source: palm/trunk/SOURCE/spectra_mod.f90 @ 2216

Last change on this file since 2216 was 2216, checked in by suehring, 4 years ago

last commit documented

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 27.0 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 2216 2017-04-28 12:54:20Z suehring $
27!
28! 2193 2017-03-22 04:21:28Z raasch
29! Normalization of spectra output adjusted
30!
31! 2192 2017-03-22 04:14:10Z raasch
32! bugfix for index bounds of arrays spectrum_x and spectrum_y
33!
34! 2000 2016-08-20 18:09:15Z knoop
35! Forced header and separation lines into 80 columns
36!
37! 1960 2016-07-12 16:34:24Z suehring
38! Additional default spectra for passive scalar
39!
40! 1833 2016-04-07 14:23:03Z raasch
41! file renamed, reading the spectra_par NAMELIST moved from package_parin to
42! here
43!
44! 1815 2016-04-06 13:49:59Z raasch
45! bugfix: preprocessor directives included for the non-parallel case
46!
47! 1808 2016-04-05 19:44:00Z raasch
48! MPI module used by default on all machines
49!
50! 1786 2016-03-08 05:49:27Z raasch
51! routine is modularized, filename renamed from calc_spectra to spectrum,
52! privious data module spectrum moved from modules.f90 to here,
53! cpp-direktives for spectra removed, immediate return if no spectra levels are
54! given
55!
56! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
57! Code annotations made doxygen readable
58!
59! 1575 2015-03-27 09:56:27Z raasch
60! adjustments for psolver-queries
61!
62! 1511 2014-12-16 15:54:16Z suehring
63! Bugfix concerning spectra normalization
64!
65! 1431 2014-07-15 14:47:17Z suehring
66! Wavenumber-integrated spectra coincide with respective variance.
67!
68! 1342 2014-03-26 17:04:47Z kanani
69! REAL constants defined as wp-kinds
70!
71! 1324 2014-03-21 09:13:16Z suehring
72! Bugfix: nzb_x, nzb_yd, nyn_x, nyn_x, nzt_x, nzt_yd belong to transpose_indices
73!
74! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
75! ONLY-attribute added to USE-statements,
76! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
77! kinds are defined in new module kinds,
78! revision history before 2012 removed,
79! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
80! all variable declaration statements
81!
82! 1318 2014-03-17 13:35:16Z raasch
83! module interfaces removed
84!
85! 1216 2013-08-26 09:31:42Z raasch
86! resorting of array moved to separate routine resort_for_zx,
87! one argument removed from the transpose_..d routines
88!
89! 1120 2013-04-05 15:11:35Z raasch
90! bugfix: calls of fft_x|y replaced by fft_x|y_1d
91!
92! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
93! code put under GPL (PALM 3.9)
94!
95! 1003 2012-09-14 14:35:53Z raasch
96! adjustment of array tend for cases with unequal subdomain sizes removed
97!
98! Revision 1.1  2001/01/05 15:08:07  raasch
99! Initial revision
100!
101!
102! Description:
103! ------------
104!> Calculate horizontal spectra along x and y.
105!> ATTENTION: 1d-decomposition along y still needs improvement, because in that
106!>            case the gridpoint number along z still depends on the PE number
107!>            because transpose_xz has to be used (and possibly also
108!>            transpose_zyd needs modification).
109!------------------------------------------------------------------------------!
110 MODULE spectra_mod
111
112    USE kinds
113
114    PRIVATE
115
116    CHARACTER (LEN=2),  DIMENSION(10) ::  spectra_direction = 'x'
117    CHARACTER (LEN=10), DIMENSION(10) ::  data_output_sp  = ' '
118
119    INTEGER(iwp) ::  average_count_sp = 0
120    INTEGER(iwp) ::  dosp_time_count = 0
121    INTEGER(iwp) ::  n_sp_x = 0, n_sp_y = 0
122
123    INTEGER(iwp) ::  comp_spectra_level(100) = 999999
124
125    LOGICAL ::  calculate_spectra   = .FALSE.  !< internal switch that spectra are calculated
126    LOGICAL ::  spectra_initialized = .FALSE.  !< internal switch that spectra related quantities are initialized
127
128    REAL(wp) ::  averaging_interval_sp = 9999999.9_wp  !< averaging interval for spectra output
129    REAL(wp) ::  dt_dosp = 9999999.9_wp                !< time interval for spectra output
130    REAL(wp) ::  skip_time_dosp = 9999999.9_wp         !< no output of spectra data before this interval has passed
131
132    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  var_d
133
134    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  spectrum_x, spectrum_y
135
136    SAVE
137
138    INTERFACE calc_spectra
139       MODULE PROCEDURE calc_spectra
140    END INTERFACE calc_spectra
141
142    INTERFACE preprocess_spectra
143       MODULE PROCEDURE preprocess_spectra
144    END INTERFACE preprocess_spectra
145
146    INTERFACE calc_spectra_x
147       MODULE PROCEDURE calc_spectra_x
148    END INTERFACE calc_spectra_x
149
150    INTERFACE calc_spectra_y
151       MODULE PROCEDURE calc_spectra_y
152    END INTERFACE calc_spectra_y
153
154    INTERFACE spectra_check_parameters
155       MODULE PROCEDURE spectra_check_parameters
156    END INTERFACE spectra_check_parameters
157
158    INTERFACE spectra_header
159       MODULE PROCEDURE spectra_header
160    END INTERFACE spectra_header
161
162    INTERFACE spectra_init
163       MODULE PROCEDURE spectra_init
164    END INTERFACE spectra_init
165
166    INTERFACE spectra_parin
167       MODULE PROCEDURE spectra_parin
168    END INTERFACE spectra_parin
169
170    PUBLIC average_count_sp, averaging_interval_sp, calc_spectra,              &
171           calculate_spectra, comp_spectra_level, data_output_sp,              &
172           dosp_time_count, dt_dosp, n_sp_x, n_sp_y, plot_spectra_level,       &
173           skip_time_dosp, spectra_check_parameters, spectra_direction,        &
174           spectra_header, spectra_init, spectra_parin, spectrum_x,            &
175           spectrum_y, var_d
176
177
178 CONTAINS
179
180!------------------------------------------------------------------------------!
181! Description:
182! ------------
183!> Parin for &spectra_par for calculating spectra
184!------------------------------------------------------------------------------!
185    SUBROUTINE spectra_parin
186
187       USE control_parameters,                                                 &
188           ONLY:  dt_data_output
189
190       IMPLICIT NONE
191
192       CHARACTER (LEN=80) ::  line  !< dummy string that contains the current  &
193                                    !< line of the parameter file
194
195       NAMELIST /spectra_par/  averaging_interval_sp, comp_spectra_level,      &
196                               data_output_sp, dt_dosp, skip_time_dosp,        &
197                               spectra_direction
198
199
200!
201!--    Position the namelist-file at the beginning (it was already opened in
202!--    parin), search for the namelist-group of the package and position the
203!--    file at this line.
204       line = ' '
205
206!
207!--    Try to find the spectra package
208       REWIND ( 11 )
209       line = ' '
210       DO   WHILE ( INDEX( line, '&spectra_par' ) == 0 )
211          READ ( 11, '(A)', END=10 )  line
212       ENDDO
213       BACKSPACE ( 11 )
214
215!
216!--    Read namelist
217       READ ( 11, spectra_par )
218
219!
220!--    Default setting of dt_dosp here (instead of check_parameters), because
221!--    its current value is needed in init_pegrid
222       IF ( dt_dosp == 9999999.9_wp )  dt_dosp = dt_data_output
223
224!
225!--    Set general switch that spectra shall be calculated
226       calculate_spectra = .TRUE.
227
228 10    CONTINUE
229
230    END SUBROUTINE spectra_parin
231
232
233
234!------------------------------------------------------------------------------!
235! Description:
236! ------------
237!> Initialization of spectra related variables
238!------------------------------------------------------------------------------!
239    SUBROUTINE spectra_init
240
241       USE indices,                                                            &
242           ONLY:  nx, ny, nzb, nzt
243
244       IMPLICIT NONE
245
246       IF ( spectra_initialized )  RETURN
247
248       IF ( dt_dosp /= 9999999.9_wp )  THEN
249          ALLOCATE( spectrum_x( 1:nx/2, 1:100, 1:10 ),                         &
250                    spectrum_y( 1:ny/2, 1:100, 1:10 ) )
251          spectrum_x = 0.0_wp
252          spectrum_y = 0.0_wp
253
254          ALLOCATE( var_d(nzb:nzt+1) )
255          var_d = 0.0_wp
256       ENDIF
257
258       spectra_initialized = .TRUE.
259
260    END SUBROUTINE spectra_init
261
262
263
264!------------------------------------------------------------------------------!
265! Description:
266! ------------
267!> Check spectra related quantities
268!------------------------------------------------------------------------------!
269    SUBROUTINE spectra_check_parameters
270
271       USE control_parameters,                                                 &
272           ONLY:  averaging_interval, message_string, skip_time_data_output
273
274       IMPLICIT NONE
275
276!
277!--    Check the average interval
278       IF ( averaging_interval_sp == 9999999.9_wp )  THEN
279          averaging_interval_sp = averaging_interval
280       ENDIF
281
282       IF ( averaging_interval_sp > dt_dosp )  THEN
283          WRITE( message_string, * )  'averaging_interval_sp = ',              &
284                averaging_interval_sp, ' must be <= dt_dosp = ', dt_dosp
285          CALL message( 'spectra_check_parameters', 'PA0087', 1, 2, 0, 6, 0 )
286       ENDIF
287
288!
289!--    Set the default skip time interval for data output, if necessary
290       IF ( skip_time_dosp == 9999999.9_wp )                                   &
291                                          skip_time_dosp = skip_time_data_output
292
293    END SUBROUTINE spectra_check_parameters
294
295
296
297!------------------------------------------------------------------------------!
298! Description:
299! ------------
300!> Header output for spectra
301!>
302!> @todo Output of netcdf data format and compression level
303!------------------------------------------------------------------------------!
304    SUBROUTINE spectra_header ( io )
305
306       USE control_parameters,                                                 &
307           ONLY:  dt_averaging_input_pr
308
309!       USE netcdf_interface,                                                  &
310!           ONLY:  netcdf_data_format_string, netcdf_deflate
311
312       IMPLICIT NONE
313
314       CHARACTER (LEN=40) ::  output_format       !< internal string
315
316       INTEGER(iwp) ::  i                         !< internal counter
317       INTEGER(iwp), INTENT(IN) ::  io            !< Unit of the output file
318
319!
320!--    Spectra output
321       IF ( dt_dosp /= 9999999.9_wp )  THEN
322          WRITE ( io, 1 )
323
324!          output_format = netcdf_data_format_string
325!          IF ( netcdf_deflate == 0 )  THEN
326!             WRITE ( io, 2 )  output_format
327!          ELSE
328!             WRITE ( io, 3 )  TRIM( output_format ), netcdf_deflate
329!          ENDIF
330          WRITE ( io, 2 )  'see profiles or other quantities'
331          WRITE ( io, 4 )  dt_dosp
332          IF ( skip_time_dosp /= 0.0_wp )  WRITE ( io, 5 )  skip_time_dosp
333          WRITE ( io, 6 )  ( data_output_sp(i), i = 1,10 ),     &
334                           ( spectra_direction(i), i = 1,10 ),  &
335                           ( comp_spectra_level(i), i = 1,100 ), &
336                           averaging_interval_sp, dt_averaging_input_pr
337       ENDIF
338
339     1 FORMAT ('    Spectra:')
340     2 FORMAT ('       Output format: ',A/)
341     3 FORMAT ('       Output format: ',A, '   compressed with level: ',I1/)
342     4 FORMAT ('       Output every ',F7.1,' s'/)
343     5 FORMAT ('       No output during initial ',F8.2,' s')
344     6 FORMAT ('       Arrays:     ', 10(A5,',')/                         &
345               '       Directions: ', 10(A5,',')/                         &
346               '       height levels  k = ', 20(I3,',')/                  &
347               '                          ', 20(I3,',')/                  &
348               '                          ', 20(I3,',')/                  &
349               '                          ', 20(I3,',')/                  &
350               '                          ', 19(I3,','),I3,'.'/           &
351               '       Time averaged over ', F7.1, ' s,' /                &
352               '       Profiles for the time averaging are taken every ', &
353                    F6.1,' s')
354
355    END SUBROUTINE spectra_header
356
357
358
359    SUBROUTINE calc_spectra
360
361       USE arrays_3d,                                                          &
362           ONLY:  d, tend
363
364       USE control_parameters,                                                 &
365           ONLY:  bc_lr_cyc, bc_ns_cyc, message_string, psolver
366
367       USE cpulog,                                                             &
368           ONLY:  cpu_log, log_point
369
370       USE fft_xy,                                                             &
371           ONLY:  fft_init
372
373       USE indices,                                                            &
374           ONLY:  nxl, nxr, nyn, nys, nzb, nzt
375
376       USE kinds
377
378       USE pegrid,                                                             &
379           ONLY:  myid, pdims
380
381       IMPLICIT NONE
382
383       INTEGER(iwp) ::  m  !<
384       INTEGER(iwp) ::  pr !<
385
386
387!
388!--    Check if user gave any levels for spectra to be calculated
389       IF ( comp_spectra_level(1) == 999999 )  RETURN
390
391       CALL cpu_log( log_point(30), 'calc_spectra', 'start' )
392
393!
394!--    Initialize spectra related quantities
395       CALL spectra_init
396
397!
398!--    Initialize ffts
399       CALL fft_init
400
401!
402!--    Reallocate array d in required size
403       IF ( psolver(1:9) == 'multigrid' )  THEN
404          DEALLOCATE( d )
405          ALLOCATE( d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) )
406       ENDIF
407
408       m = 1
409       DO WHILE ( data_output_sp(m) /= ' '  .AND.  m <= 10 )
410!
411!--       Transposition from z --> x  ( y --> x in case of a 1d-decomposition
412!--       along x)
413          IF ( INDEX( spectra_direction(m), 'x' ) /= 0 )  THEN
414
415!
416!--          Calculation of spectra works for cyclic boundary conditions only
417             IF ( .NOT. bc_lr_cyc )  THEN
418
419                message_string = 'non-cyclic lateral boundaries along x do'//  &
420                                 ' not & allow calculation of spectra along x'
421                CALL message( 'calc_spectra', 'PA0160', 1, 2, 0, 6, 0 )
422             ENDIF
423
424             CALL preprocess_spectra( m, pr )
425
426#if defined( __parallel )
427             IF ( pdims(2) /= 1 )  THEN
428                CALL resort_for_zx( d, tend )
429                CALL transpose_zx( tend, d )
430             ELSE
431                CALL transpose_yxd( d, d )
432             ENDIF
433             CALL calc_spectra_x( d, pr, m )
434#else
435             message_string = 'sorry, calculation of spectra in non paral' //  &
436                              'lel mode& is still not realized'
437             CALL message( 'calc_spectra', 'PA0161', 1, 2, 0, 6, 0 )
438#endif
439
440          ENDIF
441
442!
443!--       Transposition from z --> y (d is rearranged only in case of a
444!--       1d-decomposition along x)
445          IF ( INDEX( spectra_direction(m), 'y' ) /= 0 )  THEN
446
447!
448!--          Calculation of spectra works for cyclic boundary conditions only
449             IF ( .NOT. bc_ns_cyc )  THEN
450                IF ( myid == 0 )  THEN
451                   message_string = 'non-cyclic lateral boundaries along y' // &
452                                    ' do not & allow calculation of spectr' // &
453                                    'a along y'
454                   CALL message( 'calc_spectra', 'PA0162', 1, 2, 0, 6, 0 )
455                ENDIF
456                CALL local_stop
457             ENDIF
458
459             CALL preprocess_spectra( m, pr )
460
461#if defined( __parallel )
462             CALL transpose_zyd( d, d )
463             CALL calc_spectra_y( d, pr, m )
464#else
465             message_string = 'sorry, calculation of spectra in non paral' //  &
466                              'lel mode& is still not realized'
467             CALL message( 'calc_spectra', 'PA0161', 1, 2, 0, 6, 0 )
468#endif
469
470          ENDIF
471
472!
473!--       Increase counter for next spectrum
474          m = m + 1
475         
476       ENDDO
477
478!
479!--    Increase counter for averaging process in routine plot_spectra
480       average_count_sp = average_count_sp + 1
481
482       CALL cpu_log( log_point(30), 'calc_spectra', 'stop' )
483
484    END SUBROUTINE calc_spectra
485
486
487!------------------------------------------------------------------------------!
488! Description:
489! ------------
490!> @todo Missing subroutine description.
491!------------------------------------------------------------------------------!
492    SUBROUTINE preprocess_spectra( m, pr )
493
494       USE arrays_3d,                                                          &
495           ONLY:  d, pt, q, s, u, v, w
496
497       USE indices,                                                            &
498           ONLY:  ngp_2dh, nxl, nxr, nyn, nys, nzb, nzt
499
500       USE kinds
501
502#if defined( __parallel )
503#if defined( __mpifh )
504       INCLUDE "mpif.h"
505#else
506       USE MPI
507#endif
508#endif
509       USE pegrid,                                                             &
510           ONLY:  collective_wait, comm2d, ierr
511
512       USE statistics,                                                         &
513           ONLY:  hom
514
515
516       IMPLICIT NONE
517
518       INTEGER(iwp) :: i  !<
519       INTEGER(iwp) :: j  !<
520       INTEGER(iwp) :: k  !<
521       INTEGER(iwp) :: m  !<
522       INTEGER(iwp) :: pr !<
523
524       REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1) :: var_d_l
525
526       SELECT CASE ( TRIM( data_output_sp(m) ) )
527         
528       CASE ( 'u' )
529          pr = 1
530          d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = u(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
531       
532       CASE ( 'v' )
533          pr = 2
534          d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = v(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
535       
536       CASE ( 'w' )
537          pr = 3
538          d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = w(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
539       
540       CASE ( 'pt' )
541          pr = 4
542          d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = pt(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
543       
544       CASE ( 'q' )
545          pr = 41
546          d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = q(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
547         
548       CASE ( 's' )
549          pr = 117
550          d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = s(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
551       
552       CASE DEFAULT
553!
554!--       The DEFAULT case is reached either if the parameter data_output_sp(m)
555!--       contains a wrong character string or if the user has coded a special
556!--       case in the user interface. There, the subroutine user_spectra
557!--       checks which of these two conditions applies.
558          CALL user_spectra( 'preprocess', m, pr )
559         
560       END SELECT
561
562!
563!--    Subtract horizontal mean from the array, for which spectra have to be
564!--    calculated. Moreover, calculate variance of the respective quantitiy,
565!--    later used for normalizing spectra output.
566       var_d_l(:) = 0.0_wp
567       DO  i = nxl, nxr
568          DO  j = nys, nyn
569             DO  k = nzb+1, nzt
570                d(k,j,i)   = d(k,j,i) - hom(k,1,pr,0)
571                var_d_l(k) = var_d_l(k) + d(k,j,i) * d(k,j,i)
572             ENDDO
573          ENDDO
574       ENDDO
575!
576!--    Compute total variance from local variances
577       var_d(:) = 0.0_wp
578#if defined( __parallel )
579       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
580       CALL MPI_ALLREDUCE( var_d_l(0), var_d(0), nzt+1-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM, &
581                           comm2d, ierr )
582#else
583       var_d(:) = var_d_l(:)
584#endif
585       var_d(:) = var_d(:) / ngp_2dh(0)
586
587    END SUBROUTINE preprocess_spectra
588
589
590!------------------------------------------------------------------------------!
591! Description:
592! ------------
593!> @todo Missing subroutine description.
594!------------------------------------------------------------------------------!
595    SUBROUTINE calc_spectra_x( ddd, pr, m )
596
597       USE control_parameters,                                                 &
598           ONLY:  fft_method
599
600       USE fft_xy,                                                             &
601           ONLY:  fft_x_1d
602
603       USE grid_variables,                                                     &
604           ONLY:  dx
605
606       USE indices,                                                            &
607           ONLY:  nx, ny
608
609       USE kinds
610
611#if defined( __parallel )
612#if defined( __mpifh )
613       INCLUDE "mpif.h"
614#else
615       USE MPI
616#endif
617#endif
618       USE pegrid,                                                             &
619           ONLY:  comm2d, ierr, myid
620
621       USE transpose_indices,                                                  &
622           ONLY:  nyn_x, nys_x, nzb_x, nzt_x
623
624
625       IMPLICIT NONE
626
627       INTEGER(iwp) ::  i         !<
628       INTEGER(iwp) ::  ishape(1) !<
629       INTEGER(iwp) ::  j         !<
630       INTEGER(iwp) ::  k         !<
631       INTEGER(iwp) ::  m         !<
632       INTEGER(iwp) ::  n         !<
633       INTEGER(iwp) ::  pr        !<
634
635       REAL(wp) ::  exponent     !<
636       REAL(wp) ::  sum_spec_dum !< wavenumber-integrated spectrum
637   
638       REAL(wp), DIMENSION(0:nx) ::  work !<
639   
640       REAL(wp), DIMENSION(0:nx/2) ::  sums_spectra_l !<
641   
642       REAL(wp), DIMENSION(0:nx/2,100) ::  sums_spectra !<
643   
644       REAL(wp), DIMENSION(0:nx,nys_x:nyn_x,nzb_x:nzt_x) ::  ddd !<
645
646!
647!--    Exponent for geometric average
648       exponent = 1.0_wp / ( ny + 1.0_wp )
649
650!
651!--    Loop over all levels defined by the user
652       n = 1
653       DO WHILE ( comp_spectra_level(n) /= 999999  .AND.  n <= 100 )
654
655          k = comp_spectra_level(n)
656
657!
658!--       Calculate FFT only if the corresponding level is situated on this PE
659          IF ( k >= nzb_x  .AND.  k <= nzt_x )  THEN
660         
661             DO  j = nys_x, nyn_x
662
663                work = ddd(0:nx,j,k)
664                CALL fft_x_1d( work, 'forward' )
665
666                ddd(0,j,k) = dx * work(0)**2
667                DO  i = 1, nx/2
668                   ddd(i,j,k) = dx * ( work(i)**2 + work(nx+1-i)**2 )
669                ENDDO
670
671             ENDDO
672
673!
674!--          Local sum and geometric average of these spectra
675!--          (WARNING: no global sum should be performed, because floating
676!--          point overflow may occur)
677             DO  i = 0, nx/2
678
679                sums_spectra_l(i) = 1.0_wp
680                DO  j = nys_x, nyn_x
681                   sums_spectra_l(i) = sums_spectra_l(i) * ddd(i,j,k)**exponent
682                ENDDO
683
684             ENDDO
685         
686          ELSE
687
688             sums_spectra_l = 1.0_wp
689
690          ENDIF
691
692!
693!--       Global sum of spectra on PE0 (from where they are written on file)
694          sums_spectra(:,n) = 0.0_wp
695#if defined( __parallel )   
696          CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )  ! Necessary?
697          CALL MPI_REDUCE( sums_spectra_l(0), sums_spectra(0,n), nx/2+1,       &
698                           MPI_REAL, MPI_PROD, 0, comm2d, ierr )
699#else
700          sums_spectra(:,n) = sums_spectra_l
701#endif
702!
703!--       Normalize spectra by variance
704          sum_spec_dum = SUM( sums_spectra(1:nx/2,n) )
705
706          IF ( sum_spec_dum /= 0.0_wp )  THEN
707             sums_spectra(1:nx/2,n) = sums_spectra(1:nx/2,n) *                 &
708                                      var_d(k) / sum_spec_dum
709          ENDIF
710          n = n + 1
711
712       ENDDO
713       n = n - 1
714
715       IF ( myid == 0 )  THEN
716!
717!--       Sum of spectra for later averaging (see routine data_output_spectra)
718          DO  i = 1, nx/2
719             DO k = 1, n
720                spectrum_x(i,k,m) = spectrum_x(i,k,m) + sums_spectra(i,k)
721             ENDDO
722          ENDDO
723
724       ENDIF
725!
726!--    n_sp_x is needed by data_output_spectra_x
727       n_sp_x = n
728
729    END SUBROUTINE calc_spectra_x
730
731
732!------------------------------------------------------------------------------!
733! Description:
734! ------------
735!> @todo Missing subroutine description.
736!------------------------------------------------------------------------------!
737    SUBROUTINE calc_spectra_y( ddd, pr, m )
738
739       USE control_parameters,                                                 &
740           ONLY:  fft_method
741
742       USE fft_xy,                                                             &
743           ONLY:  fft_y_1d
744
745       USE grid_variables,                                                     &
746           ONLY:  dy
747
748       USE indices,                                                            &
749           ONLY:  nx, ny
750
751       USE kinds
752
753#if defined( __parallel )
754#if defined( __mpifh )
755       INCLUDE "mpif.h"
756#else
757       USE MPI
758#endif
759#endif
760       USE pegrid,                                                             &
761           ONLY:  comm2d, ierr, myid
762
763       USE transpose_indices,                                                  &
764           ONLY:  nxl_yd, nxr_yd, nzb_yd, nzt_yd
765
766
767       IMPLICIT NONE
768
769       INTEGER(iwp) ::  i         !<
770       INTEGER(iwp) ::  j         !<
771       INTEGER(iwp) ::  jshape(1) !<
772       INTEGER(iwp) ::  k         !<
773       INTEGER(iwp) ::  m         !<
774       INTEGER(iwp) ::  n         !<
775       INTEGER(iwp) ::  pr        !<
776
777       REAL(wp) ::  exponent !<
778       REAL(wp) ::  sum_spec_dum !< wavenumber-integrated spectrum
779   
780       REAL(wp), DIMENSION(0:ny) ::  work !<
781   
782       REAL(wp), DIMENSION(0:ny/2) ::  sums_spectra_l !<
783   
784       REAL(wp), DIMENSION(0:ny/2,100) ::  sums_spectra !<
785   
786       REAL(wp), DIMENSION(0:ny,nxl_yd:nxr_yd,nzb_yd:nzt_yd) :: ddd !<
787
788
789!
790!--    Exponent for geometric average
791       exponent = 1.0_wp / ( nx + 1.0_wp )
792
793!
794!--    Loop over all levels defined by the user
795       n = 1
796       DO WHILE ( comp_spectra_level(n) /= 999999  .AND.  n <= 100 )
797
798          k = comp_spectra_level(n)
799
800!
801!--       Calculate FFT only if the corresponding level is situated on this PE
802          IF ( k >= nzb_yd  .AND.  k <= nzt_yd )  THEN
803         
804             DO  i = nxl_yd, nxr_yd
805
806                work = ddd(0:ny,i,k)
807                CALL fft_y_1d( work, 'forward' )
808
809                ddd(0,i,k) = dy * work(0)**2
810                DO  j = 1, ny/2
811                   ddd(j,i,k) = dy * ( work(j)**2 + work(ny+1-j)**2 )
812                ENDDO
813
814             ENDDO
815
816!
817!--          Local sum and geometric average of these spectra
818!--          (WARNING: no global sum should be performed, because floating
819!--          point overflow may occur)
820             DO  j = 0, ny/2
821
822                sums_spectra_l(j) = 1.0_wp
823                DO  i = nxl_yd, nxr_yd
824                   sums_spectra_l(j) = sums_spectra_l(j) * ddd(j,i,k)**exponent
825                ENDDO
826
827             ENDDO
828         
829          ELSE
830
831             sums_spectra_l = 1.0_wp
832
833          ENDIF
834
835!
836!--       Global sum of spectra on PE0 (from where they are written on file)
837          sums_spectra(:,n) = 0.0_wp
838#if defined( __parallel )   
839          CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )  ! Necessary?
840          CALL MPI_REDUCE( sums_spectra_l(0), sums_spectra(0,n), ny/2+1,       &
841                           MPI_REAL, MPI_PROD, 0, comm2d, ierr )
842#else
843          sums_spectra(:,n) = sums_spectra_l
844#endif
845!
846!--       Normalize spectra by variance
847          sum_spec_dum = SUM( sums_spectra(1:ny/2,n) )
848          IF ( sum_spec_dum /= 0.0_wp )  THEN
849             sums_spectra(1:ny/2,n) = sums_spectra(1:ny/2,n) *                 &
850                                      var_d(k) / sum_spec_dum
851          ENDIF
852          n = n + 1
853
854       ENDDO
855       n = n - 1
856
857
858       IF ( myid == 0 )  THEN
859!
860!--       Sum of spectra for later averaging (see routine data_output_spectra)
861          DO  j = 1, ny/2
862             DO k = 1, n
863                spectrum_y(j,k,m) = spectrum_y(j,k,m) + sums_spectra(j,k)
864             ENDDO
865          ENDDO
866
867       ENDIF
868
869!
870!--    n_sp_y is needed by data_output_spectra_y
871       n_sp_y = n
872
873    END SUBROUTINE calc_spectra_y
874
875 END MODULE spectra_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.