source: palm/trunk/SOURCE/spectra_mod.f90 @ 4283

Last change on this file since 4283 was 4182, checked in by scharf, 5 years ago
  • corrected "Former revisions" section
  • minor formatting in "Former revisions" section
  • added "Author" section
  • Property svn:keywords set to Id
File size: 26.3 KB
RevLine 
[1833]1!> @file spectra_mod.f90
[2000]2!------------------------------------------------------------------------------!
[2696]3! This file is part of the PALM model system.
[1036]4!
[2000]5! PALM is free software: you can redistribute it and/or modify it under the
6! terms of the GNU General Public License as published by the Free Software
7! Foundation, either version 3 of the License, or (at your option) any later
8! version.
[1036]9!
10! PALM is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
11! WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR
12! A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for more details.
13!
14! You should have received a copy of the GNU General Public License along with
15! PALM. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
16!
[3655]17! Copyright 1997-2019 Leibniz Universitaet Hannover
[2000]18!------------------------------------------------------------------------------!
[1036]19!
[247]20! Current revisions:
[1]21! -----------------
[2216]22!
[3049]23!
[1787]24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: spectra_mod.f90 4182 2019-08-22 15:20:23Z resler $
[4182]27! Corrected "Former revisions" section
28!
29! 3805 2019-03-20 15:26:35Z raasch
[3805]30! unused variable removed
31!
32! 3655 2019-01-07 16:51:22Z knoop
[3421]33! Renamed output variables
[1787]34!
[4182]35! Revision 1.1  2001/01/05 15:08:07  raasch
36! Initial revision
37!
38!
[1]39! Description:
40! ------------
[1682]41!> Calculate horizontal spectra along x and y.
42!> ATTENTION: 1d-decomposition along y still needs improvement, because in that
43!>            case the gridpoint number along z still depends on the PE number
44!>            because transpose_xz has to be used (and possibly also
45!>            transpose_zyd needs modification).
[1]46!------------------------------------------------------------------------------!
[1833]47 MODULE spectra_mod
[1]48
[1786]49    USE kinds
[1320]50
[1786]51    PRIVATE
[1320]52
[1833]53    CHARACTER (LEN=2),  DIMENSION(10) ::  spectra_direction = 'x'
54    CHARACTER (LEN=10), DIMENSION(10) ::  data_output_sp  = ' '
[1320]55
[1833]56    INTEGER(iwp) ::  average_count_sp = 0
57    INTEGER(iwp) ::  dosp_time_count = 0
58    INTEGER(iwp) ::  n_sp_x = 0, n_sp_y = 0
[1320]59
[1833]60    INTEGER(iwp) ::  comp_spectra_level(100) = 999999
[1320]61
[1833]62    LOGICAL ::  calculate_spectra   = .FALSE.  !< internal switch that spectra are calculated
63    LOGICAL ::  spectra_initialized = .FALSE.  !< internal switch that spectra related quantities are initialized
[1320]64
[1833]65    REAL(wp) ::  averaging_interval_sp = 9999999.9_wp  !< averaging interval for spectra output
66    REAL(wp) ::  dt_dosp = 9999999.9_wp                !< time interval for spectra output
67    REAL(wp) ::  skip_time_dosp = 9999999.9_wp         !< no output of spectra data before this interval has passed
[1]68
[1833]69    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  var_d
70
71    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  spectrum_x, spectrum_y
72
[1786]73    SAVE
[1320]74
[1786]75    INTERFACE calc_spectra
76       MODULE PROCEDURE calc_spectra
77    END INTERFACE calc_spectra
[1320]78
[1786]79    INTERFACE preprocess_spectra
80       MODULE PROCEDURE preprocess_spectra
81    END INTERFACE preprocess_spectra
[1]82
[1786]83    INTERFACE calc_spectra_x
84       MODULE PROCEDURE calc_spectra_x
85    END INTERFACE calc_spectra_x
[1]86
[1786]87    INTERFACE calc_spectra_y
88       MODULE PROCEDURE calc_spectra_y
89    END INTERFACE calc_spectra_y
[1]90
[1833]91    INTERFACE spectra_check_parameters
92       MODULE PROCEDURE spectra_check_parameters
93    END INTERFACE spectra_check_parameters
[1]94
[1833]95    INTERFACE spectra_header
96       MODULE PROCEDURE spectra_header
97    END INTERFACE spectra_header
[1786]98
[1833]99    INTERFACE spectra_init
100       MODULE PROCEDURE spectra_init
101    END INTERFACE spectra_init
102
103    INTERFACE spectra_parin
104       MODULE PROCEDURE spectra_parin
105    END INTERFACE spectra_parin
106
107    PUBLIC average_count_sp, averaging_interval_sp, calc_spectra,              &
108           calculate_spectra, comp_spectra_level, data_output_sp,              &
[3805]109           dosp_time_count, dt_dosp, n_sp_x, n_sp_y,                           &
[1833]110           skip_time_dosp, spectra_check_parameters, spectra_direction,        &
111           spectra_header, spectra_init, spectra_parin, spectrum_x,            &
112           spectrum_y, var_d
113
114
[1786]115 CONTAINS
116
[1833]117!------------------------------------------------------------------------------!
118! Description:
119! ------------
120!> Parin for &spectra_par for calculating spectra
121!------------------------------------------------------------------------------!
122    SUBROUTINE spectra_parin
123
124       USE control_parameters,                                                 &
[2932]125           ONLY:  dt_data_output, message_string
[1833]126
127       IMPLICIT NONE
128
129       CHARACTER (LEN=80) ::  line  !< dummy string that contains the current  &
130                                    !< line of the parameter file
131
132       NAMELIST /spectra_par/  averaging_interval_sp, comp_spectra_level,      &
133                               data_output_sp, dt_dosp, skip_time_dosp,        &
134                               spectra_direction
135
[2932]136       NAMELIST /spectra_parameters/                                           &
137                               averaging_interval_sp, comp_spectra_level,      &
138                               data_output_sp, dt_dosp, skip_time_dosp,        &
139                               spectra_direction
[1833]140!
141!--    Position the namelist-file at the beginning (it was already opened in
142!--    parin), search for the namelist-group of the package and position the
143!--    file at this line.
144       line = ' '
145
146!
147!--    Try to find the spectra package
148       REWIND ( 11 )
149       line = ' '
[3248]150       DO WHILE ( INDEX( line, '&spectra_parameters' ) == 0 )
[3246]151          READ ( 11, '(A)', END=12 )  line
[1833]152       ENDDO
153       BACKSPACE ( 11 )
154
155!
156!--    Read namelist
[3246]157       READ ( 11, spectra_parameters, ERR = 10 )
[2932]158
159!
160!--    Default setting of dt_dosp here (instead of check_parameters), because
161!--    its current value is needed in init_pegrid
162       IF ( dt_dosp == 9999999.9_wp )  dt_dosp = dt_data_output
163
164!
165!--    Set general switch that spectra shall be calculated
166       calculate_spectra = .TRUE.
167
[3246]168       GOTO 14
169
170 10    BACKSPACE( 11 )
[3248]171       READ( 11 , '(A)') line
172       CALL parin_fail_message( 'spectra_parameters', line )
[2932]173!
174!--    Try to find the old namelist
[3246]175 12    REWIND ( 11 )
[2932]176       line = ' '
[3248]177       DO WHILE ( INDEX( line, '&spectra_par' ) == 0 )
[3246]178          READ ( 11, '(A)', END=14 )  line
[2932]179       ENDDO
180       BACKSPACE ( 11 )
181
182!
183!--    Read namelist
[3246]184       READ ( 11, spectra_par, ERR = 13, END = 14 )
[1833]185
[2932]186       
187       message_string = 'namelist spectra_par is deprecated and will be ' // &
[3046]188                     'removed in near future. Please use namelist ' //       &
[2932]189                     'spectra_parameters instead'
190       CALL message( 'spectra_parin', 'PA0487', 0, 1, 0, 6, 0 )
[1833]191!
192!--    Default setting of dt_dosp here (instead of check_parameters), because
193!--    its current value is needed in init_pegrid
194       IF ( dt_dosp == 9999999.9_wp )  dt_dosp = dt_data_output
195
196!
197!--    Set general switch that spectra shall be calculated
198       calculate_spectra = .TRUE.
[2932]199       
[3246]200       GOTO 14
201
202 13    BACKSPACE( 11 )
[3248]203       READ( 11 , '(A)') line
204       CALL parin_fail_message( 'spectra_par', line )
[2932]205       
[3246]206       
207 14    CONTINUE
[1833]208
209    END SUBROUTINE spectra_parin
210
211
212
213!------------------------------------------------------------------------------!
214! Description:
215! ------------
216!> Initialization of spectra related variables
217!------------------------------------------------------------------------------!
218    SUBROUTINE spectra_init
219
220       USE indices,                                                            &
221           ONLY:  nx, ny, nzb, nzt
222
223       IMPLICIT NONE
224
225       IF ( spectra_initialized )  RETURN
226
227       IF ( dt_dosp /= 9999999.9_wp )  THEN
228
[2956]229          IF ( .NOT. ALLOCATED( spectrum_x ) )  THEN
230             ALLOCATE( spectrum_x( 1:nx/2, 1:100, 1:10 ) )
231             spectrum_x = 0.0_wp
232          ENDIF
233
234          IF ( .NOT. ALLOCATED( spectrum_y ) )  THEN
235             ALLOCATE( spectrum_y( 1:ny/2, 1:100, 1:10 ) )
236             spectrum_y = 0.0_wp
237          ENDIF
238
[1833]239          ALLOCATE( var_d(nzb:nzt+1) )
240          var_d = 0.0_wp
241       ENDIF
242
243       spectra_initialized = .TRUE.
244
245    END SUBROUTINE spectra_init
246
247
248
249!------------------------------------------------------------------------------!
250! Description:
251! ------------
252!> Check spectra related quantities
253!------------------------------------------------------------------------------!
254    SUBROUTINE spectra_check_parameters
255
256       USE control_parameters,                                                 &
257           ONLY:  averaging_interval, message_string, skip_time_data_output
258
259       IMPLICIT NONE
260
261!
262!--    Check the average interval
263       IF ( averaging_interval_sp == 9999999.9_wp )  THEN
264          averaging_interval_sp = averaging_interval
265       ENDIF
266
267       IF ( averaging_interval_sp > dt_dosp )  THEN
268          WRITE( message_string, * )  'averaging_interval_sp = ',              &
269                averaging_interval_sp, ' must be <= dt_dosp = ', dt_dosp
270          CALL message( 'spectra_check_parameters', 'PA0087', 1, 2, 0, 6, 0 )
271       ENDIF
272
273!
274!--    Set the default skip time interval for data output, if necessary
275       IF ( skip_time_dosp == 9999999.9_wp )                                   &
276                                          skip_time_dosp = skip_time_data_output
277
278    END SUBROUTINE spectra_check_parameters
279
280
281
282!------------------------------------------------------------------------------!
283! Description:
284! ------------
285!> Header output for spectra
286!>
287!> @todo Output of netcdf data format and compression level
288!------------------------------------------------------------------------------!
289    SUBROUTINE spectra_header ( io )
290
291       USE control_parameters,                                                 &
292           ONLY:  dt_averaging_input_pr
293
294!       USE netcdf_interface,                                                  &
295!           ONLY:  netcdf_data_format_string, netcdf_deflate
296
297       IMPLICIT NONE
298
[3241]299!       CHARACTER (LEN=40) ::  output_format       !< internal string
[1833]300
301       INTEGER(iwp) ::  i                         !< internal counter
302       INTEGER(iwp), INTENT(IN) ::  io            !< Unit of the output file
303
304!
305!--    Spectra output
306       IF ( dt_dosp /= 9999999.9_wp )  THEN
307          WRITE ( io, 1 )
308
309!          output_format = netcdf_data_format_string
310!          IF ( netcdf_deflate == 0 )  THEN
311!             WRITE ( io, 2 )  output_format
312!          ELSE
313!             WRITE ( io, 3 )  TRIM( output_format ), netcdf_deflate
314!          ENDIF
315          WRITE ( io, 2 )  'see profiles or other quantities'
316          WRITE ( io, 4 )  dt_dosp
317          IF ( skip_time_dosp /= 0.0_wp )  WRITE ( io, 5 )  skip_time_dosp
318          WRITE ( io, 6 )  ( data_output_sp(i), i = 1,10 ),     &
319                           ( spectra_direction(i), i = 1,10 ),  &
320                           ( comp_spectra_level(i), i = 1,100 ), &
321                           averaging_interval_sp, dt_averaging_input_pr
322       ENDIF
323
324     1 FORMAT ('    Spectra:')
325     2 FORMAT ('       Output format: ',A/)
[3241]326!     3 FORMAT ('       Output format: ',A, '   compressed with level: ',I1/)
[1833]327     4 FORMAT ('       Output every ',F7.1,' s'/)
328     5 FORMAT ('       No output during initial ',F8.2,' s')
329     6 FORMAT ('       Arrays:     ', 10(A5,',')/                         &
330               '       Directions: ', 10(A5,',')/                         &
331               '       height levels  k = ', 20(I3,',')/                  &
332               '                          ', 20(I3,',')/                  &
333               '                          ', 20(I3,',')/                  &
334               '                          ', 20(I3,',')/                  &
335               '                          ', 19(I3,','),I3,'.'/           &
336               '       Time averaged over ', F7.1, ' s,' /                &
337               '       Profiles for the time averaging are taken every ', &
338                    F6.1,' s')
339
340    END SUBROUTINE spectra_header
341
342
343
[1786]344    SUBROUTINE calc_spectra
345
346       USE arrays_3d,                                                          &
347           ONLY:  d, tend
348
349       USE control_parameters,                                                 &
[1833]350           ONLY:  bc_lr_cyc, bc_ns_cyc, message_string, psolver
[1786]351
352       USE cpulog,                                                             &
353           ONLY:  cpu_log, log_point
354
355       USE fft_xy,                                                             &
356           ONLY:  fft_init
357
358       USE indices,                                                            &
359           ONLY:  nxl, nxr, nyn, nys, nzb, nzt
360
361       USE kinds
362
363       USE pegrid,                                                             &
364           ONLY:  myid, pdims
365
366       IMPLICIT NONE
367
368       INTEGER(iwp) ::  m  !<
369       INTEGER(iwp) ::  pr !<
370
371
[1]372!
[1786]373!--    Check if user gave any levels for spectra to be calculated
374       IF ( comp_spectra_level(1) == 999999 )  RETURN
[1]375
[1786]376       CALL cpu_log( log_point(30), 'calc_spectra', 'start' )
377
[1]378!
[1833]379!--    Initialize spectra related quantities
380       CALL spectra_init
381
382!
[1786]383!--    Initialize ffts
384       CALL fft_init
[225]385
[1]386!
[1786]387!--    Reallocate array d in required size
388       IF ( psolver(1:9) == 'multigrid' )  THEN
389          DEALLOCATE( d )
390          ALLOCATE( d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) )
391       ENDIF
[1]392
[1786]393       m = 1
394       DO WHILE ( data_output_sp(m) /= ' '  .AND.  m <= 10 )
[1]395!
[1786]396!--       Transposition from z --> x  ( y --> x in case of a 1d-decomposition
397!--       along x)
398          IF ( INDEX( spectra_direction(m), 'x' ) /= 0 )  THEN
[247]399
[1786]400!
401!--          Calculation of spectra works for cyclic boundary conditions only
402             IF ( .NOT. bc_lr_cyc )  THEN
[1]403
[1786]404                message_string = 'non-cyclic lateral boundaries along x do'//  &
[3046]405                                 ' not &  allow calculation of spectra along x'
[1786]406                CALL message( 'calc_spectra', 'PA0160', 1, 2, 0, 6, 0 )
407             ENDIF
[1]408
[1786]409             CALL preprocess_spectra( m, pr )
410
[1]411#if defined( __parallel )
[1786]412             IF ( pdims(2) /= 1 )  THEN
413                CALL resort_for_zx( d, tend )
414                CALL transpose_zx( tend, d )
415             ELSE
416                CALL transpose_yxd( d, d )
417             ENDIF
[3241]418             CALL calc_spectra_x( d, m )
[1]419#else
[1786]420             message_string = 'sorry, calculation of spectra in non paral' //  &
[3046]421                              'lel mode& is still not realized'
[1786]422             CALL message( 'calc_spectra', 'PA0161', 1, 2, 0, 6, 0 )
[1]423#endif
424
[1786]425          ENDIF
[1]426
427!
[1786]428!--       Transposition from z --> y (d is rearranged only in case of a
429!--       1d-decomposition along x)
430          IF ( INDEX( spectra_direction(m), 'y' ) /= 0 )  THEN
[1]431
432!
[1786]433!--          Calculation of spectra works for cyclic boundary conditions only
434             IF ( .NOT. bc_ns_cyc )  THEN
435                IF ( myid == 0 )  THEN
436                   message_string = 'non-cyclic lateral boundaries along y' // &
[3046]437                                    ' do not & allow calculation of spectra' //&
[3045]438                                    ' along y'
[1786]439                   CALL message( 'calc_spectra', 'PA0162', 1, 2, 0, 6, 0 )
440                ENDIF
441                CALL local_stop
[1]442             ENDIF
443
[1786]444             CALL preprocess_spectra( m, pr )
[1]445
446#if defined( __parallel )
[1786]447             CALL transpose_zyd( d, d )
[3241]448             CALL calc_spectra_y( d, m )
[1]449#else
[1786]450             message_string = 'sorry, calculation of spectra in non paral' //  &
[3046]451                              'lel mode& is still not realized'
[1786]452             CALL message( 'calc_spectra', 'PA0161', 1, 2, 0, 6, 0 )
[1]453#endif
454
[1786]455          ENDIF
[1]456
457!
[1786]458!--       Increase counter for next spectrum
459          m = m + 1
[1]460         
[1786]461       ENDDO
[1]462
463!
[1786]464!--    Increase counter for averaging process in routine plot_spectra
465       average_count_sp = average_count_sp + 1
[1]466
[1786]467       CALL cpu_log( log_point(30), 'calc_spectra', 'stop' )
[1]468
[1786]469    END SUBROUTINE calc_spectra
[1]470
471
[1682]472!------------------------------------------------------------------------------!
473! Description:
474! ------------
475!> @todo Missing subroutine description.
476!------------------------------------------------------------------------------!
[1786]477    SUBROUTINE preprocess_spectra( m, pr )
[1]478
[1786]479       USE arrays_3d,                                                          &
[1960]480           ONLY:  d, pt, q, s, u, v, w
[1320]481
[1786]482       USE indices,                                                            &
483           ONLY:  ngp_2dh, nxl, nxr, nyn, nys, nzb, nzt
[1320]484
[1786]485       USE kinds
[1320]486
[1815]487#if defined( __parallel )
[2841]488#if !defined( __mpifh )
[1786]489       USE MPI
490#endif
[1815]491#endif
[2841]492
[1786]493       USE pegrid,                                                             &
494           ONLY:  collective_wait, comm2d, ierr
[1]495
[1786]496       USE statistics,                                                         &
[1833]497           ONLY:  hom
[1320]498
499
[1786]500       IMPLICIT NONE
[1320]501
[2841]502#if defined( __parallel )
503#if defined( __mpifh )
504       INCLUDE "mpif.h"
505#endif
506#endif
507
[1786]508       INTEGER(iwp) :: i  !<
509       INTEGER(iwp) :: j  !<
510       INTEGER(iwp) :: k  !<
511       INTEGER(iwp) :: m  !<
512       INTEGER(iwp) :: pr !<
[1]513
[1786]514       REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1) :: var_d_l
[1]515
[1786]516       SELECT CASE ( TRIM( data_output_sp(m) ) )
[1]517         
[1786]518       CASE ( 'u' )
519          pr = 1
520          d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = u(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
[1]521       
[1786]522       CASE ( 'v' )
523          pr = 2
524          d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = v(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
[1]525       
[1786]526       CASE ( 'w' )
527          pr = 3
528          d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = w(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
[1]529       
[3421]530       CASE ( 'theta' )
[1786]531          pr = 4
532          d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = pt(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
[1]533       
[1786]534       CASE ( 'q' )
535          pr = 41
536          d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = q(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
[1960]537         
538       CASE ( 's' )
539          pr = 117
540          d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = s(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
[1]541       
[1786]542       CASE DEFAULT
[144]543!
[1786]544!--       The DEFAULT case is reached either if the parameter data_output_sp(m)
545!--       contains a wrong character string or if the user has coded a special
546!--       case in the user interface. There, the subroutine user_spectra
547!--       checks which of these two conditions applies.
548          CALL user_spectra( 'preprocess', m, pr )
[1]549         
[1786]550       END SELECT
[1]551
552!
[1786]553!--    Subtract horizontal mean from the array, for which spectra have to be
[2215]554!--    calculated. Moreover, calculate variance of the respective quantitiy,
555!--    later used for normalizing spectra output.
[1786]556       var_d_l(:) = 0.0_wp
557       DO  i = nxl, nxr
558          DO  j = nys, nyn
559             DO  k = nzb+1, nzt
560                d(k,j,i)   = d(k,j,i) - hom(k,1,pr,0)
561                var_d_l(k) = var_d_l(k) + d(k,j,i) * d(k,j,i)
562             ENDDO
[1]563          ENDDO
564       ENDDO
[1431]565!
[1786]566!--    Compute total variance from local variances
567       var_d(:) = 0.0_wp
[1431]568#if defined( __parallel ) 
[1786]569       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
570       CALL MPI_ALLREDUCE( var_d_l(0), var_d(0), nzt+1-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM, &
571                           comm2d, ierr )
[1431]572#else
[1786]573       var_d(:) = var_d_l(:)
[1431]574#endif
[1786]575       var_d(:) = var_d(:) / ngp_2dh(0)
[1]576
[1786]577    END SUBROUTINE preprocess_spectra
[1]578
579
[1682]580!------------------------------------------------------------------------------!
581! Description:
582! ------------
583!> @todo Missing subroutine description.
584!------------------------------------------------------------------------------!
[3241]585    SUBROUTINE calc_spectra_x( ddd, m )
[1]586
[1786]587       USE fft_xy,                                                             &
588           ONLY:  fft_x_1d
[1320]589
[1786]590       USE grid_variables,                                                     &
591           ONLY:  dx
[1320]592
[1786]593       USE indices,                                                            &
594           ONLY:  nx, ny
[1320]595
[1786]596       USE kinds
[1320]597
[1816]598#if defined( __parallel )
[2841]599#if !defined( __mpifh )
[1786]600       USE MPI
601#endif
[1815]602#endif
[2841]603
[1786]604       USE pegrid,                                                             &
605           ONLY:  comm2d, ierr, myid
[1320]606
[1786]607       USE transpose_indices,                                                  &
608           ONLY:  nyn_x, nys_x, nzb_x, nzt_x
[1320]609
610
[1786]611       IMPLICIT NONE
[1]612
[2841]613#if defined( __parallel )
614#if defined( __mpifh )
615       INCLUDE "mpif.h"
616#endif
617#endif
618
[1786]619       INTEGER(iwp) ::  i         !<
620       INTEGER(iwp) ::  j         !<
621       INTEGER(iwp) ::  k         !<
622       INTEGER(iwp) ::  m         !<
623       INTEGER(iwp) ::  n         !<
[1320]624
[1786]625       REAL(wp) ::  exponent     !<
626       REAL(wp) ::  sum_spec_dum !< wavenumber-integrated spectrum
[1320]627   
[1786]628       REAL(wp), DIMENSION(0:nx) ::  work !<
[1320]629   
[1786]630       REAL(wp), DIMENSION(0:nx/2) ::  sums_spectra_l !<
[1320]631   
[1786]632       REAL(wp), DIMENSION(0:nx/2,100) ::  sums_spectra !<
[1320]633   
[1786]634       REAL(wp), DIMENSION(0:nx,nys_x:nyn_x,nzb_x:nzt_x) ::  ddd !<
[1]635
636!
[1786]637!--    Exponent for geometric average
638       exponent = 1.0_wp / ( ny + 1.0_wp )
[1]639
640!
[1786]641!--    Loop over all levels defined by the user
642       n = 1
643       DO WHILE ( comp_spectra_level(n) /= 999999  .AND.  n <= 100 )
[1]644
[1786]645          k = comp_spectra_level(n)
[1]646
647!
[1786]648!--       Calculate FFT only if the corresponding level is situated on this PE
649          IF ( k >= nzb_x  .AND.  k <= nzt_x )  THEN
[1]650         
[1786]651             DO  j = nys_x, nyn_x
[1]652
[1786]653                work = ddd(0:nx,j,k)
654                CALL fft_x_1d( work, 'forward' )
[1]655
[1786]656                ddd(0,j,k) = dx * work(0)**2
657                DO  i = 1, nx/2
658                   ddd(i,j,k) = dx * ( work(i)**2 + work(nx+1-i)**2 )
659                ENDDO
660
[1]661             ENDDO
662
663!
[1786]664!--          Local sum and geometric average of these spectra
665!--          (WARNING: no global sum should be performed, because floating
666!--          point overflow may occur)
667             DO  i = 0, nx/2
[1]668
[1786]669                sums_spectra_l(i) = 1.0_wp
670                DO  j = nys_x, nyn_x
671                   sums_spectra_l(i) = sums_spectra_l(i) * ddd(i,j,k)**exponent
672                ENDDO
673
[1]674             ENDDO
675         
[1786]676          ELSE
[1]677
[1786]678             sums_spectra_l = 1.0_wp
[1]679
[1786]680          ENDIF
[1]681
682!
[1786]683!--       Global sum of spectra on PE0 (from where they are written on file)
684          sums_spectra(:,n) = 0.0_wp
[1]685#if defined( __parallel )   
[1786]686          CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )  ! Necessary?
687          CALL MPI_REDUCE( sums_spectra_l(0), sums_spectra(0,n), nx/2+1,       &
688                           MPI_REAL, MPI_PROD, 0, comm2d, ierr )
[1]689#else
[1786]690          sums_spectra(:,n) = sums_spectra_l
[1]691#endif
[1431]692!
[1786]693!--       Normalize spectra by variance
[2215]694          sum_spec_dum = SUM( sums_spectra(1:nx/2,n) )
695
[1786]696          IF ( sum_spec_dum /= 0.0_wp )  THEN
[2215]697             sums_spectra(1:nx/2,n) = sums_spectra(1:nx/2,n) *                 &
698                                      var_d(k) / sum_spec_dum
[1786]699          ENDIF
700          n = n + 1
[1]701
[1786]702       ENDDO
703       n = n - 1
[1]704
[1786]705       IF ( myid == 0 )  THEN
[1]706!
[1786]707!--       Sum of spectra for later averaging (see routine data_output_spectra)
708          DO  i = 1, nx/2
709             DO k = 1, n
710                spectrum_x(i,k,m) = spectrum_x(i,k,m) + sums_spectra(i,k)
711             ENDDO
[1]712          ENDDO
713
[1786]714       ENDIF
[1]715!
[1786]716!--    n_sp_x is needed by data_output_spectra_x
717       n_sp_x = n
[1]718
[1786]719    END SUBROUTINE calc_spectra_x
[1]720
721
[1682]722!------------------------------------------------------------------------------!
723! Description:
724! ------------
725!> @todo Missing subroutine description.
726!------------------------------------------------------------------------------!
[3241]727    SUBROUTINE calc_spectra_y( ddd, m )
[1]728
[1786]729       USE fft_xy,                                                             &
730           ONLY:  fft_y_1d
[1320]731
[1786]732       USE grid_variables,                                                     &
733           ONLY:  dy
[1320]734
[1786]735       USE indices,                                                            &
736           ONLY:  nx, ny
[1320]737
[1786]738       USE kinds
[1320]739
[1815]740#if defined( __parallel )
[2841]741#if !defined( __mpifh )
[1786]742       USE MPI
743#endif
[1815]744#endif
[2841]745
[1786]746       USE pegrid,                                                             &
747           ONLY:  comm2d, ierr, myid
[1320]748
[1786]749       USE transpose_indices,                                                  &
750           ONLY:  nxl_yd, nxr_yd, nzb_yd, nzt_yd
[1320]751
752
[1786]753       IMPLICIT NONE
[1]754
[2841]755#if defined( __parallel )
756#if defined( __mpifh )
757       INCLUDE "mpif.h"
758#endif
759#endif
760
[1786]761       INTEGER(iwp) ::  i         !<
762       INTEGER(iwp) ::  j         !<
763       INTEGER(iwp) ::  k         !<
764       INTEGER(iwp) ::  m         !<
765       INTEGER(iwp) ::  n         !<
[1320]766
[1786]767       REAL(wp) ::  exponent !<
768       REAL(wp) ::  sum_spec_dum !< wavenumber-integrated spectrum
[1320]769   
[1786]770       REAL(wp), DIMENSION(0:ny) ::  work !<
[1320]771   
[1786]772       REAL(wp), DIMENSION(0:ny/2) ::  sums_spectra_l !<
[1320]773   
[1786]774       REAL(wp), DIMENSION(0:ny/2,100) ::  sums_spectra !<
[1320]775   
[1786]776       REAL(wp), DIMENSION(0:ny,nxl_yd:nxr_yd,nzb_yd:nzt_yd) :: ddd !<
[1]777
778
779!
[1786]780!--    Exponent for geometric average
781       exponent = 1.0_wp / ( nx + 1.0_wp )
[1]782
783!
[1786]784!--    Loop over all levels defined by the user
785       n = 1
786       DO WHILE ( comp_spectra_level(n) /= 999999  .AND.  n <= 100 )
[1]787
[1786]788          k = comp_spectra_level(n)
[1]789
790!
[1786]791!--       Calculate FFT only if the corresponding level is situated on this PE
792          IF ( k >= nzb_yd  .AND.  k <= nzt_yd )  THEN
[1]793         
[1786]794             DO  i = nxl_yd, nxr_yd
[1]795
[1786]796                work = ddd(0:ny,i,k)
797                CALL fft_y_1d( work, 'forward' )
[1]798
[1786]799                ddd(0,i,k) = dy * work(0)**2
800                DO  j = 1, ny/2
801                   ddd(j,i,k) = dy * ( work(j)**2 + work(ny+1-j)**2 )
802                ENDDO
803
[1]804             ENDDO
805
806!
[1786]807!--          Local sum and geometric average of these spectra
808!--          (WARNING: no global sum should be performed, because floating
809!--          point overflow may occur)
810             DO  j = 0, ny/2
[1]811
[1786]812                sums_spectra_l(j) = 1.0_wp
813                DO  i = nxl_yd, nxr_yd
814                   sums_spectra_l(j) = sums_spectra_l(j) * ddd(j,i,k)**exponent
815                ENDDO
816
[1]817             ENDDO
818         
[1786]819          ELSE
[1]820
[1786]821             sums_spectra_l = 1.0_wp
[1]822
[1786]823          ENDIF
[1]824
825!
[1786]826!--       Global sum of spectra on PE0 (from where they are written on file)
827          sums_spectra(:,n) = 0.0_wp
[1]828#if defined( __parallel )   
[1786]829          CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )  ! Necessary?
830          CALL MPI_REDUCE( sums_spectra_l(0), sums_spectra(0,n), ny/2+1,       &
831                           MPI_REAL, MPI_PROD, 0, comm2d, ierr )
[1]832#else
[1786]833          sums_spectra(:,n) = sums_spectra_l
[1]834#endif
[1431]835!
[1786]836!--       Normalize spectra by variance
[2215]837          sum_spec_dum = SUM( sums_spectra(1:ny/2,n) )
838          IF ( sum_spec_dum /= 0.0_wp )  THEN
839             sums_spectra(1:ny/2,n) = sums_spectra(1:ny/2,n) *                 &
840                                      var_d(k) / sum_spec_dum
[1786]841          ENDIF
842          n = n + 1
[1]843
[1786]844       ENDDO
845       n = n - 1
[1]846
847
[1786]848       IF ( myid == 0 )  THEN
[1]849!
[1786]850!--       Sum of spectra for later averaging (see routine data_output_spectra)
851          DO  j = 1, ny/2
852             DO k = 1, n
853                spectrum_y(j,k,m) = spectrum_y(j,k,m) + sums_spectra(j,k)
854             ENDDO
[1]855          ENDDO
856
[1786]857       ENDIF
[1]858
859!
[1786]860!--    n_sp_y is needed by data_output_spectra_y
861       n_sp_y = n
[1]862
[1786]863    END SUBROUTINE calc_spectra_y
864
[1833]865 END MODULE spectra_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.