source: palm/trunk/SOURCE/spectra_mod.f90 @ 2101

Last change on this file since 2101 was 2101, checked in by suehring, 5 years ago

last commit documented

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 26.6 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
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.
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!
17! Copyright 1997-2017 Leibniz Universitaet Hannover
18!------------------------------------------------------------------------------!
19!
20! Current revisions:
21! -----------------
22!
23!
24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: spectra_mod.f90 2101 2017-01-05 16:42:31Z suehring $
27!
28! 2000 2016-08-20 18:09:15Z knoop
29! Forced header and separation lines into 80 columns
30!
31! 1960 2016-07-12 16:34:24Z suehring
32! Additional default spectra for passive scalar
33!
34! 1833 2016-04-07 14:23:03Z raasch
35! file renamed, reading the spectra_par NAMELIST moved from package_parin to
36! here
37!
38! 1815 2016-04-06 13:49:59Z raasch
39! bugfix: preprocessor directives included for the non-parallel case
40!
41! 1808 2016-04-05 19:44:00Z raasch
42! MPI module used by default on all machines
43!
44! 1786 2016-03-08 05:49:27Z raasch
45! routine is modularized, filename renamed from calc_spectra to spectrum,
46! privious data module spectrum moved from modules.f90 to here,
47! cpp-direktives for spectra removed, immediate return if no spectra levels are
48! given
49!
50! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
51! Code annotations made doxygen readable
52!
53! 1575 2015-03-27 09:56:27Z raasch
54! adjustments for psolver-queries
55!
56! 1511 2014-12-16 15:54:16Z suehring
57! Bugfix concerning spectra normalization
58!
59! 1431 2014-07-15 14:47:17Z suehring
60! Wavenumber-integrated spectra coincide with respective variance.
61!
62! 1342 2014-03-26 17:04:47Z kanani
63! REAL constants defined as wp-kinds
64!
65! 1324 2014-03-21 09:13:16Z suehring
66! Bugfix: nzb_x, nzb_yd, nyn_x, nyn_x, nzt_x, nzt_yd belong to transpose_indices
67!
68! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
69! ONLY-attribute added to USE-statements,
70! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
71! kinds are defined in new module kinds,
72! revision history before 2012 removed,
73! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
74! all variable declaration statements
75!
76! 1318 2014-03-17 13:35:16Z raasch
77! module interfaces removed
78!
79! 1216 2013-08-26 09:31:42Z raasch
80! resorting of array moved to separate routine resort_for_zx,
81! one argument removed from the transpose_..d routines
82!
83! 1120 2013-04-05 15:11:35Z raasch
84! bugfix: calls of fft_x|y replaced by fft_x|y_1d
85!
86! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
87! code put under GPL (PALM 3.9)
88!
89! 1003 2012-09-14 14:35:53Z raasch
90! adjustment of array tend for cases with unequal subdomain sizes removed
91!
92! Revision 1.1  2001/01/05 15:08:07  raasch
93! Initial revision
94!
95!
96! Description:
97! ------------
98!> Calculate horizontal spectra along x and y.
99!> ATTENTION: 1d-decomposition along y still needs improvement, because in that
100!>            case the gridpoint number along z still depends on the PE number
101!>            because transpose_xz has to be used (and possibly also
102!>            transpose_zyd needs modification).
103!------------------------------------------------------------------------------!
104 MODULE spectra_mod
105
106    USE kinds
107
108    PRIVATE
109
110    CHARACTER (LEN=2),  DIMENSION(10) ::  spectra_direction = 'x'
111    CHARACTER (LEN=10), DIMENSION(10) ::  data_output_sp  = ' '
112
113    INTEGER(iwp) ::  average_count_sp = 0
114    INTEGER(iwp) ::  dosp_time_count = 0
115    INTEGER(iwp) ::  n_sp_x = 0, n_sp_y = 0
116
117    INTEGER(iwp) ::  comp_spectra_level(100) = 999999
118
119    LOGICAL ::  calculate_spectra   = .FALSE.  !< internal switch that spectra are calculated
120    LOGICAL ::  spectra_initialized = .FALSE.  !< internal switch that spectra related quantities are initialized
121
122    REAL(wp) ::  averaging_interval_sp = 9999999.9_wp  !< averaging interval for spectra output
123    REAL(wp) ::  dt_dosp = 9999999.9_wp                !< time interval for spectra output
124    REAL(wp) ::  skip_time_dosp = 9999999.9_wp         !< no output of spectra data before this interval has passed
125
126    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  var_d
127
128    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  spectrum_x, spectrum_y
129
130    SAVE
131
132    INTERFACE calc_spectra
133       MODULE PROCEDURE calc_spectra
134    END INTERFACE calc_spectra
135
136    INTERFACE preprocess_spectra
137       MODULE PROCEDURE preprocess_spectra
138    END INTERFACE preprocess_spectra
139
140    INTERFACE calc_spectra_x
141       MODULE PROCEDURE calc_spectra_x
142    END INTERFACE calc_spectra_x
143
144    INTERFACE calc_spectra_y
145       MODULE PROCEDURE calc_spectra_y
146    END INTERFACE calc_spectra_y
147
148    INTERFACE spectra_check_parameters
149       MODULE PROCEDURE spectra_check_parameters
150    END INTERFACE spectra_check_parameters
151
152    INTERFACE spectra_header
153       MODULE PROCEDURE spectra_header
154    END INTERFACE spectra_header
155
156    INTERFACE spectra_init
157       MODULE PROCEDURE spectra_init
158    END INTERFACE spectra_init
159
160    INTERFACE spectra_parin
161       MODULE PROCEDURE spectra_parin
162    END INTERFACE spectra_parin
163
164    PUBLIC average_count_sp, averaging_interval_sp, calc_spectra,              &
165           calculate_spectra, comp_spectra_level, data_output_sp,              &
166           dosp_time_count, dt_dosp, n_sp_x, n_sp_y, plot_spectra_level,       &
167           skip_time_dosp, spectra_check_parameters, spectra_direction,        &
168           spectra_header, spectra_init, spectra_parin, spectrum_x,            &
169           spectrum_y, var_d
170
171
172 CONTAINS
173
174!------------------------------------------------------------------------------!
175! Description:
176! ------------
177!> Parin for &spectra_par for calculating spectra
178!------------------------------------------------------------------------------!
179    SUBROUTINE spectra_parin
180
181       USE control_parameters,                                                 &
182           ONLY:  dt_data_output
183
184       IMPLICIT NONE
185
186       CHARACTER (LEN=80) ::  line  !< dummy string that contains the current  &
187                                    !< line of the parameter file
188
189       NAMELIST /spectra_par/  averaging_interval_sp, comp_spectra_level,      &
190                               data_output_sp, dt_dosp, skip_time_dosp,        &
191                               spectra_direction
192
193
194!
195!--    Position the namelist-file at the beginning (it was already opened in
196!--    parin), search for the namelist-group of the package and position the
197!--    file at this line.
198       line = ' '
199
200!
201!--    Try to find the spectra package
202       REWIND ( 11 )
203       line = ' '
204       DO   WHILE ( INDEX( line, '&spectra_par' ) == 0 )
205          READ ( 11, '(A)', END=10 )  line
206       ENDDO
207       BACKSPACE ( 11 )
208
209!
210!--    Read namelist
211       READ ( 11, spectra_par )
212
213!
214!--    Default setting of dt_dosp here (instead of check_parameters), because
215!--    its current value is needed in init_pegrid
216       IF ( dt_dosp == 9999999.9_wp )  dt_dosp = dt_data_output
217
218!
219!--    Set general switch that spectra shall be calculated
220       calculate_spectra = .TRUE.
221
222 10    CONTINUE
223
224    END SUBROUTINE spectra_parin
225
226
227
228!------------------------------------------------------------------------------!
229! Description:
230! ------------
231!> Initialization of spectra related variables
232!------------------------------------------------------------------------------!
233    SUBROUTINE spectra_init
234
235       USE indices,                                                            &
236           ONLY:  nx, ny, nzb, nzt
237
238       IMPLICIT NONE
239
240       IF ( spectra_initialized )  RETURN
241
242       IF ( dt_dosp /= 9999999.9_wp )  THEN
243          ALLOCATE( spectrum_x( 1:nx/2, 1:10, 1:10 ),                          &
244                    spectrum_y( 1:ny/2, 1:10, 1:10 ) )
245          spectrum_x = 0.0_wp
246          spectrum_y = 0.0_wp
247
248          ALLOCATE( var_d(nzb:nzt+1) )
249          var_d = 0.0_wp
250       ENDIF
251
252       spectra_initialized = .TRUE.
253
254    END SUBROUTINE spectra_init
255
256
257
258!------------------------------------------------------------------------------!
259! Description:
260! ------------
261!> Check spectra related quantities
262!------------------------------------------------------------------------------!
263    SUBROUTINE spectra_check_parameters
264
265       USE control_parameters,                                                 &
266           ONLY:  averaging_interval, message_string, skip_time_data_output
267
268       IMPLICIT NONE
269
270!
271!--    Check the average interval
272       IF ( averaging_interval_sp == 9999999.9_wp )  THEN
273          averaging_interval_sp = averaging_interval
274       ENDIF
275
276       IF ( averaging_interval_sp > dt_dosp )  THEN
277          WRITE( message_string, * )  'averaging_interval_sp = ',              &
278                averaging_interval_sp, ' must be <= dt_dosp = ', dt_dosp
279          CALL message( 'spectra_check_parameters', 'PA0087', 1, 2, 0, 6, 0 )
280       ENDIF
281
282!
283!--    Set the default skip time interval for data output, if necessary
284       IF ( skip_time_dosp == 9999999.9_wp )                                   &
285                                          skip_time_dosp = skip_time_data_output
286
287    END SUBROUTINE spectra_check_parameters
288
289
290
291!------------------------------------------------------------------------------!
292! Description:
293! ------------
294!> Header output for spectra
295!>
296!> @todo Output of netcdf data format and compression level
297!------------------------------------------------------------------------------!
298    SUBROUTINE spectra_header ( io )
299
300       USE control_parameters,                                                 &
301           ONLY:  dt_averaging_input_pr
302
303!       USE netcdf_interface,                                                  &
304!           ONLY:  netcdf_data_format_string, netcdf_deflate
305
306       IMPLICIT NONE
307
308       CHARACTER (LEN=40) ::  output_format       !< internal string
309
310       INTEGER(iwp) ::  i                         !< internal counter
311       INTEGER(iwp), INTENT(IN) ::  io            !< Unit of the output file
312
313!
314!--    Spectra output
315       IF ( dt_dosp /= 9999999.9_wp )  THEN
316          WRITE ( io, 1 )
317
318!          output_format = netcdf_data_format_string
319!          IF ( netcdf_deflate == 0 )  THEN
320!             WRITE ( io, 2 )  output_format
321!          ELSE
322!             WRITE ( io, 3 )  TRIM( output_format ), netcdf_deflate
323!          ENDIF
324          WRITE ( io, 2 )  'see profiles or other quantities'
325          WRITE ( io, 4 )  dt_dosp
326          IF ( skip_time_dosp /= 0.0_wp )  WRITE ( io, 5 )  skip_time_dosp
327          WRITE ( io, 6 )  ( data_output_sp(i), i = 1,10 ),     &
328                           ( spectra_direction(i), i = 1,10 ),  &
329                           ( comp_spectra_level(i), i = 1,100 ), &
330                           averaging_interval_sp, dt_averaging_input_pr
331       ENDIF
332
333     1 FORMAT ('    Spectra:')
334     2 FORMAT ('       Output format: ',A/)
335     3 FORMAT ('       Output format: ',A, '   compressed with level: ',I1/)
336     4 FORMAT ('       Output every ',F7.1,' s'/)
337     5 FORMAT ('       No output during initial ',F8.2,' s')
338     6 FORMAT ('       Arrays:     ', 10(A5,',')/                         &
339               '       Directions: ', 10(A5,',')/                         &
340               '       height levels  k = ', 20(I3,',')/                  &
341               '                          ', 20(I3,',')/                  &
342               '                          ', 20(I3,',')/                  &
343               '                          ', 20(I3,',')/                  &
344               '                          ', 19(I3,','),I3,'.'/           &
345               '       Time averaged over ', F7.1, ' s,' /                &
346               '       Profiles for the time averaging are taken every ', &
347                    F6.1,' s')
348
349    END SUBROUTINE spectra_header
350
351
352
353    SUBROUTINE calc_spectra
354
355       USE arrays_3d,                                                          &
356           ONLY:  d, tend
357
358       USE control_parameters,                                                 &
359           ONLY:  bc_lr_cyc, bc_ns_cyc, message_string, psolver
360
361       USE cpulog,                                                             &
362           ONLY:  cpu_log, log_point
363
364       USE fft_xy,                                                             &
365           ONLY:  fft_init
366
367       USE indices,                                                            &
368           ONLY:  nxl, nxr, nyn, nys, nzb, nzt
369
370       USE kinds
371
372       USE pegrid,                                                             &
373           ONLY:  myid, pdims
374
375       IMPLICIT NONE
376
377       INTEGER(iwp) ::  m  !<
378       INTEGER(iwp) ::  pr !<
379
380
381!
382!--    Check if user gave any levels for spectra to be calculated
383       IF ( comp_spectra_level(1) == 999999 )  RETURN
384
385       CALL cpu_log( log_point(30), 'calc_spectra', 'start' )
386
387!
388!--    Initialize spectra related quantities
389       CALL spectra_init
390
391!
392!--    Initialize ffts
393       CALL fft_init
394
395!
396!--    Reallocate array d in required size
397       IF ( psolver(1:9) == 'multigrid' )  THEN
398          DEALLOCATE( d )
399          ALLOCATE( d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) )
400       ENDIF
401
402       m = 1
403       DO WHILE ( data_output_sp(m) /= ' '  .AND.  m <= 10 )
404!
405!--       Transposition from z --> x  ( y --> x in case of a 1d-decomposition
406!--       along x)
407          IF ( INDEX( spectra_direction(m), 'x' ) /= 0 )  THEN
408
409!
410!--          Calculation of spectra works for cyclic boundary conditions only
411             IF ( .NOT. bc_lr_cyc )  THEN
412
413                message_string = 'non-cyclic lateral boundaries along x do'//  &
414                                 ' not & allow calculation of spectra along x'
415                CALL message( 'calc_spectra', 'PA0160', 1, 2, 0, 6, 0 )
416             ENDIF
417
418             CALL preprocess_spectra( m, pr )
419
420#if defined( __parallel )
421             IF ( pdims(2) /= 1 )  THEN
422                CALL resort_for_zx( d, tend )
423                CALL transpose_zx( tend, d )
424             ELSE
425                CALL transpose_yxd( d, d )
426             ENDIF
427             CALL calc_spectra_x( d, pr, m )
428#else
429             message_string = 'sorry, calculation of spectra in non paral' //  &
430                              'lel mode& is still not realized'
431             CALL message( 'calc_spectra', 'PA0161', 1, 2, 0, 6, 0 )
432#endif
433
434          ENDIF
435
436!
437!--       Transposition from z --> y (d is rearranged only in case of a
438!--       1d-decomposition along x)
439          IF ( INDEX( spectra_direction(m), 'y' ) /= 0 )  THEN
440
441!
442!--          Calculation of spectra works for cyclic boundary conditions only
443             IF ( .NOT. bc_ns_cyc )  THEN
444                IF ( myid == 0 )  THEN
445                   message_string = 'non-cyclic lateral boundaries along y' // &
446                                    ' do not & allow calculation of spectr' // &
447                                    'a along y'
448                   CALL message( 'calc_spectra', 'PA0162', 1, 2, 0, 6, 0 )
449                ENDIF
450                CALL local_stop
451             ENDIF
452
453             CALL preprocess_spectra( m, pr )
454
455#if defined( __parallel )
456             CALL transpose_zyd( d, d )
457             CALL calc_spectra_y( d, pr, m )
458#else
459             message_string = 'sorry, calculation of spectra in non paral' //  &
460                              'lel mode& is still not realized'
461             CALL message( 'calc_spectra', 'PA0161', 1, 2, 0, 6, 0 )
462#endif
463
464          ENDIF
465
466!
467!--       Increase counter for next spectrum
468          m = m + 1
469         
470       ENDDO
471
472!
473!--    Increase counter for averaging process in routine plot_spectra
474       average_count_sp = average_count_sp + 1
475
476       CALL cpu_log( log_point(30), 'calc_spectra', 'stop' )
477
478    END SUBROUTINE calc_spectra
479
480
481!------------------------------------------------------------------------------!
482! Description:
483! ------------
484!> @todo Missing subroutine description.
485!------------------------------------------------------------------------------!
486    SUBROUTINE preprocess_spectra( m, pr )
487
488       USE arrays_3d,                                                          &
489           ONLY:  d, pt, q, s, u, v, w
490
491       USE indices,                                                            &
492           ONLY:  ngp_2dh, nxl, nxr, nyn, nys, nzb, nzt
493
494       USE kinds
495
496#if defined( __parallel )
497#if defined( __mpifh )
498       INCLUDE "mpif.h"
499#else
500       USE MPI
501#endif
502#endif
503       USE pegrid,                                                             &
504           ONLY:  collective_wait, comm2d, ierr
505
506       USE statistics,                                                         &
507           ONLY:  hom
508
509
510       IMPLICIT NONE
511
512       INTEGER(iwp) :: i  !<
513       INTEGER(iwp) :: j  !<
514       INTEGER(iwp) :: k  !<
515       INTEGER(iwp) :: m  !<
516       INTEGER(iwp) :: pr !<
517
518       REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1) :: var_d_l
519
520       SELECT CASE ( TRIM( data_output_sp(m) ) )
521         
522       CASE ( 'u' )
523          pr = 1
524          d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = u(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
525       
526       CASE ( 'v' )
527          pr = 2
528          d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = v(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
529       
530       CASE ( 'w' )
531          pr = 3
532          d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = w(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
533       
534       CASE ( 'pt' )
535          pr = 4
536          d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = pt(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
537       
538       CASE ( 'q' )
539          pr = 41
540          d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = q(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
541         
542       CASE ( 's' )
543          pr = 117
544          d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = s(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
545       
546       CASE DEFAULT
547!
548!--       The DEFAULT case is reached either if the parameter data_output_sp(m)
549!--       contains a wrong character string or if the user has coded a special
550!--       case in the user interface. There, the subroutine user_spectra
551!--       checks which of these two conditions applies.
552          CALL user_spectra( 'preprocess', m, pr )
553         
554       END SELECT
555
556!
557!--    Subtract horizontal mean from the array, for which spectra have to be
558!--    calculated
559       var_d_l(:) = 0.0_wp
560       DO  i = nxl, nxr
561          DO  j = nys, nyn
562             DO  k = nzb+1, nzt
563                d(k,j,i)   = d(k,j,i) - hom(k,1,pr,0)
564                var_d_l(k) = var_d_l(k) + d(k,j,i) * d(k,j,i)
565             ENDDO
566          ENDDO
567       ENDDO
568!
569!--    Compute total variance from local variances
570       var_d(:) = 0.0_wp
571#if defined( __parallel )
572       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
573       CALL MPI_ALLREDUCE( var_d_l(0), var_d(0), nzt+1-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM, &
574                           comm2d, ierr )
575#else
576       var_d(:) = var_d_l(:)
577#endif
578       var_d(:) = var_d(:) / ngp_2dh(0)
579
580    END SUBROUTINE preprocess_spectra
581
582
583!------------------------------------------------------------------------------!
584! Description:
585! ------------
586!> @todo Missing subroutine description.
587!------------------------------------------------------------------------------!
588    SUBROUTINE calc_spectra_x( ddd, pr, m )
589
590       USE control_parameters,                                                 &
591           ONLY:  fft_method
592
593       USE fft_xy,                                                             &
594           ONLY:  fft_x_1d
595
596       USE grid_variables,                                                     &
597           ONLY:  dx
598
599       USE indices,                                                            &
600           ONLY:  nx, ny
601
602       USE kinds
603
604#if defined( __parallel )
605#if defined( __mpifh )
606       INCLUDE "mpif.h"
607#else
608       USE MPI
609#endif
610#endif
611       USE pegrid,                                                             &
612           ONLY:  comm2d, ierr, myid
613
614       USE transpose_indices,                                                  &
615           ONLY:  nyn_x, nys_x, nzb_x, nzt_x
616
617
618       IMPLICIT NONE
619
620       INTEGER(iwp) ::  i         !<
621       INTEGER(iwp) ::  ishape(1) !<
622       INTEGER(iwp) ::  j         !<
623       INTEGER(iwp) ::  k         !<
624       INTEGER(iwp) ::  m         !<
625       INTEGER(iwp) ::  n         !<
626       INTEGER(iwp) ::  pr        !<
627
628       REAL(wp) ::  exponent     !<
629       REAL(wp) ::  sum_spec_dum !< wavenumber-integrated spectrum
630   
631       REAL(wp), DIMENSION(0:nx) ::  work !<
632   
633       REAL(wp), DIMENSION(0:nx/2) ::  sums_spectra_l !<
634   
635       REAL(wp), DIMENSION(0:nx/2,100) ::  sums_spectra !<
636   
637       REAL(wp), DIMENSION(0:nx,nys_x:nyn_x,nzb_x:nzt_x) ::  ddd !<
638
639!
640!--    Exponent for geometric average
641       exponent = 1.0_wp / ( ny + 1.0_wp )
642
643!
644!--    Loop over all levels defined by the user
645       n = 1
646       DO WHILE ( comp_spectra_level(n) /= 999999  .AND.  n <= 100 )
647
648          k = comp_spectra_level(n)
649
650!
651!--       Calculate FFT only if the corresponding level is situated on this PE
652          IF ( k >= nzb_x  .AND.  k <= nzt_x )  THEN
653         
654             DO  j = nys_x, nyn_x
655
656                work = ddd(0:nx,j,k)
657                CALL fft_x_1d( work, 'forward' )
658
659                ddd(0,j,k) = dx * work(0)**2
660                DO  i = 1, nx/2
661                   ddd(i,j,k) = dx * ( work(i)**2 + work(nx+1-i)**2 )
662                ENDDO
663
664             ENDDO
665
666!
667!--          Local sum and geometric average of these spectra
668!--          (WARNING: no global sum should be performed, because floating
669!--          point overflow may occur)
670             DO  i = 0, nx/2
671
672                sums_spectra_l(i) = 1.0_wp
673                DO  j = nys_x, nyn_x
674                   sums_spectra_l(i) = sums_spectra_l(i) * ddd(i,j,k)**exponent
675                ENDDO
676
677             ENDDO
678         
679          ELSE
680
681             sums_spectra_l = 1.0_wp
682
683          ENDIF
684
685!
686!--       Global sum of spectra on PE0 (from where they are written on file)
687          sums_spectra(:,n) = 0.0_wp
688#if defined( __parallel )   
689          CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )  ! Necessary?
690          CALL MPI_REDUCE( sums_spectra_l(0), sums_spectra(0,n), nx/2+1,       &
691                           MPI_REAL, MPI_PROD, 0, comm2d, ierr )
692#else
693          sums_spectra(:,n) = sums_spectra_l
694#endif
695!
696!--       Normalize spectra by variance
697          sum_spec_dum = SUM( sums_spectra(:,n) )
698          IF ( sum_spec_dum /= 0.0_wp )  THEN
699             sums_spectra(:,n) = sums_spectra(:,n) * var_d(k) / sum_spec_dum
700          ENDIF
701          n = n + 1
702
703       ENDDO
704       n = n - 1
705
706       IF ( myid == 0 )  THEN
707!
708!--       Sum of spectra for later averaging (see routine data_output_spectra)
709          DO  i = 1, nx/2
710             DO k = 1, n
711                spectrum_x(i,k,m) = spectrum_x(i,k,m) + sums_spectra(i,k)
712             ENDDO
713          ENDDO
714
715       ENDIF
716!
717!--    n_sp_x is needed by data_output_spectra_x
718       n_sp_x = n
719
720    END SUBROUTINE calc_spectra_x
721
722
723!------------------------------------------------------------------------------!
724! Description:
725! ------------
726!> @todo Missing subroutine description.
727!------------------------------------------------------------------------------!
728    SUBROUTINE calc_spectra_y( ddd, pr, m )
729
730       USE control_parameters,                                                 &
731           ONLY:  fft_method
732
733       USE fft_xy,                                                             &
734           ONLY:  fft_y_1d
735
736       USE grid_variables,                                                     &
737           ONLY:  dy
738
739       USE indices,                                                            &
740           ONLY:  nx, ny
741
742       USE kinds
743
744#if defined( __parallel )
745#if defined( __mpifh )
746       INCLUDE "mpif.h"
747#else
748       USE MPI
749#endif
750#endif
751       USE pegrid,                                                             &
752           ONLY:  comm2d, ierr, myid
753
754       USE transpose_indices,                                                  &
755           ONLY:  nxl_yd, nxr_yd, nzb_yd, nzt_yd
756
757
758       IMPLICIT NONE
759
760       INTEGER(iwp) ::  i         !<
761       INTEGER(iwp) ::  j         !<
762       INTEGER(iwp) ::  jshape(1) !<
763       INTEGER(iwp) ::  k         !<
764       INTEGER(iwp) ::  m         !<
765       INTEGER(iwp) ::  n         !<
766       INTEGER(iwp) ::  pr        !<
767
768       REAL(wp) ::  exponent !<
769       REAL(wp) ::  sum_spec_dum !< wavenumber-integrated spectrum
770   
771       REAL(wp), DIMENSION(0:ny) ::  work !<
772   
773       REAL(wp), DIMENSION(0:ny/2) ::  sums_spectra_l !<
774   
775       REAL(wp), DIMENSION(0:ny/2,100) ::  sums_spectra !<
776   
777       REAL(wp), DIMENSION(0:ny,nxl_yd:nxr_yd,nzb_yd:nzt_yd) :: ddd !<
778
779
780!
781!--    Exponent for geometric average
782       exponent = 1.0_wp / ( nx + 1.0_wp )
783
784!
785!--    Loop over all levels defined by the user
786       n = 1
787       DO WHILE ( comp_spectra_level(n) /= 999999  .AND.  n <= 100 )
788
789          k = comp_spectra_level(n)
790
791!
792!--       Calculate FFT only if the corresponding level is situated on this PE
793          IF ( k >= nzb_yd  .AND.  k <= nzt_yd )  THEN
794         
795             DO  i = nxl_yd, nxr_yd
796
797                work = ddd(0:ny,i,k)
798                CALL fft_y_1d( work, 'forward' )
799
800                ddd(0,i,k) = dy * work(0)**2
801                DO  j = 1, ny/2
802                   ddd(j,i,k) = dy * ( work(j)**2 + work(ny+1-j)**2 )
803                ENDDO
804
805             ENDDO
806
807!
808!--          Local sum and geometric average of these spectra
809!--          (WARNING: no global sum should be performed, because floating
810!--          point overflow may occur)
811             DO  j = 0, ny/2
812
813                sums_spectra_l(j) = 1.0_wp
814                DO  i = nxl_yd, nxr_yd
815                   sums_spectra_l(j) = sums_spectra_l(j) * ddd(j,i,k)**exponent
816                ENDDO
817
818             ENDDO
819         
820          ELSE
821
822             sums_spectra_l = 1.0_wp
823
824          ENDIF
825
826!
827!--       Global sum of spectra on PE0 (from where they are written on file)
828          sums_spectra(:,n) = 0.0_wp
829#if defined( __parallel )   
830          CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )  ! Necessary?
831          CALL MPI_REDUCE( sums_spectra_l(0), sums_spectra(0,n), ny/2+1,       &
832                           MPI_REAL, MPI_PROD, 0, comm2d, ierr )
833#else
834          sums_spectra(:,n) = sums_spectra_l
835#endif
836!
837!--       Normalize spectra by variance
838          sum_spec_dum = SUM( sums_spectra(:,n) )
839          IF ( SUM(sums_spectra(:,n)) /= 0.0_wp )  THEN
840             sums_spectra(:,n) = sums_spectra(:,n) *                           &
841                                 var_d(k) / SUM(sums_spectra(:,n))
842          ENDIF
843          n = n + 1
844
845       ENDDO
846       n = n - 1
847
848
849       IF ( myid == 0 )  THEN
850!
851!--       Sum of spectra for later averaging (see routine data_output_spectra)
852          DO  j = 1, ny/2
853             DO k = 1, n
854                spectrum_y(j,k,m) = spectrum_y(j,k,m) + sums_spectra(j,k)
855             ENDDO
856          ENDDO
857
858       ENDIF
859
860!
861!--    n_sp_y is needed by data_output_spectra_y
862       n_sp_y = n
863
864    END SUBROUTINE calc_spectra_y
865
866 END MODULE spectra_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.