source: palm/trunk/SOURCE/spectra_mod.f90 @ 4851

Last change on this file since 4851 was 4843, checked in by raasch, 4 years ago

local namelist parameter added to switch off the module although the respective module namelist appears in the namelist file, further copyright updates

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 31.7 KB
RevLine 
[1833]1!> @file spectra_mod.f90
[4591]2!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
[2696]3! This file is part of the PALM model system.
[1036]4!
[4591]5! PALM is free software: you can redistribute it and/or modify it under the terms of the GNU General
6! Public License as published by the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
7! (at your option) any later version.
[1036]8!
[4591]9! PALM is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the
10! implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the GNU General
11! Public License for more details.
[1036]12!
[4591]13! You should have received a copy of the GNU General Public License along with PALM. If not, see
14! <http://www.gnu.org/licenses/>.
[1036]15!
[4828]16! Copyright 1997-2021 Leibniz Universitaet Hannover
[4591]17!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
[1036]18!
[4591]19!
[247]20! Current revisions:
[1]21! -----------------
[4591]22!
23!
[1787]24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: spectra_mod.f90 4843 2021-01-15 15:22:11Z gronemeier $
[4843]27! local namelist parameter added to switch off the module although the respective module namelist
28! appears in the namelist file
29!
30! 4842 2021-01-14 10:42:28Z raasch
[4842]31! reading of namelist file and actions in case of namelist errors revised so that statement labels
32! and goto statements are not required any more,
33! deprecated namelist removed
34!
35! 4828 2021-01-05 11:21:41Z Giersch
[4629]36! support for MPI Fortran77 interface (mpif.h) removed
37!
38! 4591 2020-07-06 15:56:08Z raasch
[4591]39! File re-formatted to follow the PALM coding standard
40!
41! 4429 2020-02-27 15:24:30Z raasch
42! Bugfix: preprocessor directives rearranged for serial mode
43!
[4429]44! 4360 2020-01-07 11:25:50Z suehring
[4182]45! Corrected "Former revisions" section
[4591]46!
[4182]47! 3805 2019-03-20 15:26:35Z raasch
[4591]48! Unused variable removed
49!
[3805]50! 3655 2019-01-07 16:51:22Z knoop
[3421]51! Renamed output variables
[1787]52!
[4182]53! Revision 1.1  2001/01/05 15:08:07  raasch
54! Initial revision
55!
[4591]56!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
[1]57! Description:
58! ------------
[4591]59!> Calculate horizontal spectra along x and y.
60!> ATTENTION: 1d-decomposition along y still needs improvement, because in that case the gridpoint
61!>            number along z still depends on the PE number because transpose_xz has to be used
62!>            (and possibly also transpose_zyd needs modification).
63!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
[1833]64 MODULE spectra_mod
[1]65
[1786]66    USE kinds
[1320]67
[1786]68    PRIVATE
[1320]69
[4591]70    CHARACTER (LEN=10), DIMENSION(10) ::  data_output_sp  = ' '    !<
71    CHARACTER (LEN=2),  DIMENSION(10) ::  spectra_direction = 'x'  !<
[1320]72
[4591]73    INTEGER(iwp) ::  average_count_sp = 0              !<
74    INTEGER(iwp) ::  comp_spectra_level(100) = 999999  !<
75    INTEGER(iwp) ::  dosp_time_count = 0               !<
76    INTEGER(iwp) ::  n_sp_x = 0, n_sp_y = 0            !<
[1320]77
[1833]78    LOGICAL ::  calculate_spectra   = .FALSE.  !< internal switch that spectra are calculated
79    LOGICAL ::  spectra_initialized = .FALSE.  !< internal switch that spectra related quantities are initialized
[1320]80
[1833]81    REAL(wp) ::  averaging_interval_sp = 9999999.9_wp  !< averaging interval for spectra output
82    REAL(wp) ::  dt_dosp = 9999999.9_wp                !< time interval for spectra output
83    REAL(wp) ::  skip_time_dosp = 9999999.9_wp         !< no output of spectra data before this interval has passed
[1]84
[4591]85    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  var_d  !<
[1833]86
[4591]87    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  spectrum_x  !<
88    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  spectrum_y  !<
[1833]89
[1786]90    SAVE
[1320]91
[1786]92    INTERFACE calc_spectra
93       MODULE PROCEDURE calc_spectra
94    END INTERFACE calc_spectra
[1320]95
[1786]96    INTERFACE preprocess_spectra
97       MODULE PROCEDURE preprocess_spectra
98    END INTERFACE preprocess_spectra
[1]99
[4429]100#if defined( __parallel )
[1786]101    INTERFACE calc_spectra_x
102       MODULE PROCEDURE calc_spectra_x
103    END INTERFACE calc_spectra_x
[1]104
[1786]105    INTERFACE calc_spectra_y
106       MODULE PROCEDURE calc_spectra_y
107    END INTERFACE calc_spectra_y
[4429]108#endif
[1]109
[1833]110    INTERFACE spectra_check_parameters
111       MODULE PROCEDURE spectra_check_parameters
112    END INTERFACE spectra_check_parameters
[1]113
[1833]114    INTERFACE spectra_header
115       MODULE PROCEDURE spectra_header
116    END INTERFACE spectra_header
[1786]117
[1833]118    INTERFACE spectra_init
119       MODULE PROCEDURE spectra_init
120    END INTERFACE spectra_init
121
122    INTERFACE spectra_parin
123       MODULE PROCEDURE spectra_parin
124    END INTERFACE spectra_parin
125
[4591]126    PUBLIC average_count_sp,                                                                       &
127           averaging_interval_sp,                                                                  &
128           calc_spectra,                                                                           &
129           calculate_spectra,                                                                      &
130           comp_spectra_level,                                                                     &
131           data_output_sp,                                                                         &
132           dosp_time_count,                                                                        &
133           dt_dosp,                                                                                &
134           n_sp_x,                                                                                 &
135           n_sp_y,                                                                                 &
136           skip_time_dosp,                                                                         &
137           spectra_check_parameters,                                                               &
138           spectra_direction,                                                                      &
139           spectra_header,                                                                         &
140           spectra_init,                                                                           &
141           spectra_parin,                                                                          &
142           spectrum_x,                                                                             &
143           spectrum_y,                                                                             &
144           var_d
[1833]145
146
[1786]147 CONTAINS
148
[4591]149!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
[1833]150! Description:
151! ------------
152!> Parin for &spectra_par for calculating spectra
[4591]153!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
154 SUBROUTINE spectra_parin
[1833]155
[4591]156    USE control_parameters,                                                                        &
[4842]157        ONLY:  dt_data_output
[1833]158
[4591]159    IMPLICIT NONE
[1833]160
[4842]161    CHARACTER(LEN=100) ::  line  !< dummy string that contains the current line of the parameter file
[1833]162
[4842]163    INTEGER(iwp) ::  io_status   !< status after reading the namelist file
[1833]164
[4843]165    LOGICAL ::  switch_off_module = .FALSE.  !< local namelist parameter to switch off the module
166                                             !< although the respective module namelist appears in
167                                             !< the namelist file
[4842]168
[4591]169    NAMELIST /spectra_parameters/                                                                  &
170                            averaging_interval_sp,                                                 &
171                            comp_spectra_level,                                                    &
172                            data_output_sp,                                                        &
173                            dt_dosp,                                                               &
174                            skip_time_dosp,                                                        &
[4843]175                            spectra_direction,                                                     &
176                            switch_off_module
[1833]177!
[4842]178!-- Position the namelist-file at the beginning (it was already opened in parin), and try to read
179!-- the namelist.
180    REWIND( 11 )
181    READ( 11, spectra_parameters, IOSTAT=io_status )
[1833]182
183!
[4842]184!-- Action depending on the READ status
185    IF ( io_status == 0 )  THEN
[1833]186!
[4843]187!--    spectra_parameters namelist was found and read correctly. Set flag to indicate that spectra
188!--    have to be calculated.
189       IF ( .NOT.  switch_off_module )  THEN
190          calculate_spectra = .TRUE.
191!--       Default setting of dt_dosp here (instead of check_parameters), because its current value
192!--       is needed in init_pegrid.
193          IF ( dt_dosp == 9999999.9_wp )  dt_dosp = dt_data_output
194       ENDIF
[2932]195
[4842]196    ELSEIF ( io_status > 0 )  THEN
[2932]197!
[4842]198!--    spectra_parameters namelist was found but contained errors. Print an error message including
199!--    the line that caused the problem.
200       BACKSPACE( 11 )
201       READ( 11 , '(A)' ) line
202       CALL parin_fail_message( 'spectra_parameters', line )
[2932]203
[4842]204    ENDIF
[3246]205
[4591]206 END SUBROUTINE spectra_parin
207
208
209
210!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
[1833]211! Description:
212! ------------
213!> Initialization of spectra related variables
[4591]214!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
215 SUBROUTINE spectra_init
[1833]216
[4591]217    USE indices,                                                                                   &
218        ONLY:  nx,                                                                                 &
219               ny,                                                                                 &
220               nzb,                                                                                &
221               nzt
[1833]222
[4591]223    IMPLICIT NONE
[1833]224
[4591]225    IF ( spectra_initialized )  RETURN
[1833]226
[4591]227    IF ( dt_dosp /= 9999999.9_wp )  THEN
[1833]228
[4591]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
[2956]233
[4591]234       IF ( .NOT. ALLOCATED( spectrum_y ) )  THEN
235          ALLOCATE( spectrum_y( 1:ny/2, 1:100, 1:10 ) )
236          spectrum_y = 0.0_wp
[1833]237       ENDIF
238
[4591]239       ALLOCATE( var_d(nzb:nzt+1) )
240       var_d = 0.0_wp
241    ENDIF
[1833]242
[4591]243    spectra_initialized = .TRUE.
[1833]244
[4591]245 END SUBROUTINE spectra_init
[1833]246
247
[4591]248
249!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
[1833]250! Description:
251! ------------
252!> Check spectra related quantities
[4591]253!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
254 SUBROUTINE spectra_check_parameters
[1833]255
[4591]256    USE control_parameters,                                                                        &
257        ONLY:  averaging_interval,                                                                 &
258               message_string,                                                                     &
259               skip_time_data_output
[1833]260
[4591]261    IMPLICIT NONE
[1833]262
263!
[4591]264!-- Check the average interval
265    IF ( averaging_interval_sp == 9999999.9_wp )  THEN
266       averaging_interval_sp = averaging_interval
267    ENDIF
[1833]268
[4591]269    IF ( averaging_interval_sp > dt_dosp )  THEN
270       WRITE( message_string, * )  'averaging_interval_sp = ', averaging_interval_sp,              &
271                                   ' must be <= dt_dosp = ', dt_dosp
272       CALL message( 'spectra_check_parameters', 'PA0087', 1, 2, 0, 6, 0 )
273    ENDIF
[1833]274
275!
[4591]276!-- Set the default skip time interval for data output, if necessary
277    IF ( skip_time_dosp == 9999999.9_wp )  skip_time_dosp = skip_time_data_output
[1833]278
[4591]279 END SUBROUTINE spectra_check_parameters
[1833]280
281
282
[4591]283!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
[1833]284! Description:
285! ------------
286!> Header output for spectra
287!>
288!> @todo Output of netcdf data format and compression level
[4591]289!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
290 SUBROUTINE spectra_header ( io )
[1833]291
[4591]292    USE control_parameters,                                                                        &
293        ONLY:  dt_averaging_input_pr
[1833]294
[4591]295!    USE netcdf_interface,                                                                          &
296!        ONLY:  netcdf_data_format_string,                                                          &
297!               netcdf_deflate
[1833]298
[4591]299    IMPLICIT NONE
[1833]300
[4591]301!    CHARACTER (LEN=40) ::  output_format !< internal string
[1833]302
[4591]303    INTEGER(iwp) ::  i               !< internal counter
304    INTEGER(iwp), INTENT(IN) ::  io  !< unit of the output file
[1833]305
306!
[4591]307!-- Spectra output
308    IF ( dt_dosp /= 9999999.9_wp )  THEN
309       WRITE ( io, 1 )
[1833]310
[4591]311!       output_format = netcdf_data_format_string
312!       IF ( netcdf_deflate == 0 )  THEN
313!          WRITE ( io, 2 )  output_format
314!       ELSE
315!          WRITE ( io, 3 )  TRIM( output_format ), netcdf_deflate
316!       ENDIF
317       WRITE ( io, 2 )  'see profiles or other quantities'
318       WRITE ( io, 4 )  dt_dosp
319       IF ( skip_time_dosp /= 0.0_wp )  WRITE ( io, 5 )  skip_time_dosp
320       WRITE ( io, 6 )  ( data_output_sp(i), i = 1,10 ),                                           &
321                        ( spectra_direction(i), i = 1,10 ),                                        &
322                        ( comp_spectra_level(i), i = 1,100 ),                                      &
323                        averaging_interval_sp, dt_averaging_input_pr
324    ENDIF
[1833]325
[4591]326  1 FORMAT ('    Spectra:')
327  2 FORMAT ('       Output format: ',A/)
328!  3 FORMAT ('       Output format: ',A, '   compressed with level: ',I1/)
329  4 FORMAT ('       Output every ',F7.1,' s'/)
330  5 FORMAT ('       No output during initial ',F8.2,' s')
331  6 FORMAT ('       Arrays:     ', 10(A5,',')/                                                     &
332            '       Directions: ', 10(A5,',')/                                                     &
333            '       height levels  k = ', 20(I3,',')/                                              &
334            '                          ', 20(I3,',')/                                              &
335            '                          ', 20(I3,',')/                                              &
336            '                          ', 20(I3,',')/                                              &
337            '                          ', 19(I3,','),I3,'.'/                                       &
338            '       Time averaged over ', F7.1, ' s,' /                                            &
339            '       Profiles for the time averaging are taken every ',                             &
340                 F6.1,' s')
[1833]341
[4591]342 END SUBROUTINE spectra_header
[1833]343
344
[4591]345!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
346! Description:
347! ------------
348!> @todo Missing subroutine description.
349!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
[1833]350
[4591]351 SUBROUTINE calc_spectra
[1786]352
[4591]353    USE arrays_3d,                                                                                 &
354        ONLY:  d
[4429]355#if defined( __parallel )
[4591]356    USE arrays_3d,                                                                                 &
357        ONLY:  tend
[4429]358#endif
[1786]359
[4591]360    USE control_parameters,                                                                        &
361        ONLY:  bc_lr_cyc,                                                                          &
362               bc_ns_cyc,                                                                          &
363               message_string,                                                                     &
364               psolver
[1786]365
[4591]366    USE cpulog,                                                                                    &
367        ONLY:  cpu_log,                                                                            &
368               log_point
[1786]369
[4591]370    USE fft_xy,                                                                                    &
371        ONLY:  fft_init
[1786]372
[4591]373    USE indices,                                                                                   &
374        ONLY:  nxl,                                                                                &
375               nxr,                                                                                &
376               nyn,                                                                                &
377               nys,                                                                                &
378               nzb,                                                                                &
379               nzt
[1786]380
[4591]381    USE kinds
[1786]382
[4591]383    USE pegrid,                                                                                    &
384        ONLY:  myid
[4429]385#if defined( __parallel )
[4591]386    USE pegrid,                                                                                    &
387        ONLY:  pdims
[4429]388#endif
[1786]389
[4591]390    IMPLICIT NONE
[1786]391
[4591]392    INTEGER(iwp) ::  m   !<
393    INTEGER(iwp) ::  pr  !<
[1786]394
395
[1]396!
[4591]397!-- Check if user gave any levels for spectra to be calculated
398    IF ( comp_spectra_level(1) == 999999 )  RETURN
[1]399
[4591]400    CALL cpu_log( log_point(30), 'calc_spectra', 'start' )
[1786]401
[1]402!
[4591]403!-- Initialize spectra related quantities
404    CALL spectra_init
[1833]405
406!
[4591]407!-- Initialize ffts
408    CALL fft_init
[225]409
[1]410!
[4591]411!-- Reallocate array d in required size
412    IF ( psolver(1:9) == 'multigrid' )  THEN
413       DEALLOCATE( d )
414       ALLOCATE( d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) )
415    ENDIF
[1]416
[4591]417    m = 1
418    DO WHILE ( data_output_sp(m) /= ' '  .AND.  m <= 10 )
[1]419!
[4591]420!--    Transposition from z --> x  ( y --> x in case of a 1d-decomposition along x)
421       IF ( INDEX( spectra_direction(m), 'x' ) /= 0 )  THEN
[247]422
[1786]423!
[4591]424!--       Calculation of spectra works for cyclic boundary conditions only
425          IF ( .NOT. bc_lr_cyc )  THEN
[1]426
[4591]427             message_string = 'non-cyclic lateral boundaries along x do' //                        &
428                              ' not &  allow calculation of spectra along x'
429             CALL message( 'calc_spectra', 'PA0160', 1, 2, 0, 6, 0 )
430          ENDIF
[1]431
[4591]432          CALL preprocess_spectra( m, pr )
[1786]433
[1]434#if defined( __parallel )
[4591]435          IF ( pdims(2) /= 1 )  THEN
436             CALL resort_for_zx( d, tend )
437             CALL transpose_zx( tend, d )
438          ELSE
439             CALL transpose_yxd( d, d )
440          ENDIF
441          CALL calc_spectra_x( d, m )
[1]442#else
[4591]443          message_string = 'sorry, calculation of spectra in non parallel mode& is still not ' //  &
444                           'realized'
445          CALL message( 'calc_spectra', 'PA0161', 1, 2, 0, 6, 0 )
[1]446#endif
447
[4591]448       ENDIF
[1]449
450!
[4591]451!--    Transposition from z --> y (d is rearranged only in case of a 1d-decomposition along x)
452       IF ( INDEX( spectra_direction(m), 'y' ) /= 0 )  THEN
[1]453
454!
[4591]455!--       Calculation of spectra works for cyclic boundary conditions only
456          IF ( .NOT. bc_ns_cyc )  THEN
457             IF ( myid == 0 )  THEN
458                message_string = 'non-cyclic lateral boundaries along y' //                        &
459                                 ' do not & allow calculation of spectra along y'
460                CALL message( 'calc_spectra', 'PA0162', 1, 2, 0, 6, 0 )
[1]461             ENDIF
[4591]462             CALL local_stop
463          ENDIF
[1]464
[4591]465          CALL preprocess_spectra( m, pr )
[1]466
467#if defined( __parallel )
[4591]468          CALL transpose_zyd( d, d )
469          CALL calc_spectra_y( d, m )
[1]470#else
[4591]471          message_string = 'sorry, calculation of spectra in non parallel mode& is still not ' //  &
472                           'realized'
473          CALL message( 'calc_spectra', 'PA0161', 1, 2, 0, 6, 0 )
[1]474#endif
475
[4591]476       ENDIF
[1]477
478!
[4591]479!--    Increase counter for next spectrum
480       m = m + 1
[1]481
[4591]482    ENDDO
483
[1]484!
[4591]485!-- Increase counter for averaging process in routine plot_spectra
486    average_count_sp = average_count_sp + 1
[1]487
[4591]488    CALL cpu_log( log_point(30), 'calc_spectra', 'stop' )
[1]489
[4591]490 END SUBROUTINE calc_spectra
[1]491
492
[4591]493!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
[1682]494! Description:
495! ------------
496!> @todo Missing subroutine description.
[4591]497!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
498 SUBROUTINE preprocess_spectra( m, pr )
[1]499
[4591]500    USE arrays_3d,                                                                                 &
501        ONLY:  d,                                                                                  &
502               pt,                                                                                 &
503               q,                                                                                  &
504               s,                                                                                  &
505               u,                                                                                  &
506               v,                                                                                  &
507               w
[1320]508
[4591]509    USE indices,                                                                                   &
510        ONLY:  ngp_2dh,                                                                            &
511               nxl,                                                                                &
512               nxr,                                                                                &
513               nyn,                                                                                &
514               nys,                                                                                &
515               nzb,                                                                                &
516               nzt
[1320]517
[4591]518    USE kinds
[1320]519
[1815]520#if defined( __parallel )
[4591]521    USE MPI
[2841]522
[4591]523    USE pegrid,                                                                                    &
524        ONLY:  collective_wait,                                                                    &
525               comm2d,                                                                             &
526               ierr
[4429]527#endif
[1]528
[4591]529    USE statistics,                                                                                &
530        ONLY:  hom
[1320]531
532
[4591]533    IMPLICIT NONE
[1320]534
[4591]535    INTEGER(iwp) ::  i   !<
536    INTEGER(iwp) ::  j   !<
537    INTEGER(iwp) ::  k   !<
538    INTEGER(iwp) ::  m   !<
539    INTEGER(iwp) ::  pr  !<
[1]540
[4591]541    REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1) ::  var_d_l  !<
[1]542
[4629]543
[4591]544    SELECT CASE ( TRIM( data_output_sp(m) ) )
545
546    CASE ( 'u' )
547       pr = 1
548       d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = u(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
549
550    CASE ( 'v' )
551       pr = 2
552       d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = v(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
553
554    CASE ( 'w' )
555       pr = 3
556       d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = w(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
557
558    CASE ( 'theta' )
559       pr = 4
560       d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = pt(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
561
562    CASE ( 'q' )
563       pr = 41
564       d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = q(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
565
566    CASE ( 's' )
567       pr = 117
568       d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = s(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
569
570    CASE DEFAULT
[144]571!
[4591]572!--    The DEFAULT case is reached either if the parameter data_output_sp(m) contains a wrong
573!--    character string or if the user has coded a special case in the user interface. There, the
574!--    subroutine user_spectra checks which of these two conditions applies.
575       CALL user_spectra( 'preprocess', m, pr )
[1]576
[4591]577    END SELECT
578
[1]579!
[4591]580!-- Subtract horizontal mean from the array, for which spectra have to be calculated. Moreover,
581!-- calculate variance of the respective quantitiy, later used for normalizing spectra output.
582    var_d_l(:) = 0.0_wp
583    DO  i = nxl, nxr
584       DO  j = nys, nyn
585          DO  k = nzb+1, nzt
586             d(k,j,i)   = d(k,j,i) - hom(k,1,pr,0)
587             var_d_l(k) = var_d_l(k) + d(k,j,i) * d(k,j,i)
[1]588          ENDDO
589       ENDDO
[4591]590    ENDDO
[1431]591!
[4591]592!-- Compute total variance from local variances
593    var_d(:) = 0.0_wp
594#if defined( __parallel )
595    IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
596    CALL MPI_ALLREDUCE( var_d_l(0), var_d(0), nzt+1-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM, comm2d, ierr )
[1431]597#else
[4591]598    var_d(:) = var_d_l(:)
[1431]599#endif
[4591]600    var_d(:) = var_d(:) / ngp_2dh(0)
[1]601
[4591]602 END SUBROUTINE preprocess_spectra
[1]603
604
[4591]605!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
[1682]606! Description:
607! ------------
608!> @todo Missing subroutine description.
[4591]609!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
[4429]610#if defined( __parallel )
[4591]611 SUBROUTINE calc_spectra_x( ddd, m )
[1]612
[4591]613    USE fft_xy,                                                                                    &
614        ONLY:  fft_x_1d
[1320]615
[4591]616    USE grid_variables,                                                                            &
617        ONLY:  dx
[1320]618
[4591]619    USE indices,                                                                                   &
620        ONLY:  nx,                                                                                 &
621               ny
[1320]622
[4591]623    USE kinds
[1320]624
[4591]625    USE MPI
[2841]626
[4591]627    USE pegrid,                                                                                    &
628        ONLY:  comm2d,                                                                             &
629               ierr,                                                                               &
630               myid
[1320]631
[4591]632    USE transpose_indices,                                                                         &
633        ONLY:  nyn_x,                                                                              &
634               nys_x,                                                                              &
635               nzb_x,                                                                              &
636               nzt_x
[1320]637
638
[4591]639    IMPLICIT NONE
[1]640
[4591]641    INTEGER(iwp) ::  i  !<
642    INTEGER(iwp) ::  j  !<
643    INTEGER(iwp) ::  k  !<
644    INTEGER(iwp) ::  m  !<
645    INTEGER(iwp) ::  n  !<
[1320]646
[4591]647    REAL(wp) ::  exponent      !<
648    REAL(wp) ::  sum_spec_dum  !< wavenumber-integrated spectrum
[1]649
[4591]650    REAL(wp), DIMENSION(0:nx) ::  work  !<
651
652    REAL(wp), DIMENSION(0:nx/2) ::  sums_spectra_l  !<
653
654    REAL(wp), DIMENSION(0:nx/2,100) ::  sums_spectra  !<
655
656    REAL(wp), DIMENSION(0:nx,nys_x:nyn_x,nzb_x:nzt_x) ::  ddd  !<
657
[1]658!
[4591]659!-- Exponent for geometric average
660    exponent = 1.0_wp / ( ny + 1.0_wp )
[1]661
662!
[4591]663!-- Loop over all levels defined by the user
664    n = 1
665    DO WHILE ( comp_spectra_level(n) /= 999999  .AND.  n <= 100 )
[1]666
[4591]667       k = comp_spectra_level(n)
[1]668
669!
[4591]670!--    Calculate FFT only if the corresponding level is situated on this PE
671       IF ( k >= nzb_x  .AND.  k <= nzt_x )  THEN
[1]672
[4591]673          DO  j = nys_x, nyn_x
[1]674
[4591]675             work = ddd(0:nx,j,k)
676             CALL fft_x_1d( work, 'forward' )
[1786]677
[4591]678             ddd(0,j,k) = dx * work(0)**2
679             DO  i = 1, nx/2
680                ddd(i,j,k) = dx * ( work(i)**2 + work(nx+1-i)**2 )
[1]681             ENDDO
682
[4591]683          ENDDO
684
[1]685!
[4591]686!--       Local sum and geometric average of these spectra (WARNING: no global sum should be
687!--       performed, because floating point overflow may occur)
688          DO  i = 0, nx/2
[1]689
[4591]690             sums_spectra_l(i) = 1.0_wp
691             DO  j = nys_x, nyn_x
692                sums_spectra_l(i) = sums_spectra_l(i) * ddd(i,j,k)**exponent
[1]693             ENDDO
694
[4591]695          ENDDO
[1]696
[4591]697       ELSE
[1]698
[4591]699          sums_spectra_l = 1.0_wp
700
701       ENDIF
702
[1]703!
[4591]704!--    Global sum of spectra on PE0 (from where they are written on file)
705       sums_spectra(:,n) = 0.0_wp
706#if defined( __parallel )
707       CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )  ! Necessary?
708       CALL MPI_REDUCE( sums_spectra_l(0), sums_spectra(0,n), nx/2+1, MPI_REAL, MPI_PROD, 0,       &
709                        comm2d, ierr )
[1]710#else
[4591]711       sums_spectra(:,n) = sums_spectra_l
[1]712#endif
[1431]713!
[4591]714!--    Normalize spectra by variance
715       sum_spec_dum = SUM( sums_spectra(1:nx/2,n) )
[2215]716
[4591]717       IF ( sum_spec_dum /= 0.0_wp )  THEN
718          sums_spectra(1:nx/2,n) = sums_spectra(1:nx/2,n) * var_d(k) / sum_spec_dum
719       ENDIF
720       n = n + 1
[1]721
[4591]722    ENDDO
723    n = n - 1
[1]724
[4591]725    IF ( myid == 0 )  THEN
[1]726!
[4591]727!--    Sum of spectra for later averaging (see routine data_output_spectra)
728       DO  i = 1, nx/2
729          DO k = 1, n
730             spectrum_x(i,k,m) = spectrum_x(i,k,m) + sums_spectra(i,k)
[1]731          ENDDO
[4591]732       ENDDO
[1]733
[4591]734    ENDIF
[1]735!
[4591]736!-- n_sp_x is needed by data_output_spectra_x
737    n_sp_x = n
[1]738
[4591]739 END SUBROUTINE calc_spectra_x
[4429]740#endif
[1]741
742
[4591]743!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
[1682]744! Description:
745! ------------
746!> @todo Missing subroutine description.
[4591]747!--------------------------------------------------------------------------------------------------!
[4429]748#if defined( __parallel )
[4591]749 SUBROUTINE calc_spectra_y( ddd, m )
[1]750
[4591]751    USE fft_xy,                                                                                    &
752        ONLY:  fft_y_1d
[1320]753
[4591]754    USE grid_variables,                                                                            &
755        ONLY:  dy
[1320]756
[4591]757    USE indices,                                                                                   &
758        ONLY:  nx,                                                                                 &
759               ny
[1320]760
[4591]761    USE kinds
[1320]762
[4591]763    USE MPI
[2841]764
[4591]765    USE pegrid,                                                                                    &
766        ONLY:  comm2d,                                                                             &
767               ierr,                                                                               &
768               myid
[1320]769
[4591]770    USE transpose_indices,                                                                         &
771        ONLY:  nxl_yd,                                                                             &
772               nxr_yd,                                                                             &
773               nzb_yd,                                                                             &
774               nzt_yd
[1320]775
776
[4591]777    IMPLICIT NONE
[1]778
[4591]779    INTEGER(iwp) ::  i  !<
780    INTEGER(iwp) ::  j  !<
781    INTEGER(iwp) ::  k  !<
782    INTEGER(iwp) ::  m  !<
783    INTEGER(iwp) ::  n  !<
[1320]784
[4591]785    REAL(wp) ::  exponent  !<
786    REAL(wp) ::  sum_spec_dum  !< wavenumber-integrated spectrum
[1]787
[4591]788    REAL(wp), DIMENSION(0:ny) ::  work  !<
[1]789
[4591]790    REAL(wp), DIMENSION(0:ny/2) ::  sums_spectra_l  !<
791
792    REAL(wp), DIMENSION(0:ny/2,100) ::  sums_spectra  !<
793
794    REAL(wp), DIMENSION(0:ny,nxl_yd:nxr_yd,nzb_yd:nzt_yd) :: ddd  !<
795
796
[1]797!
[4591]798!-- Exponent for geometric average
799    exponent = 1.0_wp / ( nx + 1.0_wp )
[1]800
801!
[4591]802!-- Loop over all levels defined by the user
803    n = 1
804    DO WHILE ( comp_spectra_level(n) /= 999999  .AND.  n <= 100 )
[1]805
[4591]806       k = comp_spectra_level(n)
[1]807
808!
[4591]809!--    Calculate FFT only if the corresponding level is situated on this PE
810       IF ( k >= nzb_yd  .AND.  k <= nzt_yd )  THEN
[1]811
[4591]812          DO  i = nxl_yd, nxr_yd
[1]813
[4591]814             work = ddd(0:ny,i,k)
815             CALL fft_y_1d( work, 'forward' )
[1786]816
[4591]817             ddd(0,i,k) = dy * work(0)**2
818             DO  j = 1, ny/2
819                ddd(j,i,k) = dy * ( work(j)**2 + work(ny+1-j)**2 )
[1]820             ENDDO
821
[4591]822          ENDDO
823
[1]824!
[4591]825!--       Local sum and geometric average of these spectra (WARNING: no global sum should be
826!--       performed, because floating point overflow may occur)
827          DO  j = 0, ny/2
[1]828
[4591]829             sums_spectra_l(j) = 1.0_wp
830             DO  i = nxl_yd, nxr_yd
831                sums_spectra_l(j) = sums_spectra_l(j) * ddd(j,i,k)**exponent
[1]832             ENDDO
833
[4591]834          ENDDO
[1]835
[4591]836       ELSE
[1]837
[4591]838          sums_spectra_l = 1.0_wp
839
840       ENDIF
841
[1]842!
[4591]843!--    Global sum of spectra on PE0 (from where they are written on file)
844       sums_spectra(:,n) = 0.0_wp
845#if defined( __parallel )
846       CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )  ! Necessary?
847       CALL MPI_REDUCE( sums_spectra_l(0), sums_spectra(0,n), ny/2+1, MPI_REAL, MPI_PROD, 0,       &
848                        comm2d, ierr )
[1]849#else
[4591]850       sums_spectra(:,n) = sums_spectra_l
[1]851#endif
[1431]852!
[4591]853!--    Normalize spectra by variance
854       sum_spec_dum = SUM( sums_spectra(1:ny/2,n) )
855       IF ( sum_spec_dum /= 0.0_wp )  THEN
856          sums_spectra(1:ny/2,n) = sums_spectra(1:ny/2,n) * var_d(k) / sum_spec_dum
857       ENDIF
858       n = n + 1
[1]859
[4591]860    ENDDO
861    n = n - 1
[1]862
863
[4591]864    IF ( myid == 0 )  THEN
[1]865!
[4591]866!--    Sum of spectra for later averaging (see routine data_output_spectra)
867       DO  j = 1, ny/2
868          DO k = 1, n
869             spectrum_y(j,k,m) = spectrum_y(j,k,m) + sums_spectra(j,k)
[1]870          ENDDO
[4591]871       ENDDO
[1]872
[4591]873    ENDIF
[1]874
875!
[4591]876!-- n_sp_y is needed by data_output_spectra_y
877    n_sp_y = n
[1]878
[4591]879 END SUBROUTINE calc_spectra_y
[4429]880#endif
[1786]881
[1833]882 END MODULE spectra_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.