source: palm/trunk/SOURCE/spectra_mod.f90 @ 1961

Last change on this file since 1961 was 1961, checked in by suehring, 5 years ago

last commit documented

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 26.5 KB
Line 
1!> @file spectra_mod.f90
2!--------------------------------------------------------------------------------!
3! This file is part of PALM.
4!
5! PALM is free software: you can redistribute it and/or modify it under the terms
6! of the GNU General Public License as published by the Free Software Foundation,
7! either version 3 of the License, or (at your option) any later version.
8!
9! PALM is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT ANY
10! WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR
11! A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for more details.
12!
13! You should have received a copy of the GNU General Public License along with
14! PALM. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
15!
16! Copyright 1997-2016 Leibniz Universitaet Hannover
17!--------------------------------------------------------------------------------!
18!
19! Current revisions:
20! -----------------
21!
22!
23! Former revisions:
24! -----------------
25! $Id: spectra_mod.f90 1961 2016-07-12 16:37:58Z suehring $
26!
27! 1960 2016-07-12 16:34:24Z suehring
28! Additional default spectra for passive scalar
29!
30! 1833 2016-04-07 14:23:03Z raasch
31! file renamed, reading the spectra_par NAMELIST moved from package_parin to
32! here
33!
34! 1815 2016-04-06 13:49:59Z raasch
35! bugfix: preprocessor directives included for the non-parallel case
36!
37! 1808 2016-04-05 19:44:00Z raasch
38! MPI module used by default on all machines
39!
40! 1786 2016-03-08 05:49:27Z raasch
41! routine is modularized, filename renamed from calc_spectra to spectrum,
42! privious data module spectrum moved from modules.f90 to here,
43! cpp-direktives for spectra removed, immediate return if no spectra levels are
44! given
45!
46! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
47! Code annotations made doxygen readable
48!
49! 1575 2015-03-27 09:56:27Z raasch
50! adjustments for psolver-queries
51!
52! 1511 2014-12-16 15:54:16Z suehring
53! Bugfix concerning spectra normalization
54!
55! 1431 2014-07-15 14:47:17Z suehring
56! Wavenumber-integrated spectra coincide with respective variance.
57!
58! 1342 2014-03-26 17:04:47Z kanani
59! REAL constants defined as wp-kinds
60!
61! 1324 2014-03-21 09:13:16Z suehring
62! Bugfix: nzb_x, nzb_yd, nyn_x, nyn_x, nzt_x, nzt_yd belong to transpose_indices
63!
64! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
65! ONLY-attribute added to USE-statements,
66! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
67! kinds are defined in new module kinds,
68! revision history before 2012 removed,
69! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
70! all variable declaration statements
71!
72! 1318 2014-03-17 13:35:16Z raasch
73! module interfaces removed
74!
75! 1216 2013-08-26 09:31:42Z raasch
76! resorting of array moved to separate routine resort_for_zx,
77! one argument removed from the transpose_..d routines
78!
79! 1120 2013-04-05 15:11:35Z raasch
80! bugfix: calls of fft_x|y replaced by fft_x|y_1d
81!
82! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
83! code put under GPL (PALM 3.9)
84!
85! 1003 2012-09-14 14:35:53Z raasch
86! adjustment of array tend for cases with unequal subdomain sizes removed
87!
88! Revision 1.1  2001/01/05 15:08:07  raasch
89! Initial revision
90!
91!
92! Description:
93! ------------
94!> Calculate horizontal spectra along x and y.
95!> ATTENTION: 1d-decomposition along y still needs improvement, because in that
96!>            case the gridpoint number along z still depends on the PE number
97!>            because transpose_xz has to be used (and possibly also
98!>            transpose_zyd needs modification).
99!------------------------------------------------------------------------------!
100 MODULE spectra_mod
101
102    USE kinds
103
104    PRIVATE
105
106    CHARACTER (LEN=2),  DIMENSION(10) ::  spectra_direction = 'x'
107    CHARACTER (LEN=10), DIMENSION(10) ::  data_output_sp  = ' '
108
109    INTEGER(iwp) ::  average_count_sp = 0
110    INTEGER(iwp) ::  dosp_time_count = 0
111    INTEGER(iwp) ::  n_sp_x = 0, n_sp_y = 0
112
113    INTEGER(iwp) ::  comp_spectra_level(100) = 999999
114
115    LOGICAL ::  calculate_spectra   = .FALSE.  !< internal switch that spectra are calculated
116    LOGICAL ::  spectra_initialized = .FALSE.  !< internal switch that spectra related quantities are initialized
117
118    REAL(wp) ::  averaging_interval_sp = 9999999.9_wp  !< averaging interval for spectra output
119    REAL(wp) ::  dt_dosp = 9999999.9_wp                !< time interval for spectra output
120    REAL(wp) ::  skip_time_dosp = 9999999.9_wp         !< no output of spectra data before this interval has passed
121
122    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  var_d
123
124    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  spectrum_x, spectrum_y
125
126    SAVE
127
128    INTERFACE calc_spectra
129       MODULE PROCEDURE calc_spectra
130    END INTERFACE calc_spectra
131
132    INTERFACE preprocess_spectra
133       MODULE PROCEDURE preprocess_spectra
134    END INTERFACE preprocess_spectra
135
136    INTERFACE calc_spectra_x
137       MODULE PROCEDURE calc_spectra_x
138    END INTERFACE calc_spectra_x
139
140    INTERFACE calc_spectra_y
141       MODULE PROCEDURE calc_spectra_y
142    END INTERFACE calc_spectra_y
143
144    INTERFACE spectra_check_parameters
145       MODULE PROCEDURE spectra_check_parameters
146    END INTERFACE spectra_check_parameters
147
148    INTERFACE spectra_header
149       MODULE PROCEDURE spectra_header
150    END INTERFACE spectra_header
151
152    INTERFACE spectra_init
153       MODULE PROCEDURE spectra_init
154    END INTERFACE spectra_init
155
156    INTERFACE spectra_parin
157       MODULE PROCEDURE spectra_parin
158    END INTERFACE spectra_parin
159
160    PUBLIC average_count_sp, averaging_interval_sp, calc_spectra,              &
161           calculate_spectra, comp_spectra_level, data_output_sp,              &
162           dosp_time_count, dt_dosp, n_sp_x, n_sp_y, plot_spectra_level,       &
163           skip_time_dosp, spectra_check_parameters, spectra_direction,        &
164           spectra_header, spectra_init, spectra_parin, spectrum_x,            &
165           spectrum_y, var_d
166
167
168 CONTAINS
169
170!------------------------------------------------------------------------------!
171! Description:
172! ------------
173!> Parin for &spectra_par for calculating spectra
174!------------------------------------------------------------------------------!
175    SUBROUTINE spectra_parin
176
177       USE control_parameters,                                                 &
178           ONLY:  dt_data_output
179
180       IMPLICIT NONE
181
182       CHARACTER (LEN=80) ::  line  !< dummy string that contains the current  &
183                                    !< line of the parameter file
184
185       NAMELIST /spectra_par/  averaging_interval_sp, comp_spectra_level,      &
186                               data_output_sp, dt_dosp, skip_time_dosp,        &
187                               spectra_direction
188
189
190!
191!--    Position the namelist-file at the beginning (it was already opened in
192!--    parin), search for the namelist-group of the package and position the
193!--    file at this line.
194       line = ' '
195
196!
197!--    Try to find the spectra package
198       REWIND ( 11 )
199       line = ' '
200       DO   WHILE ( INDEX( line, '&spectra_par' ) == 0 )
201          READ ( 11, '(A)', END=10 )  line
202       ENDDO
203       BACKSPACE ( 11 )
204
205!
206!--    Read namelist
207       READ ( 11, spectra_par )
208
209!
210!--    Default setting of dt_dosp here (instead of check_parameters), because
211!--    its current value is needed in init_pegrid
212       IF ( dt_dosp == 9999999.9_wp )  dt_dosp = dt_data_output
213
214!
215!--    Set general switch that spectra shall be calculated
216       calculate_spectra = .TRUE.
217
218 10    CONTINUE
219
220    END SUBROUTINE spectra_parin
221
222
223
224!------------------------------------------------------------------------------!
225! Description:
226! ------------
227!> Initialization of spectra related variables
228!------------------------------------------------------------------------------!
229    SUBROUTINE spectra_init
230
231       USE indices,                                                            &
232           ONLY:  nx, ny, nzb, nzt
233
234       IMPLICIT NONE
235
236       IF ( spectra_initialized )  RETURN
237
238       IF ( dt_dosp /= 9999999.9_wp )  THEN
239          ALLOCATE( spectrum_x( 1:nx/2, 1:10, 1:10 ),                          &
240                    spectrum_y( 1:ny/2, 1:10, 1:10 ) )
241          spectrum_x = 0.0_wp
242          spectrum_y = 0.0_wp
243
244          ALLOCATE( var_d(nzb:nzt+1) )
245          var_d = 0.0_wp
246       ENDIF
247
248       spectra_initialized = .TRUE.
249
250    END SUBROUTINE spectra_init
251
252
253
254!------------------------------------------------------------------------------!
255! Description:
256! ------------
257!> Check spectra related quantities
258!------------------------------------------------------------------------------!
259    SUBROUTINE spectra_check_parameters
260
261       USE control_parameters,                                                 &
262           ONLY:  averaging_interval, message_string, skip_time_data_output
263
264       IMPLICIT NONE
265
266!
267!--    Check the average interval
268       IF ( averaging_interval_sp == 9999999.9_wp )  THEN
269          averaging_interval_sp = averaging_interval
270       ENDIF
271
272       IF ( averaging_interval_sp > dt_dosp )  THEN
273          WRITE( message_string, * )  'averaging_interval_sp = ',              &
274                averaging_interval_sp, ' must be <= dt_dosp = ', dt_dosp
275          CALL message( 'spectra_check_parameters', 'PA0087', 1, 2, 0, 6, 0 )
276       ENDIF
277
278!
279!--    Set the default skip time interval for data output, if necessary
280       IF ( skip_time_dosp == 9999999.9_wp )                                   &
281                                          skip_time_dosp = skip_time_data_output
282
283    END SUBROUTINE spectra_check_parameters
284
285
286
287!------------------------------------------------------------------------------!
288! Description:
289! ------------
290!> Header output for spectra
291!>
292!> @todo Output of netcdf data format and compression level
293!------------------------------------------------------------------------------!
294    SUBROUTINE spectra_header ( io )
295
296       USE control_parameters,                                                 &
297           ONLY:  dt_averaging_input_pr
298
299!       USE netcdf_interface,                                                  &
300!           ONLY:  netcdf_data_format_string, netcdf_deflate
301
302       IMPLICIT NONE
303
304       CHARACTER (LEN=40) ::  output_format       !< internal string
305
306       INTEGER(iwp) ::  i                         !< internal counter
307       INTEGER(iwp), INTENT(IN) ::  io            !< Unit of the output file
308
309!
310!--    Spectra output
311       IF ( dt_dosp /= 9999999.9_wp )  THEN
312          WRITE ( io, 1 )
313
314!          output_format = netcdf_data_format_string
315!          IF ( netcdf_deflate == 0 )  THEN
316!             WRITE ( io, 2 )  output_format
317!          ELSE
318!             WRITE ( io, 3 )  TRIM( output_format ), netcdf_deflate
319!          ENDIF
320          WRITE ( io, 2 )  'see profiles or other quantities'
321          WRITE ( io, 4 )  dt_dosp
322          IF ( skip_time_dosp /= 0.0_wp )  WRITE ( io, 5 )  skip_time_dosp
323          WRITE ( io, 6 )  ( data_output_sp(i), i = 1,10 ),     &
324                           ( spectra_direction(i), i = 1,10 ),  &
325                           ( comp_spectra_level(i), i = 1,100 ), &
326                           averaging_interval_sp, dt_averaging_input_pr
327       ENDIF
328
329     1 FORMAT ('    Spectra:')
330     2 FORMAT ('       Output format: ',A/)
331     3 FORMAT ('       Output format: ',A, '   compressed with level: ',I1/)
332     4 FORMAT ('       Output every ',F7.1,' s'/)
333     5 FORMAT ('       No output during initial ',F8.2,' s')
334     6 FORMAT ('       Arrays:     ', 10(A5,',')/                         &
335               '       Directions: ', 10(A5,',')/                         &
336               '       height levels  k = ', 20(I3,',')/                  &
337               '                          ', 20(I3,',')/                  &
338               '                          ', 20(I3,',')/                  &
339               '                          ', 20(I3,',')/                  &
340               '                          ', 19(I3,','),I3,'.'/           &
341               '       Time averaged over ', F7.1, ' s,' /                &
342               '       Profiles for the time averaging are taken every ', &
343                    F6.1,' s')
344
345    END SUBROUTINE spectra_header
346
347
348
349    SUBROUTINE calc_spectra
350
351       USE arrays_3d,                                                          &
352           ONLY:  d, tend
353
354       USE control_parameters,                                                 &
355           ONLY:  bc_lr_cyc, bc_ns_cyc, message_string, psolver
356
357       USE cpulog,                                                             &
358           ONLY:  cpu_log, log_point
359
360       USE fft_xy,                                                             &
361           ONLY:  fft_init
362
363       USE indices,                                                            &
364           ONLY:  nxl, nxr, nyn, nys, nzb, nzt
365
366       USE kinds
367
368       USE pegrid,                                                             &
369           ONLY:  myid, pdims
370
371       IMPLICIT NONE
372
373       INTEGER(iwp) ::  m  !<
374       INTEGER(iwp) ::  pr !<
375
376
377!
378!--    Check if user gave any levels for spectra to be calculated
379       IF ( comp_spectra_level(1) == 999999 )  RETURN
380
381       CALL cpu_log( log_point(30), 'calc_spectra', 'start' )
382
383!
384!--    Initialize spectra related quantities
385       CALL spectra_init
386
387!
388!--    Initialize ffts
389       CALL fft_init
390
391!
392!--    Reallocate array d in required size
393       IF ( psolver(1:9) == 'multigrid' )  THEN
394          DEALLOCATE( d )
395          ALLOCATE( d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) )
396       ENDIF
397
398       m = 1
399       DO WHILE ( data_output_sp(m) /= ' '  .AND.  m <= 10 )
400!
401!--       Transposition from z --> x  ( y --> x in case of a 1d-decomposition
402!--       along x)
403          IF ( INDEX( spectra_direction(m), 'x' ) /= 0 )  THEN
404
405!
406!--          Calculation of spectra works for cyclic boundary conditions only
407             IF ( .NOT. bc_lr_cyc )  THEN
408
409                message_string = 'non-cyclic lateral boundaries along x do'//  &
410                                 ' not & allow calculation of spectra along x'
411                CALL message( 'calc_spectra', 'PA0160', 1, 2, 0, 6, 0 )
412             ENDIF
413
414             CALL preprocess_spectra( m, pr )
415
416#if defined( __parallel )
417             IF ( pdims(2) /= 1 )  THEN
418                CALL resort_for_zx( d, tend )
419                CALL transpose_zx( tend, d )
420             ELSE
421                CALL transpose_yxd( d, d )
422             ENDIF
423             CALL calc_spectra_x( d, pr, m )
424#else
425             message_string = 'sorry, calculation of spectra in non paral' //  &
426                              'lel mode& is still not realized'
427             CALL message( 'calc_spectra', 'PA0161', 1, 2, 0, 6, 0 )
428#endif
429
430          ENDIF
431
432!
433!--       Transposition from z --> y (d is rearranged only in case of a
434!--       1d-decomposition along x)
435          IF ( INDEX( spectra_direction(m), 'y' ) /= 0 )  THEN
436
437!
438!--          Calculation of spectra works for cyclic boundary conditions only
439             IF ( .NOT. bc_ns_cyc )  THEN
440                IF ( myid == 0 )  THEN
441                   message_string = 'non-cyclic lateral boundaries along y' // &
442                                    ' do not & allow calculation of spectr' // &
443                                    'a along y'
444                   CALL message( 'calc_spectra', 'PA0162', 1, 2, 0, 6, 0 )
445                ENDIF
446                CALL local_stop
447             ENDIF
448
449             CALL preprocess_spectra( m, pr )
450
451#if defined( __parallel )
452             CALL transpose_zyd( d, d )
453             CALL calc_spectra_y( d, pr, m )
454#else
455             message_string = 'sorry, calculation of spectra in non paral' //  &
456                              'lel mode& is still not realized'
457             CALL message( 'calc_spectra', 'PA0161', 1, 2, 0, 6, 0 )
458#endif
459
460          ENDIF
461
462!
463!--       Increase counter for next spectrum
464          m = m + 1
465         
466       ENDDO
467
468!
469!--    Increase counter for averaging process in routine plot_spectra
470       average_count_sp = average_count_sp + 1
471
472       CALL cpu_log( log_point(30), 'calc_spectra', 'stop' )
473
474    END SUBROUTINE calc_spectra
475
476
477!------------------------------------------------------------------------------!
478! Description:
479! ------------
480!> @todo Missing subroutine description.
481!------------------------------------------------------------------------------!
482    SUBROUTINE preprocess_spectra( m, pr )
483
484       USE arrays_3d,                                                          &
485           ONLY:  d, pt, q, s, u, v, w
486
487       USE indices,                                                            &
488           ONLY:  ngp_2dh, nxl, nxr, nyn, nys, nzb, nzt
489
490       USE kinds
491
492#if defined( __parallel )
493#if defined( __mpifh )
494       INCLUDE "mpif.h"
495#else
496       USE MPI
497#endif
498#endif
499       USE pegrid,                                                             &
500           ONLY:  collective_wait, comm2d, ierr
501
502       USE statistics,                                                         &
503           ONLY:  hom
504
505
506       IMPLICIT NONE
507
508       INTEGER(iwp) :: i  !<
509       INTEGER(iwp) :: j  !<
510       INTEGER(iwp) :: k  !<
511       INTEGER(iwp) :: m  !<
512       INTEGER(iwp) :: pr !<
513
514       REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1) :: var_d_l
515
516       SELECT CASE ( TRIM( data_output_sp(m) ) )
517         
518       CASE ( 'u' )
519          pr = 1
520          d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = u(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
521       
522       CASE ( 'v' )
523          pr = 2
524          d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = v(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
525       
526       CASE ( 'w' )
527          pr = 3
528          d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = w(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
529       
530       CASE ( 'pt' )
531          pr = 4
532          d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = pt(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
533       
534       CASE ( 'q' )
535          pr = 41
536          d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = q(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
537         
538       CASE ( 's' )
539          pr = 117
540          d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = s(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
541       
542       CASE DEFAULT
543!
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 )
549         
550       END SELECT
551
552!
553!--    Subtract horizontal mean from the array, for which spectra have to be
554!--    calculated
555       var_d_l(:) = 0.0_wp
556       DO  i = nxl, nxr
557          DO  j = nys, nyn
558             DO  k = nzb+1, nzt
559                d(k,j,i)   = d(k,j,i) - hom(k,1,pr,0)
560                var_d_l(k) = var_d_l(k) + d(k,j,i) * d(k,j,i)
561             ENDDO
562          ENDDO
563       ENDDO
564!
565!--    Compute total variance from local variances
566       var_d(:) = 0.0_wp
567#if defined( __parallel )
568       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
569       CALL MPI_ALLREDUCE( var_d_l(0), var_d(0), nzt+1-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM, &
570                           comm2d, ierr )
571#else
572       var_d(:) = var_d_l(:)
573#endif
574       var_d(:) = var_d(:) / ngp_2dh(0)
575
576    END SUBROUTINE preprocess_spectra
577
578
579!------------------------------------------------------------------------------!
580! Description:
581! ------------
582!> @todo Missing subroutine description.
583!------------------------------------------------------------------------------!
584    SUBROUTINE calc_spectra_x( ddd, pr, m )
585
586       USE control_parameters,                                                 &
587           ONLY:  fft_method
588
589       USE fft_xy,                                                             &
590           ONLY:  fft_x_1d
591
592       USE grid_variables,                                                     &
593           ONLY:  dx
594
595       USE indices,                                                            &
596           ONLY:  nx, ny
597
598       USE kinds
599
600#if defined( __parallel )
601#if defined( __mpifh )
602       INCLUDE "mpif.h"
603#else
604       USE MPI
605#endif
606#endif
607       USE pegrid,                                                             &
608           ONLY:  comm2d, ierr, myid
609
610       USE transpose_indices,                                                  &
611           ONLY:  nyn_x, nys_x, nzb_x, nzt_x
612
613
614       IMPLICIT NONE
615
616       INTEGER(iwp) ::  i         !<
617       INTEGER(iwp) ::  ishape(1) !<
618       INTEGER(iwp) ::  j         !<
619       INTEGER(iwp) ::  k         !<
620       INTEGER(iwp) ::  m         !<
621       INTEGER(iwp) ::  n         !<
622       INTEGER(iwp) ::  pr        !<
623
624       REAL(wp) ::  exponent     !<
625       REAL(wp) ::  sum_spec_dum !< wavenumber-integrated spectrum
626   
627       REAL(wp), DIMENSION(0:nx) ::  work !<
628   
629       REAL(wp), DIMENSION(0:nx/2) ::  sums_spectra_l !<
630   
631       REAL(wp), DIMENSION(0:nx/2,100) ::  sums_spectra !<
632   
633       REAL(wp), DIMENSION(0:nx,nys_x:nyn_x,nzb_x:nzt_x) ::  ddd !<
634
635!
636!--    Exponent for geometric average
637       exponent = 1.0_wp / ( ny + 1.0_wp )
638
639!
640!--    Loop over all levels defined by the user
641       n = 1
642       DO WHILE ( comp_spectra_level(n) /= 999999  .AND.  n <= 100 )
643
644          k = comp_spectra_level(n)
645
646!
647!--       Calculate FFT only if the corresponding level is situated on this PE
648          IF ( k >= nzb_x  .AND.  k <= nzt_x )  THEN
649         
650             DO  j = nys_x, nyn_x
651
652                work = ddd(0:nx,j,k)
653                CALL fft_x_1d( work, 'forward' )
654
655                ddd(0,j,k) = dx * work(0)**2
656                DO  i = 1, nx/2
657                   ddd(i,j,k) = dx * ( work(i)**2 + work(nx+1-i)**2 )
658                ENDDO
659
660             ENDDO
661
662!
663!--          Local sum and geometric average of these spectra
664!--          (WARNING: no global sum should be performed, because floating
665!--          point overflow may occur)
666             DO  i = 0, nx/2
667
668                sums_spectra_l(i) = 1.0_wp
669                DO  j = nys_x, nyn_x
670                   sums_spectra_l(i) = sums_spectra_l(i) * ddd(i,j,k)**exponent
671                ENDDO
672
673             ENDDO
674         
675          ELSE
676
677             sums_spectra_l = 1.0_wp
678
679          ENDIF
680
681!
682!--       Global sum of spectra on PE0 (from where they are written on file)
683          sums_spectra(:,n) = 0.0_wp
684#if defined( __parallel )   
685          CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )  ! Necessary?
686          CALL MPI_REDUCE( sums_spectra_l(0), sums_spectra(0,n), nx/2+1,       &
687                           MPI_REAL, MPI_PROD, 0, comm2d, ierr )
688#else
689          sums_spectra(:,n) = sums_spectra_l
690#endif
691!
692!--       Normalize spectra by variance
693          sum_spec_dum = SUM( sums_spectra(:,n) )
694          IF ( sum_spec_dum /= 0.0_wp )  THEN
695             sums_spectra(:,n) = sums_spectra(:,n) * var_d(k) / sum_spec_dum
696          ENDIF
697          n = n + 1
698
699       ENDDO
700       n = n - 1
701
702       IF ( myid == 0 )  THEN
703!
704!--       Sum of spectra for later averaging (see routine data_output_spectra)
705          DO  i = 1, nx/2
706             DO k = 1, n
707                spectrum_x(i,k,m) = spectrum_x(i,k,m) + sums_spectra(i,k)
708             ENDDO
709          ENDDO
710
711       ENDIF
712!
713!--    n_sp_x is needed by data_output_spectra_x
714       n_sp_x = n
715
716    END SUBROUTINE calc_spectra_x
717
718
719!------------------------------------------------------------------------------!
720! Description:
721! ------------
722!> @todo Missing subroutine description.
723!------------------------------------------------------------------------------!
724    SUBROUTINE calc_spectra_y( ddd, pr, m )
725
726       USE control_parameters,                                                 &
727           ONLY:  fft_method
728
729       USE fft_xy,                                                             &
730           ONLY:  fft_y_1d
731
732       USE grid_variables,                                                     &
733           ONLY:  dy
734
735       USE indices,                                                            &
736           ONLY:  nx, ny
737
738       USE kinds
739
740#if defined( __parallel )
741#if defined( __mpifh )
742       INCLUDE "mpif.h"
743#else
744       USE MPI
745#endif
746#endif
747       USE pegrid,                                                             &
748           ONLY:  comm2d, ierr, myid
749
750       USE transpose_indices,                                                  &
751           ONLY:  nxl_yd, nxr_yd, nzb_yd, nzt_yd
752
753
754       IMPLICIT NONE
755
756       INTEGER(iwp) ::  i         !<
757       INTEGER(iwp) ::  j         !<
758       INTEGER(iwp) ::  jshape(1) !<
759       INTEGER(iwp) ::  k         !<
760       INTEGER(iwp) ::  m         !<
761       INTEGER(iwp) ::  n         !<
762       INTEGER(iwp) ::  pr        !<
763
764       REAL(wp) ::  exponent !<
765       REAL(wp) ::  sum_spec_dum !< wavenumber-integrated spectrum
766   
767       REAL(wp), DIMENSION(0:ny) ::  work !<
768   
769       REAL(wp), DIMENSION(0:ny/2) ::  sums_spectra_l !<
770   
771       REAL(wp), DIMENSION(0:ny/2,100) ::  sums_spectra !<
772   
773       REAL(wp), DIMENSION(0:ny,nxl_yd:nxr_yd,nzb_yd:nzt_yd) :: ddd !<
774
775
776!
777!--    Exponent for geometric average
778       exponent = 1.0_wp / ( nx + 1.0_wp )
779
780!
781!--    Loop over all levels defined by the user
782       n = 1
783       DO WHILE ( comp_spectra_level(n) /= 999999  .AND.  n <= 100 )
784
785          k = comp_spectra_level(n)
786
787!
788!--       Calculate FFT only if the corresponding level is situated on this PE
789          IF ( k >= nzb_yd  .AND.  k <= nzt_yd )  THEN
790         
791             DO  i = nxl_yd, nxr_yd
792
793                work = ddd(0:ny,i,k)
794                CALL fft_y_1d( work, 'forward' )
795
796                ddd(0,i,k) = dy * work(0)**2
797                DO  j = 1, ny/2
798                   ddd(j,i,k) = dy * ( work(j)**2 + work(ny+1-j)**2 )
799                ENDDO
800
801             ENDDO
802
803!
804!--          Local sum and geometric average of these spectra
805!--          (WARNING: no global sum should be performed, because floating
806!--          point overflow may occur)
807             DO  j = 0, ny/2
808
809                sums_spectra_l(j) = 1.0_wp
810                DO  i = nxl_yd, nxr_yd
811                   sums_spectra_l(j) = sums_spectra_l(j) * ddd(j,i,k)**exponent
812                ENDDO
813
814             ENDDO
815         
816          ELSE
817
818             sums_spectra_l = 1.0_wp
819
820          ENDIF
821
822!
823!--       Global sum of spectra on PE0 (from where they are written on file)
824          sums_spectra(:,n) = 0.0_wp
825#if defined( __parallel )   
826          CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )  ! Necessary?
827          CALL MPI_REDUCE( sums_spectra_l(0), sums_spectra(0,n), ny/2+1,       &
828                           MPI_REAL, MPI_PROD, 0, comm2d, ierr )
829#else
830          sums_spectra(:,n) = sums_spectra_l
831#endif
832!
833!--       Normalize spectra by variance
834          sum_spec_dum = SUM( sums_spectra(:,n) )
835          IF ( SUM(sums_spectra(:,n)) /= 0.0_wp )  THEN
836             sums_spectra(:,n) = sums_spectra(:,n) *                           &
837                                 var_d(k) / SUM(sums_spectra(:,n))
838          ENDIF
839          n = n + 1
840
841       ENDDO
842       n = n - 1
843
844
845       IF ( myid == 0 )  THEN
846!
847!--       Sum of spectra for later averaging (see routine data_output_spectra)
848          DO  j = 1, ny/2
849             DO k = 1, n
850                spectrum_y(j,k,m) = spectrum_y(j,k,m) + sums_spectra(j,k)
851             ENDDO
852          ENDDO
853
854       ENDIF
855
856!
857!--    n_sp_y is needed by data_output_spectra_y
858       n_sp_y = n
859
860    END SUBROUTINE calc_spectra_y
861
862 END MODULE spectra_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.