source: palm/trunk/SOURCE/spectra_mod.f90 @ 2841

Last change on this file since 2841 was 2841, checked in by knoop, 4 years ago

Bugfix: wrong placement of include 'mpif.h' corrected

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 27.4 KB
Line 
1!> @file spectra_mod.f90
2!------------------------------------------------------------------------------!
3! This file is part of the PALM model system.
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 1997-2018 Leibniz Universitaet Hannover
18!------------------------------------------------------------------------------!
19!
20! Current revisions:
21! -----------------
22!
23!
24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: spectra_mod.f90 2841 2018-02-27 15:02:57Z knoop $
27! Bugfix: wrong placement of include 'mpif.h' corrected
28!
29! 2718 2018-01-02 08:49:38Z maronga
30! Corrected "Former revisions" section
31!
32! 2696 2017-12-14 17:12:51Z kanani
33! Change in file header (GPL part)
34!
35! 2216 2017-04-28 12:54:20Z suehring
36!
37! 2193 2017-03-22 04:21:28Z raasch
38! Normalization of spectra output adjusted
39!
40! 2192 2017-03-22 04:14:10Z raasch
41! bugfix for index bounds of arrays spectrum_x and spectrum_y
42!
43! 2000 2016-08-20 18:09:15Z knoop
44! Forced header and separation lines into 80 columns
45!
46! 1960 2016-07-12 16:34:24Z suehring
47! Additional default spectra for passive scalar
48!
49! 1833 2016-04-07 14:23:03Z raasch
50! file renamed, reading the spectra_par NAMELIST moved from package_parin to
51! here
52!
53! 1815 2016-04-06 13:49:59Z raasch
54! bugfix: preprocessor directives included for the non-parallel case
55!
56! 1808 2016-04-05 19:44:00Z raasch
57! MPI module used by default on all machines
58!
59! 1786 2016-03-08 05:49:27Z raasch
60! routine is modularized, filename renamed from calc_spectra to spectrum,
61! privious data module spectrum moved from modules.f90 to here,
62! cpp-direktives for spectra removed, immediate return if no spectra levels are
63! given
64!
65! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
66! Code annotations made doxygen readable
67!
68! 1575 2015-03-27 09:56:27Z raasch
69! adjustments for psolver-queries
70!
71! 1511 2014-12-16 15:54:16Z suehring
72! Bugfix concerning spectra normalization
73!
74! 1431 2014-07-15 14:47:17Z suehring
75! Wavenumber-integrated spectra coincide with respective variance.
76!
77! 1342 2014-03-26 17:04:47Z kanani
78! REAL constants defined as wp-kinds
79!
80! 1324 2014-03-21 09:13:16Z suehring
81! Bugfix: nzb_x, nzb_yd, nyn_x, nyn_x, nzt_x, nzt_yd belong to transpose_indices
82!
83! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
84! ONLY-attribute added to USE-statements,
85! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
86! kinds are defined in new module kinds,
87! revision history before 2012 removed,
88! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
89! all variable declaration statements
90!
91! 1318 2014-03-17 13:35:16Z raasch
92! module interfaces removed
93!
94! 1216 2013-08-26 09:31:42Z raasch
95! resorting of array moved to separate routine resort_for_zx,
96! one argument removed from the transpose_..d routines
97!
98! 1120 2013-04-05 15:11:35Z raasch
99! bugfix: calls of fft_x|y replaced by fft_x|y_1d
100!
101! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
102! code put under GPL (PALM 3.9)
103!
104! 1003 2012-09-14 14:35:53Z raasch
105! adjustment of array tend for cases with unequal subdomain sizes removed
106!
107! Revision 1.1  2001/01/05 15:08:07  raasch
108! Initial revision
109!
110!
111! Description:
112! ------------
113!> Calculate horizontal spectra along x and y.
114!> ATTENTION: 1d-decomposition along y still needs improvement, because in that
115!>            case the gridpoint number along z still depends on the PE number
116!>            because transpose_xz has to be used (and possibly also
117!>            transpose_zyd needs modification).
118!------------------------------------------------------------------------------!
119 MODULE spectra_mod
120
121    USE kinds
122
123    PRIVATE
124
125    CHARACTER (LEN=2),  DIMENSION(10) ::  spectra_direction = 'x'
126    CHARACTER (LEN=10), DIMENSION(10) ::  data_output_sp  = ' '
127
128    INTEGER(iwp) ::  average_count_sp = 0
129    INTEGER(iwp) ::  dosp_time_count = 0
130    INTEGER(iwp) ::  n_sp_x = 0, n_sp_y = 0
131
132    INTEGER(iwp) ::  comp_spectra_level(100) = 999999
133
134    LOGICAL ::  calculate_spectra   = .FALSE.  !< internal switch that spectra are calculated
135    LOGICAL ::  spectra_initialized = .FALSE.  !< internal switch that spectra related quantities are initialized
136
137    REAL(wp) ::  averaging_interval_sp = 9999999.9_wp  !< averaging interval for spectra output
138    REAL(wp) ::  dt_dosp = 9999999.9_wp                !< time interval for spectra output
139    REAL(wp) ::  skip_time_dosp = 9999999.9_wp         !< no output of spectra data before this interval has passed
140
141    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  var_d
142
143    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  spectrum_x, spectrum_y
144
145    SAVE
146
147    INTERFACE calc_spectra
148       MODULE PROCEDURE calc_spectra
149    END INTERFACE calc_spectra
150
151    INTERFACE preprocess_spectra
152       MODULE PROCEDURE preprocess_spectra
153    END INTERFACE preprocess_spectra
154
155    INTERFACE calc_spectra_x
156       MODULE PROCEDURE calc_spectra_x
157    END INTERFACE calc_spectra_x
158
159    INTERFACE calc_spectra_y
160       MODULE PROCEDURE calc_spectra_y
161    END INTERFACE calc_spectra_y
162
163    INTERFACE spectra_check_parameters
164       MODULE PROCEDURE spectra_check_parameters
165    END INTERFACE spectra_check_parameters
166
167    INTERFACE spectra_header
168       MODULE PROCEDURE spectra_header
169    END INTERFACE spectra_header
170
171    INTERFACE spectra_init
172       MODULE PROCEDURE spectra_init
173    END INTERFACE spectra_init
174
175    INTERFACE spectra_parin
176       MODULE PROCEDURE spectra_parin
177    END INTERFACE spectra_parin
178
179    PUBLIC average_count_sp, averaging_interval_sp, calc_spectra,              &
180           calculate_spectra, comp_spectra_level, data_output_sp,              &
181           dosp_time_count, dt_dosp, n_sp_x, n_sp_y, plot_spectra_level,       &
182           skip_time_dosp, spectra_check_parameters, spectra_direction,        &
183           spectra_header, spectra_init, spectra_parin, spectrum_x,            &
184           spectrum_y, var_d
185
186
187 CONTAINS
188
189!------------------------------------------------------------------------------!
190! Description:
191! ------------
192!> Parin for &spectra_par for calculating spectra
193!------------------------------------------------------------------------------!
194    SUBROUTINE spectra_parin
195
196       USE control_parameters,                                                 &
197           ONLY:  dt_data_output
198
199       IMPLICIT NONE
200
201       CHARACTER (LEN=80) ::  line  !< dummy string that contains the current  &
202                                    !< line of the parameter file
203
204       NAMELIST /spectra_par/  averaging_interval_sp, comp_spectra_level,      &
205                               data_output_sp, dt_dosp, skip_time_dosp,        &
206                               spectra_direction
207
208
209!
210!--    Position the namelist-file at the beginning (it was already opened in
211!--    parin), search for the namelist-group of the package and position the
212!--    file at this line.
213       line = ' '
214
215!
216!--    Try to find the spectra package
217       REWIND ( 11 )
218       line = ' '
219       DO   WHILE ( INDEX( line, '&spectra_par' ) == 0 )
220          READ ( 11, '(A)', END=10 )  line
221       ENDDO
222       BACKSPACE ( 11 )
223
224!
225!--    Read namelist
226       READ ( 11, spectra_par )
227
228!
229!--    Default setting of dt_dosp here (instead of check_parameters), because
230!--    its current value is needed in init_pegrid
231       IF ( dt_dosp == 9999999.9_wp )  dt_dosp = dt_data_output
232
233!
234!--    Set general switch that spectra shall be calculated
235       calculate_spectra = .TRUE.
236
237 10    CONTINUE
238
239    END SUBROUTINE spectra_parin
240
241
242
243!------------------------------------------------------------------------------!
244! Description:
245! ------------
246!> Initialization of spectra related variables
247!------------------------------------------------------------------------------!
248    SUBROUTINE spectra_init
249
250       USE indices,                                                            &
251           ONLY:  nx, ny, nzb, nzt
252
253       IMPLICIT NONE
254
255       IF ( spectra_initialized )  RETURN
256
257       IF ( dt_dosp /= 9999999.9_wp )  THEN
258          ALLOCATE( spectrum_x( 1:nx/2, 1:100, 1:10 ),                         &
259                    spectrum_y( 1:ny/2, 1:100, 1:10 ) )
260          spectrum_x = 0.0_wp
261          spectrum_y = 0.0_wp
262
263          ALLOCATE( var_d(nzb:nzt+1) )
264          var_d = 0.0_wp
265       ENDIF
266
267       spectra_initialized = .TRUE.
268
269    END SUBROUTINE spectra_init
270
271
272
273!------------------------------------------------------------------------------!
274! Description:
275! ------------
276!> Check spectra related quantities
277!------------------------------------------------------------------------------!
278    SUBROUTINE spectra_check_parameters
279
280       USE control_parameters,                                                 &
281           ONLY:  averaging_interval, message_string, skip_time_data_output
282
283       IMPLICIT NONE
284
285!
286!--    Check the average interval
287       IF ( averaging_interval_sp == 9999999.9_wp )  THEN
288          averaging_interval_sp = averaging_interval
289       ENDIF
290
291       IF ( averaging_interval_sp > dt_dosp )  THEN
292          WRITE( message_string, * )  'averaging_interval_sp = ',              &
293                averaging_interval_sp, ' must be <= dt_dosp = ', dt_dosp
294          CALL message( 'spectra_check_parameters', 'PA0087', 1, 2, 0, 6, 0 )
295       ENDIF
296
297!
298!--    Set the default skip time interval for data output, if necessary
299       IF ( skip_time_dosp == 9999999.9_wp )                                   &
300                                          skip_time_dosp = skip_time_data_output
301
302    END SUBROUTINE spectra_check_parameters
303
304
305
306!------------------------------------------------------------------------------!
307! Description:
308! ------------
309!> Header output for spectra
310!>
311!> @todo Output of netcdf data format and compression level
312!------------------------------------------------------------------------------!
313    SUBROUTINE spectra_header ( io )
314
315       USE control_parameters,                                                 &
316           ONLY:  dt_averaging_input_pr
317
318!       USE netcdf_interface,                                                  &
319!           ONLY:  netcdf_data_format_string, netcdf_deflate
320
321       IMPLICIT NONE
322
323       CHARACTER (LEN=40) ::  output_format       !< internal string
324
325       INTEGER(iwp) ::  i                         !< internal counter
326       INTEGER(iwp), INTENT(IN) ::  io            !< Unit of the output file
327
328!
329!--    Spectra output
330       IF ( dt_dosp /= 9999999.9_wp )  THEN
331          WRITE ( io, 1 )
332
333!          output_format = netcdf_data_format_string
334!          IF ( netcdf_deflate == 0 )  THEN
335!             WRITE ( io, 2 )  output_format
336!          ELSE
337!             WRITE ( io, 3 )  TRIM( output_format ), netcdf_deflate
338!          ENDIF
339          WRITE ( io, 2 )  'see profiles or other quantities'
340          WRITE ( io, 4 )  dt_dosp
341          IF ( skip_time_dosp /= 0.0_wp )  WRITE ( io, 5 )  skip_time_dosp
342          WRITE ( io, 6 )  ( data_output_sp(i), i = 1,10 ),     &
343                           ( spectra_direction(i), i = 1,10 ),  &
344                           ( comp_spectra_level(i), i = 1,100 ), &
345                           averaging_interval_sp, dt_averaging_input_pr
346       ENDIF
347
348     1 FORMAT ('    Spectra:')
349     2 FORMAT ('       Output format: ',A/)
350     3 FORMAT ('       Output format: ',A, '   compressed with level: ',I1/)
351     4 FORMAT ('       Output every ',F7.1,' s'/)
352     5 FORMAT ('       No output during initial ',F8.2,' s')
353     6 FORMAT ('       Arrays:     ', 10(A5,',')/                         &
354               '       Directions: ', 10(A5,',')/                         &
355               '       height levels  k = ', 20(I3,',')/                  &
356               '                          ', 20(I3,',')/                  &
357               '                          ', 20(I3,',')/                  &
358               '                          ', 20(I3,',')/                  &
359               '                          ', 19(I3,','),I3,'.'/           &
360               '       Time averaged over ', F7.1, ' s,' /                &
361               '       Profiles for the time averaging are taken every ', &
362                    F6.1,' s')
363
364    END SUBROUTINE spectra_header
365
366
367
368    SUBROUTINE calc_spectra
369
370       USE arrays_3d,                                                          &
371           ONLY:  d, tend
372
373       USE control_parameters,                                                 &
374           ONLY:  bc_lr_cyc, bc_ns_cyc, message_string, psolver
375
376       USE cpulog,                                                             &
377           ONLY:  cpu_log, log_point
378
379       USE fft_xy,                                                             &
380           ONLY:  fft_init
381
382       USE indices,                                                            &
383           ONLY:  nxl, nxr, nyn, nys, nzb, nzt
384
385       USE kinds
386
387       USE pegrid,                                                             &
388           ONLY:  myid, pdims
389
390       IMPLICIT NONE
391
392       INTEGER(iwp) ::  m  !<
393       INTEGER(iwp) ::  pr !<
394
395
396!
397!--    Check if user gave any levels for spectra to be calculated
398       IF ( comp_spectra_level(1) == 999999 )  RETURN
399
400       CALL cpu_log( log_point(30), 'calc_spectra', 'start' )
401
402!
403!--    Initialize spectra related quantities
404       CALL spectra_init
405
406!
407!--    Initialize ffts
408       CALL fft_init
409
410!
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
416
417       m = 1
418       DO WHILE ( data_output_sp(m) /= ' '  .AND.  m <= 10 )
419!
420!--       Transposition from z --> x  ( y --> x in case of a 1d-decomposition
421!--       along x)
422          IF ( INDEX( spectra_direction(m), 'x' ) /= 0 )  THEN
423
424!
425!--          Calculation of spectra works for cyclic boundary conditions only
426             IF ( .NOT. bc_lr_cyc )  THEN
427
428                message_string = 'non-cyclic lateral boundaries along x do'//  &
429                                 ' not & allow calculation of spectra along x'
430                CALL message( 'calc_spectra', 'PA0160', 1, 2, 0, 6, 0 )
431             ENDIF
432
433             CALL preprocess_spectra( m, pr )
434
435#if defined( __parallel )
436             IF ( pdims(2) /= 1 )  THEN
437                CALL resort_for_zx( d, tend )
438                CALL transpose_zx( tend, d )
439             ELSE
440                CALL transpose_yxd( d, d )
441             ENDIF
442             CALL calc_spectra_x( d, pr, m )
443#else
444             message_string = 'sorry, calculation of spectra in non paral' //  &
445                              'lel mode& is still not realized'
446             CALL message( 'calc_spectra', 'PA0161', 1, 2, 0, 6, 0 )
447#endif
448
449          ENDIF
450
451!
452!--       Transposition from z --> y (d is rearranged only in case of a
453!--       1d-decomposition along x)
454          IF ( INDEX( spectra_direction(m), 'y' ) /= 0 )  THEN
455
456!
457!--          Calculation of spectra works for cyclic boundary conditions only
458             IF ( .NOT. bc_ns_cyc )  THEN
459                IF ( myid == 0 )  THEN
460                   message_string = 'non-cyclic lateral boundaries along y' // &
461                                    ' do not & allow calculation of spectr' // &
462                                    'a along y'
463                   CALL message( 'calc_spectra', 'PA0162', 1, 2, 0, 6, 0 )
464                ENDIF
465                CALL local_stop
466             ENDIF
467
468             CALL preprocess_spectra( m, pr )
469
470#if defined( __parallel )
471             CALL transpose_zyd( d, d )
472             CALL calc_spectra_y( d, pr, m )
473#else
474             message_string = 'sorry, calculation of spectra in non paral' //  &
475                              'lel mode& is still not realized'
476             CALL message( 'calc_spectra', 'PA0161', 1, 2, 0, 6, 0 )
477#endif
478
479          ENDIF
480
481!
482!--       Increase counter for next spectrum
483          m = m + 1
484         
485       ENDDO
486
487!
488!--    Increase counter for averaging process in routine plot_spectra
489       average_count_sp = average_count_sp + 1
490
491       CALL cpu_log( log_point(30), 'calc_spectra', 'stop' )
492
493    END SUBROUTINE calc_spectra
494
495
496!------------------------------------------------------------------------------!
497! Description:
498! ------------
499!> @todo Missing subroutine description.
500!------------------------------------------------------------------------------!
501    SUBROUTINE preprocess_spectra( m, pr )
502
503       USE arrays_3d,                                                          &
504           ONLY:  d, pt, q, s, u, v, w
505
506       USE indices,                                                            &
507           ONLY:  ngp_2dh, nxl, nxr, nyn, nys, nzb, nzt
508
509       USE kinds
510
511#if defined( __parallel )
512#if !defined( __mpifh )
513       USE MPI
514#endif
515#endif
516
517       USE pegrid,                                                             &
518           ONLY:  collective_wait, comm2d, ierr
519
520       USE statistics,                                                         &
521           ONLY:  hom
522
523
524       IMPLICIT NONE
525
526#if defined( __parallel )
527#if defined( __mpifh )
528       INCLUDE "mpif.h"
529#endif
530#endif
531
532       INTEGER(iwp) :: i  !<
533       INTEGER(iwp) :: j  !<
534       INTEGER(iwp) :: k  !<
535       INTEGER(iwp) :: m  !<
536       INTEGER(iwp) :: pr !<
537
538       REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1) :: var_d_l
539
540       SELECT CASE ( TRIM( data_output_sp(m) ) )
541         
542       CASE ( 'u' )
543          pr = 1
544          d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = u(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
545       
546       CASE ( 'v' )
547          pr = 2
548          d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = v(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
549       
550       CASE ( 'w' )
551          pr = 3
552          d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = w(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
553       
554       CASE ( 'pt' )
555          pr = 4
556          d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = pt(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
557       
558       CASE ( 'q' )
559          pr = 41
560          d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = q(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
561         
562       CASE ( 's' )
563          pr = 117
564          d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = s(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
565       
566       CASE DEFAULT
567!
568!--       The DEFAULT case is reached either if the parameter data_output_sp(m)
569!--       contains a wrong character string or if the user has coded a special
570!--       case in the user interface. There, the subroutine user_spectra
571!--       checks which of these two conditions applies.
572          CALL user_spectra( 'preprocess', m, pr )
573         
574       END SELECT
575
576!
577!--    Subtract horizontal mean from the array, for which spectra have to be
578!--    calculated. Moreover, calculate variance of the respective quantitiy,
579!--    later used for normalizing spectra output.
580       var_d_l(:) = 0.0_wp
581       DO  i = nxl, nxr
582          DO  j = nys, nyn
583             DO  k = nzb+1, nzt
584                d(k,j,i)   = d(k,j,i) - hom(k,1,pr,0)
585                var_d_l(k) = var_d_l(k) + d(k,j,i) * d(k,j,i)
586             ENDDO
587          ENDDO
588       ENDDO
589!
590!--    Compute total variance from local variances
591       var_d(:) = 0.0_wp
592#if defined( __parallel )
593       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
594       CALL MPI_ALLREDUCE( var_d_l(0), var_d(0), nzt+1-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM, &
595                           comm2d, ierr )
596#else
597       var_d(:) = var_d_l(:)
598#endif
599       var_d(:) = var_d(:) / ngp_2dh(0)
600
601    END SUBROUTINE preprocess_spectra
602
603
604!------------------------------------------------------------------------------!
605! Description:
606! ------------
607!> @todo Missing subroutine description.
608!------------------------------------------------------------------------------!
609    SUBROUTINE calc_spectra_x( ddd, pr, m )
610
611       USE control_parameters,                                                 &
612           ONLY:  fft_method
613
614       USE fft_xy,                                                             &
615           ONLY:  fft_x_1d
616
617       USE grid_variables,                                                     &
618           ONLY:  dx
619
620       USE indices,                                                            &
621           ONLY:  nx, ny
622
623       USE kinds
624
625#if defined( __parallel )
626#if !defined( __mpifh )
627       USE MPI
628#endif
629#endif
630
631       USE pegrid,                                                             &
632           ONLY:  comm2d, ierr, myid
633
634       USE transpose_indices,                                                  &
635           ONLY:  nyn_x, nys_x, nzb_x, nzt_x
636
637
638       IMPLICIT NONE
639
640#if defined( __parallel )
641#if defined( __mpifh )
642       INCLUDE "mpif.h"
643#endif
644#endif
645
646       INTEGER(iwp) ::  i         !<
647       INTEGER(iwp) ::  ishape(1) !<
648       INTEGER(iwp) ::  j         !<
649       INTEGER(iwp) ::  k         !<
650       INTEGER(iwp) ::  m         !<
651       INTEGER(iwp) ::  n         !<
652       INTEGER(iwp) ::  pr        !<
653
654       REAL(wp) ::  exponent     !<
655       REAL(wp) ::  sum_spec_dum !< wavenumber-integrated spectrum
656   
657       REAL(wp), DIMENSION(0:nx) ::  work !<
658   
659       REAL(wp), DIMENSION(0:nx/2) ::  sums_spectra_l !<
660   
661       REAL(wp), DIMENSION(0:nx/2,100) ::  sums_spectra !<
662   
663       REAL(wp), DIMENSION(0:nx,nys_x:nyn_x,nzb_x:nzt_x) ::  ddd !<
664
665!
666!--    Exponent for geometric average
667       exponent = 1.0_wp / ( ny + 1.0_wp )
668
669!
670!--    Loop over all levels defined by the user
671       n = 1
672       DO WHILE ( comp_spectra_level(n) /= 999999  .AND.  n <= 100 )
673
674          k = comp_spectra_level(n)
675
676!
677!--       Calculate FFT only if the corresponding level is situated on this PE
678          IF ( k >= nzb_x  .AND.  k <= nzt_x )  THEN
679         
680             DO  j = nys_x, nyn_x
681
682                work = ddd(0:nx,j,k)
683                CALL fft_x_1d( work, 'forward' )
684
685                ddd(0,j,k) = dx * work(0)**2
686                DO  i = 1, nx/2
687                   ddd(i,j,k) = dx * ( work(i)**2 + work(nx+1-i)**2 )
688                ENDDO
689
690             ENDDO
691
692!
693!--          Local sum and geometric average of these spectra
694!--          (WARNING: no global sum should be performed, because floating
695!--          point overflow may occur)
696             DO  i = 0, nx/2
697
698                sums_spectra_l(i) = 1.0_wp
699                DO  j = nys_x, nyn_x
700                   sums_spectra_l(i) = sums_spectra_l(i) * ddd(i,j,k)**exponent
701                ENDDO
702
703             ENDDO
704         
705          ELSE
706
707             sums_spectra_l = 1.0_wp
708
709          ENDIF
710
711!
712!--       Global sum of spectra on PE0 (from where they are written on file)
713          sums_spectra(:,n) = 0.0_wp
714#if defined( __parallel )   
715          CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )  ! Necessary?
716          CALL MPI_REDUCE( sums_spectra_l(0), sums_spectra(0,n), nx/2+1,       &
717                           MPI_REAL, MPI_PROD, 0, comm2d, ierr )
718#else
719          sums_spectra(:,n) = sums_spectra_l
720#endif
721!
722!--       Normalize spectra by variance
723          sum_spec_dum = SUM( sums_spectra(1:nx/2,n) )
724
725          IF ( sum_spec_dum /= 0.0_wp )  THEN
726             sums_spectra(1:nx/2,n) = sums_spectra(1:nx/2,n) *                 &
727                                      var_d(k) / sum_spec_dum
728          ENDIF
729          n = n + 1
730
731       ENDDO
732       n = n - 1
733
734       IF ( myid == 0 )  THEN
735!
736!--       Sum of spectra for later averaging (see routine data_output_spectra)
737          DO  i = 1, nx/2
738             DO k = 1, n
739                spectrum_x(i,k,m) = spectrum_x(i,k,m) + sums_spectra(i,k)
740             ENDDO
741          ENDDO
742
743       ENDIF
744!
745!--    n_sp_x is needed by data_output_spectra_x
746       n_sp_x = n
747
748    END SUBROUTINE calc_spectra_x
749
750
751!------------------------------------------------------------------------------!
752! Description:
753! ------------
754!> @todo Missing subroutine description.
755!------------------------------------------------------------------------------!
756    SUBROUTINE calc_spectra_y( ddd, pr, m )
757
758       USE control_parameters,                                                 &
759           ONLY:  fft_method
760
761       USE fft_xy,                                                             &
762           ONLY:  fft_y_1d
763
764       USE grid_variables,                                                     &
765           ONLY:  dy
766
767       USE indices,                                                            &
768           ONLY:  nx, ny
769
770       USE kinds
771
772#if defined( __parallel )
773#if !defined( __mpifh )
774       USE MPI
775#endif
776#endif
777
778       USE pegrid,                                                             &
779           ONLY:  comm2d, ierr, myid
780
781       USE transpose_indices,                                                  &
782           ONLY:  nxl_yd, nxr_yd, nzb_yd, nzt_yd
783
784
785       IMPLICIT NONE
786
787#if defined( __parallel )
788#if defined( __mpifh )
789       INCLUDE "mpif.h"
790#endif
791#endif
792
793       INTEGER(iwp) ::  i         !<
794       INTEGER(iwp) ::  j         !<
795       INTEGER(iwp) ::  jshape(1) !<
796       INTEGER(iwp) ::  k         !<
797       INTEGER(iwp) ::  m         !<
798       INTEGER(iwp) ::  n         !<
799       INTEGER(iwp) ::  pr        !<
800
801       REAL(wp) ::  exponent !<
802       REAL(wp) ::  sum_spec_dum !< wavenumber-integrated spectrum
803   
804       REAL(wp), DIMENSION(0:ny) ::  work !<
805   
806       REAL(wp), DIMENSION(0:ny/2) ::  sums_spectra_l !<
807   
808       REAL(wp), DIMENSION(0:ny/2,100) ::  sums_spectra !<
809   
810       REAL(wp), DIMENSION(0:ny,nxl_yd:nxr_yd,nzb_yd:nzt_yd) :: ddd !<
811
812
813!
814!--    Exponent for geometric average
815       exponent = 1.0_wp / ( nx + 1.0_wp )
816
817!
818!--    Loop over all levels defined by the user
819       n = 1
820       DO WHILE ( comp_spectra_level(n) /= 999999  .AND.  n <= 100 )
821
822          k = comp_spectra_level(n)
823
824!
825!--       Calculate FFT only if the corresponding level is situated on this PE
826          IF ( k >= nzb_yd  .AND.  k <= nzt_yd )  THEN
827         
828             DO  i = nxl_yd, nxr_yd
829
830                work = ddd(0:ny,i,k)
831                CALL fft_y_1d( work, 'forward' )
832
833                ddd(0,i,k) = dy * work(0)**2
834                DO  j = 1, ny/2
835                   ddd(j,i,k) = dy * ( work(j)**2 + work(ny+1-j)**2 )
836                ENDDO
837
838             ENDDO
839
840!
841!--          Local sum and geometric average of these spectra
842!--          (WARNING: no global sum should be performed, because floating
843!--          point overflow may occur)
844             DO  j = 0, ny/2
845
846                sums_spectra_l(j) = 1.0_wp
847                DO  i = nxl_yd, nxr_yd
848                   sums_spectra_l(j) = sums_spectra_l(j) * ddd(j,i,k)**exponent
849                ENDDO
850
851             ENDDO
852         
853          ELSE
854
855             sums_spectra_l = 1.0_wp
856
857          ENDIF
858
859!
860!--       Global sum of spectra on PE0 (from where they are written on file)
861          sums_spectra(:,n) = 0.0_wp
862#if defined( __parallel )   
863          CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )  ! Necessary?
864          CALL MPI_REDUCE( sums_spectra_l(0), sums_spectra(0,n), ny/2+1,       &
865                           MPI_REAL, MPI_PROD, 0, comm2d, ierr )
866#else
867          sums_spectra(:,n) = sums_spectra_l
868#endif
869!
870!--       Normalize spectra by variance
871          sum_spec_dum = SUM( sums_spectra(1:ny/2,n) )
872          IF ( sum_spec_dum /= 0.0_wp )  THEN
873             sums_spectra(1:ny/2,n) = sums_spectra(1:ny/2,n) *                 &
874                                      var_d(k) / sum_spec_dum
875          ENDIF
876          n = n + 1
877
878       ENDDO
879       n = n - 1
880
881
882       IF ( myid == 0 )  THEN
883!
884!--       Sum of spectra for later averaging (see routine data_output_spectra)
885          DO  j = 1, ny/2
886             DO k = 1, n
887                spectrum_y(j,k,m) = spectrum_y(j,k,m) + sums_spectra(j,k)
888             ENDDO
889          ENDDO
890
891       ENDIF
892
893!
894!--    n_sp_y is needed by data_output_spectra_y
895       n_sp_y = n
896
897    END SUBROUTINE calc_spectra_y
898
899 END MODULE spectra_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.