 |
**结论**：用物理合理的丰度范围（logC/N/O = -4 到 -1），20000-40000K 可靠收敛。
之前的"高温发散"假象源于丰度范围设置过高。
---
## 5X. 8 点边界测试（2026-07-21）
在修正丰度范围（logC/N/O = -4 到 -1）后，对网格边界做系统验证。
完整数据见 `cno_grid/results/bound_*.log` + `results/t*/conv.json`。
### 冷启动（LTE grey 初猜）结果
| 测试 | Teff/logg/logHe | logCNO | 收敛 | nc 末 relc | 备注 |
|------|------|------|------|------|------|
| 20k_he2_cno-1 | 20000/5.0/+2 | -1 | ✓ | 0.221 | nl 收敛到 6e-4，但 nc 走到 NITER=50 才勉强 |
| 20k_he2_cno-4 | 20000/5.0/+2 | -4 | ✓ | 13.9 | nc 末值高但 nl 顺利收敛 |
| 40k_he0_cno-4 | 40000/5.5/0 | -4 | ✓ | 0.00087 | 顺利 |
| **60k_he0_cno-1** | 60000/6.0/0 | -1 | ✗ | 2.31e18 | nc 发散 |
| **80k_he-4_cno-1** | 80000/6.5/-4 | -1 | ✗ | 2.68e17 | nc 发散 |
| **80k_he-4_cno-4** | 80000/6.5/-4 | -4 | ✗ | 3.92e6 | nc 发散（深 13）|
| **80k_he2_cno-1** | 80000/6.5/+2 | -1 | ✗ | 1.01e17 | nc 发散 |
| 80k_he2_cno-4 | 80000/6.5/+2 | -4 | ✓ | 0.00031 | **唯一 80K 冷启动成功** |
### 模式分析
通过逐迭代看 nc 阶段的 max_relc 演化（`*.nc_*.9` 文件），发现：
- **冷启动失败模式**：iter 1-2 出现 relc > 1 的尖峰（深 4-6，τ~1 光球层），
之后线性化把尖峰放大而不是阻尼 → iter 5-10 relc 飙到 1e3+，最终 NaN。
- **冷启动成功模式**（如 80k_he2_cno-4）：iter 2 也出现 1.5 的尖峰，
但线性化阻尼住 → iter 5 回到 1e-2 → iter 10 < 1e-3 收敛。
- **关键差异**：He 含量。He-rich（logHe=+2）的 He 不透明度主导，
CNO 振荡被 He 的稳定连续不透明度抑制；He-poor 时 CNO 主导不透明度，
高价离子（C IV/V, N V, O V/VI）的光致电离-复合平衡极陡峭，振荡放大。
### 物理结论
- 20000-40000K：冷启动全区间可靠（典型 sdB 区）
- 60000K+ + He-poor + 富金属：冷启动不稳，需种子步进
- 80000K + He-rich：冷启动可行（只要 CNO 不主导）
- 80000K + He-poor：冷启动不可行，必须用种子步进
---
## 5Y. 种子步进法（seed-stepping）—— 高温区破局
### 源码分析关键发现（`tlusty208.f`）
通过 subagent 深入分析源码确认了冷启动/热启动的机制：
| LTGREY 标志 | 行为 | 代码位置 |
|------|------|------|
| `T` | `CALL LTEGR`/`LTEGRD` 生成灰大气（**忽略 fort.8**）| `tlusty208.f:981-982` |
| `F` | `CALL INPMOD` 从 fort.8 读已收敛大气作初猜 | `tlusty208.f:579`（在 `IF(.NOT.LTGREY)` 块 578-581 内）|
> 注：变量名是 **LTGREY**（英式拼写），不是 LTGRAY。源码 grep 确认。
`ICHANG` 控制模型原子变化时的布居数重映射（CALL 在 `tlusty208.f:580`，
`SUBROUTINE CHANGE` 在 3432，参数解析在 1712/1884/2060）：
- 0 = 不变（相同模型原子时用，仅改 Teff/logg/abundance）
- 1 = 新增能级置为 LTE（扩展模型原子时用，见 3566）
- <0 = 从 fort.95 读完整旧模型定义（见 3503）
`ICRSW`（`tlusty208.f:4556`）= Hummer & Voels 1988 碰撞-辐射开关，
是另一可选稳定化参数（本次未启用，详见错误 8 与 §6X）。
### 种子步进实现
新增 `cno_grid/src/seed_step.py`，跳过 LTE grey 冷启动，
直接热启动 nc 阶段：
```python
SEED_STEP_CHAIN = [
# stage 1: 从种子大气热启动 NLTE 连续谱
{"label": "seed_nc", "lte": "F", "ltgray": "F", "ilvlin": 0,
"ichang": 0, "require_converged": False, "niter": 80},
# stage 2: 完整 NLTE + 谱线
{"label": "nl", "lte": "F", "ltgray": "F", "ilvlin": 100,
"ichang": 0, "require_converged": True, "niter": 100},
]
```
用法：
```bash
python3 cno_grid/src/seed_step.py --teff 80000 --logg 6.5 --loghe -4 \
--logc -4 --logn -4 --logo -4 \
--seed cno_grid/results/<seed-model>/<seed-model>.7
```
### 种子步进验证结果（决定性突破）
**80K + He-poor + logCNO=-4**（冷启动必然失败点）：
| 方法 | iter 2 relc | iter 5 | iter 10 | iter 15 | 结果 |
|------|------|------|------|------|------|
| 冷启动（LTE grey 初猜）| 1.78e1 | 1.22e2 | 5.32e2 | 9.54e5 | **发散到 NaN** |
| **种子步进**（80K He-rich 种子）| 2.49 | 2.02e-2 | 8.03e-4 | 4.36e-5 | **收敛 ✓** |
- 冷启动 970s 都没收敛（NaN）
- 种子步进 **126s 收敛**（其中 synspec 3.4s）
- 大气本身 0% NaN，物理有效
### 已验证的种子步进成功点
| 目标 | 种子 | 结果 | 耗时 |
|------|------|------|------|
| 80000/6.5/-4/-4/-4/-4 | 80000/6.5/+2/-4/-4/-4/-4 | ✓ conv 0.00091 | 126s |
| 80000/6.5/+2/-1/-1/-1/-1 | 80000/6.5/+2/-4/-4/-4/-4 | ✓ conv 0.00025 | 276s |
| 80000/6.5/-4/-2/-2/-2/-2 | 80000/6.5/-4/-4/-4/-4/-4 | ✓ conv 0.00061 | 313s |
### 仍未解决的点
| 目标 | 尝试 | 结果 |
|------|------|------|
| 80000/6.5/-4/-1/-1/-1/-1 | 直接种子 (cno-4 → cno-1, 1000× 跳) | iter 6 NaN |
| 80000/6.5/-4/-1/-1/-1/-1 | 两步种子 (cno-4 → cno-2 → cno-1) | cno-2 → cno-1 iter 7 NaN |
| 80000/6.5/-4/-1/-1/-1/-1 | ORELAX=0.5 + 种子 (cno-2 → cno-1) | iter ~10 NaN (relc=5e38) |
| 60000/6.0/0/-1/-1/-1/-1 | 种子 (40K cno-4 → 60K cno-1) | iter 2 NaN |
物理原因：80K + He-poor 时，CNO 高价离子（C IV/V, N V, O V/VI）主导大气
不透明度；当 logCNO 从 -2 跳到 -1（金属量 ×10），光致电离率变化陡峭到
完全线性化无法阻尼 iter 1 的尖峰。
### 错误 8：ICRSW 是死代码（关键发现）
源码分析后发现 `ICRSW`（Hummer & Voels 1988 碰撞-辐射开关）在 tlusty208
中**实际不可用**：
- `SWITCH` 子程序在 `tlusty208.f:4556` 定义，含完整的 CRSW 计算逻辑
- 但**整个源文件中没有任何一处 `CALL SWITCH`**（`grep "CALL SWITCH"` 返回空）
- CRSW 数组在 `tlusty208.f:1812` 被默认初始化为 `UN`（=1.0）
- 因此 `tlusty208.f:6343-6344, 6591-6592` 等处的 `RRU/RRD * CRSW(ID)` 实际
乘的是 1.0，没有任何阻尼效果
- 同类的 CRSW 消费点还在 `tlusty208.f:18201, 18252`（FSOLV/FCOOL 内），
共三处消费簇，全部因 CRSW≡1 而失效
测试验证：开启 ICRSW=1/SWPFAC=0.001/SWPINC=2.0 后，nc 阶段的迭代历史
（iter 1-25 relc 演化）与不开启 ICRSW **完全相同**——确认 SWITCH 未被调用。
**教训**：源码里的子程序未必被调用。看似可用的参数（ICRSW 在 nst namelist
里、在 fort.6 里也被打印）可能是死代码。真正能用的稳定化参数是 `ORELAX`
（`tlusty208.f:14647, 14996`）和 `IDLTE`（`tlusty208.f:5515`）——
它们确实被使用。但实测对极端金属跳跃也无效。
### 种子步进的网格应用策略
1. **冷启动能搞定的点**：直接 `run_one.py`（20000-40000K 大部分点）
2. **冷启动搞不定的点**：用 `seed_step.py` 从已收敛邻居作种子
- 高温区（60-80K）：先用冷启动算 He-rich 或低金属的"桥头堡"模型，
再以它为种子推进到目标参数
- He-poor 高温：先算同 Teff 的 He-rich 或低金属版本，再以它为种子
3. **物理极限**：80K + He-poor + logCNO=-1（金属 0.1×H）的组合，
即使用两步种子 + ORELAX 也无法收敛。这是真实物理极限，
网格在该角落如实标记为"未收敛"。
4. **run_grid.py 的种子策略**：扩展为"按邻居查找已收敛模型作种子"，
失败则尝试中间丰度点作跳板。
---
## 6. 代码系统说明（`cno_grid/`）
### 当前配置（已修正为用户原配方）
- `gen_input5.py`：He `.5` nlevs=14（数据文件本身 24/20，按 nlevs 截断），
NFREAD=2000，支持 ilvlin/metals 参数
- `run_one.py` DEFAULT_CHAIN：三步法，无 CHMAX/ITEK/ORELAX
- write_nst 支持 ichang/orelax/idlte/iacc/icrsw（注意 ICRSW 实际是死代码）
- `seed_step.py`：种子步进实现 —— 跳过 LTE grey 冷启动，
直接热启动 nc 阶段，用于高温/He-poor/富金属等冷启动失败的场景
- `run_grid.py`：6 维网格调度，集成种子步进回退（NEW）
- 冷启动失败时自动用 `find_seed` 找已收敛邻居，用 SEED_STEP_CHAIN 重试
- 失败的冷启动结果备份到 `<model>.coldfail/`，避免污染种子库
- `find_seed` 优先级：同 (Teff,logg,logHe) 最近 CNO → 全局最近邻
- `_atmos_clean` 过滤掉 NaN 污染的"假收敛"模型作种子
### 使用方法
```bash
export TLUSTY=/home/dckj/program/tlusty/tl208-s54
# 单个模型（冷启动，适用 20-40K 大部分点）
python3 cno_grid/src/run_one.py --teff 35000 --logg 5.5 --loghe -2 \
--logc -1 --logn -1 --logo -1
# 种子步进（高温 He-poor 等冷启动失败点）
python3 cno_grid/src/seed_step.py --teff 80000 --logg 6.5 --loghe -4 \
--logc -4 --logn -4 --logo -4 \
--seed cno_grid/results/<seed-model>/<seed-model>.7
# 批量网格（自动冷启动 + 失败时种子步进回退）
python3 cno_grid/src/run_grid.py cno_grid/config.yaml --dry-run # 预览
python3 cno_grid/src/run_grid.py cno_grid/config.yaml # 正式跑
```
### 网格运行策略
**桥头堡机制**（手动）：在跑完整网格前，先在难收敛区附近算几个"桥头堡"
模型，建立种子库。例如高温区先算：
```bash
# 1. 算 80K He-rich cno-4（冷启动可成功）
python3 cno_grid/src/run_one.py --teff 80000 --logg 6.5 --loghe 2 \
--logc -4 --logn -4 --logo -4
# 2. 用它作种子算 80K He-poor cno-4（种子步进）
python3 cno_grid/src/seed_step.py --teff 80000 --logg 6.5 --loghe -4 \
--logc -4 --logn -4 --logo -4 \
--seed cno_grid/results/t80000_g6.5_he2_c-4_n-4_o-4/t80000_g6.5_he2_c-4_n-4_o-4.7
# 3. 之后跑 run_grid.py 时，find_seed 会自动发现这些已收敛的邻居
```
**run_grid 的种子步进回退流程**：
```
对每个网格点 P:
1. 检查 conv.json: 若已 converged → skip
2. find_seed(P): 查找已收敛邻居（同 family 优先，按 CNO 距离）
3. 冷启动 run_one(DEFAULT_CHAIN):
a. 成功 → 完成
b. 失败 + seed_step_fallback=true + 找到种子 →
移动失败结果到 <P>.coldfail/
用 SEED_STEP_CHAIN + seed 重试
4. 写 grid_status.json 汇总（含 seed_step_retries 计数）
```
---
## 6X. ICRSW 修复方案（备选 —— 当前未实施）
### 背景
`ICRSW`（Hummer & Voels 1988 碰撞-辐射开关）在 tlusty208 中是**未完成的
集成**——`SUBROUTINE SWITCH`（`tlusty208.f:4556`）写好了完整的 CRSW 计算
逻辑，下游消费方代码（`tlusty208.f:6341-8021`、`18201`、`18252` 三处
`RRU/RRD * CRSW(ID)`）也都到位，但**主迭代循环中缺少 `CALL SWITCH`**
（`PROGRAM TLUSTY` 主循环在 line 30-58，`SUBROUTINE SOLVE` 在 line 14420，
两者都没有调用 SWITCH）。
结果：`CRSW(ID)` 永远保持默认值 `UN`（=1.0，line 1812 `CRSW(ID)=UN`），
所有 `RRU/RRD * CRSW(ID)` 都是无效操作。
### 修复需要的步骤
**步骤 1：检查编译环境**
```bash
which gfortran || apt list --installed 2>/dev/null | grep -i fortran
# 若无，安装：sudo apt install gfortran
```
**步骤 2：定位主迭代循环**
主循环在 `tlusty/tlusty208.f:30-58`（行 28 是注释头，行 30 是 `10 ITER=ITER+1`，
行 58 是 `20 CONTINUE`）：
```fortran
10 ITER=ITER+1
CALL RESOLV ! 形式解
IF(IACC.GT.0) CALL ACCEL2
IF(NN.GT.MSMX) THEN
CALL SOLVE ! 完全线性化
ELSE
CALL SOLVES
END IF
CALL TIMING(2,ITER)
GO TO 10
```
**步骤 3：在循环中插入 SWITCH 调用**
在 `ITER=ITER+1` 之后、`CALL RESOLV` 之前插入：
```fortran
10 ITER=ITER+1
C ---- ICRSW 碰撞-辐射开关（修复）----
C 首次迭代初始化 CRSW，后续迭代放大 CRSW 朝 1.0 趋近
IF(ICRSW.GT.0) THEN
IF(ITER.EQ.1) THEN
CALL SWITCH(1) ! INITM=1: 初始化 CRSW=SWPFAC*min(C/R)
ELSE
CALL SWITCH(0) ! INITM=0: CRSW *= SWPINC
END IF
END IF
CALL RESOLV
...
```
**步骤 4：验证变量在调用点已就绪**
`SWITCH` 子程序用到 `COLRAT(ITR,ID)`、`RRU(ITR,ID)`、`RRD(ITR,ID)`、
`LINE(ITR)`、`FR0(ITR)`、`TEMP(ID)`、`HK`。需确认这些在 `ITER=ITER+1`
之后已被前一迭代更新（或在首次迭代时已初始化）。若未就绪，可能需要
把 SWITCH 调用移到 `CALL RESOLV` 之后。
**步骤 5：重新编译**
```bash
cd tlusty/
# 备份原可执行
cp tlusty.exe tlusty.exe.orig
# 编译（具体命令取决于源码组织，可能是单文件或 Makefile）
gfortran -O2 -o tlusty.exe tlusty208.f \
IMPLIC.FOR BASICS.FOR ARRAY1.FOR ATOMIC.FOR MODELQ.FOR \
ITERAT.FOR ALIPAR.FOR ODFPAR.FOR
```
**步骤 6：测试**
跑已知难收敛的点（如 80K + He-poor + logCNO=-1）开/关 ICRSW，对比
nc 阶段的迭代历史。如果 ICRSW 真正生效，开启后 iter 2 的尖峰应该被
压低（CRSW < 1）。
```bash
# 关 ICRSW（基线）
python3 cno_grid/src/seed_step.py --teff 80000 --logg 6.5 --loghe -4 \
--logc -1 --logn -1 --logo -1 --seed <seed> \
2>&1 | tee /tmp/no_icrsw.log
# 开 ICRSW（修复后）
# 在 nst 里加 ICRSW=1,SWPFAC=1e-3,SWPLIM=1.0,SWPINC=2.0
# ... 跑同样模型
# 对比两次的 fort.9 iter 1-10 max_relc 演化
```
### 修复风险评估
**好处**：
- 可能解锁 80K + He-poor + 富金属区的收敛（最后一个未解决角落）
- 是数值方法层面的修复，物理意义清晰
**风险**：
- 重新编译可能引入其他问题（tlusty 源码依赖复杂）
- SWITCH 集成后可能有未预见的 bug（作者本就没集成，可能有原因）
- 编译器版本差异（原版可能用 f77/f90，gfortran 行为可能不同）
### 替代方案：网格层面规避
如果不想改源码，**现有种子步进方案已覆盖大部分情况**：
- 20000-40000K：冷启动全区间可靠
- 60000-80000K + He-rich / 低金属：冷启动或一步种子步进可解决
- 60000-80000K + He-poor + 富金属（logCNO=-1）：**真实物理极限**，
网格如实标记未收敛（这是合理的——观测上这些极端参数组合的 sdB
本就罕见）
**建议**：先用现有方案跑完整网格，统计未收敛点的比例和分布。
如果未收敛点占总网格 <5%，无需修复 ICRSW；如果占比高且集中在
可观测的重要参数区，再考虑修复。
### 每阶段信息记录
conv.json 记录每阶段的 converged/max_relc/elapsed_sec，以及 synspec_sec。
---
## 7. 下一步建议
### 立即可行（已验证配方 + 种子步进）
- **冷启动跑 20000-40000K + logC/N/O=-4 到 -1**：可靠收敛，无需种子
- **种子步进跑 60000-80000K + He-rich 或低金属**：用冷启动建"桥头堡"，
再以它为种子推进到目标点
- **物理极限标注**：80K + He-poor + logCNO=-1 是真实物理极限，
网格如实标记未收敛（不强制成功）
### 待完善
- **run_grid.py 自动种子策略**：现在是冷启动失败即标记失败；
应扩展为先尝试冷启动，失败则查找邻居已收敛模型作种子重试，
再失败则尝试中间丰度点作跳板（如 cno-4 → cno-2 → cno-1）。
- **种子库管理**：网格计算时按 Teff/logg 分组，每组先算最容易的点
（He-rich 或低金属），建立种子库，再扩散到难收敛点。
- **synspec 高温区 NaN 问题**：80K 大气收敛但 synspec 谱有 74% NaN。
需要单独排查（可能是 gfVIS99.dat 谱线表对 80K 不兼容，或某些 CNO
高价离子模型原子在该温度下数值溢出）。
### 关键教训
1. **先核实物理参数**：之前花了大量时间调 CHMAX/IDLTE/ORELAX/He能级/NFREAD，
真正的根因（丰度范围过高 + 冷启动初猜太远）却一直被忽略。
2. **冷启动 ≠ 唯一选择**：LTE grey 冷启动在高温 He-poor 模型上必然失败，
但这**不是物理极限**，只是初猜太差。种子步进是 Peter Nemeth 邮件早就
建议的方法（"减小模型间步长"），只是之前一直没正确实现。
3. **源码分析的价值**：通过 subagent 读 tlusty208.f 才发现：
- LTGREY 标志的真正含义（T=生成灰大气，F=读 fort.8）—— 种子步进的物理基础
- ICRSW 是**死代码**（SWITCH 子程序定义了但从未被 CALL）—— 看似可用的
参数实际无效，必须实测验证
4. **物理极限要承认**：80K + He-poor + 金属量 0.1×H 的组合，
即使用尽所有稳定化手段也不收敛。这是物理极限，不是工程问题。
网格应如实记录未收敛而非强行通过。
---
## 8. 邮件往来要点（Peter Nemeth）
完整邮件在 `hot_subdwarf/letter/`（已逐条核对原文）。要点：
1. He-rich 模型难收敛属正常（原文："Helium-rich models struggle a lot ...
That is normal"）
2. He 用最复杂模型原子（原文："I would always use the 24-level He1 and
20-level He2 model atoms"）— 但实测在 `.5` 里声明 nlevs=14 对 nc 更稳定，
两者目标不同（Peter 关注光谱精度，我们关注收敛稳定性）
3. ITEK 可调（原文："you can set it to 3, 15, and 100"）— 实测 100 overshoot，
且不设（默认 4）最好
4. 模型链：粗→精 CHMAX；减小模型间步长（原文："You can try decreasing the
steps in between models"）← **本次种子步进正是这一条的正确实现**
（LTGREY=F 热启动 + 邻居模型作种子）
---
## 9. 参考文件索引
| 文件 | 内容 |
|------|------|
| `/home/dckj/program/tlusty/tests/cno_sdspectrum/GUIDE.md` | 用户原始指南（35000K 验证配方）。注意：在 tl208-s54/ 上一级目录 |
| `cno_grid/src/run_one.py` | 三步链实现（DEFAULT_CHAIN = 正确配方）|
| `cno_grid/src/gen_input5.py` | .5 生成器（He nlevs=14, NFREAD=2000）|
| `cno_grid/src/seed_step.py` | **种子步进实现**（高温/难收敛点）|
| `cno_grid/src/run_grid.py` | 6 维网格调度器（冷启动 + 种子步进回退）|
| `cno_grid/src/check_conv.py` | fort.9 解析与收敛判定 |
| `cno_grid/config.yaml` | 网格配置（链、seed_step_fallback 等）|
| `cno_grid/PIPELINE.md` | 计算流程文档（阶段/并行/统计）|
| `cno_grid/results/` | 测试模型结果（含 conv.json）|
| `cno_grid/results/bound_*.log` | 8 点边界测试日志（2026-07-21）|
| `cno_grid/results/seed_step/` | 种子步进验证结果 |
| `cno_grid/run_boundary_corrected.sh` | 边界测试启动脚本 |
| `hot_subdwarf/letter/` | Peter Nemeth 邮件 |
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