source: palm/trunk/SOURCE/spectra_mod.f90 @ 2956

Last change on this file since 2956 was 2956, checked in by Giersch, 3 years ago

Bugfix of the allocation of spectrum_x and spectrum_y in case of restart runs, spectrum_x and spectrum_y are now treat as global restart data not local

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 28.9 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 2956 2018-04-10 11:01:03Z Giersch $
27! spectrum_x and spectrum_y will only be allocated if they are not allocated
28! before (e.g. in case of restart runs)
29!
30! 2932 2018-03-26 09:39:22Z maronga
31! renamed spectra_par to spectra_parameters
32!
33! 2841 2018-02-27 15:02:57Z knoop
34! Bugfix: wrong placement of include 'mpif.h' corrected
35!
36! 2718 2018-01-02 08:49:38Z maronga
37! Corrected "Former revisions" section
38!
39! 2696 2017-12-14 17:12:51Z kanani
40! Change in file header (GPL part)
41!
42! 2216 2017-04-28 12:54:20Z suehring
43!
44! 2193 2017-03-22 04:21:28Z raasch
45! Normalization of spectra output adjusted
46!
47! 2192 2017-03-22 04:14:10Z raasch
48! bugfix for index bounds of arrays spectrum_x and spectrum_y
49!
50! 2000 2016-08-20 18:09:15Z knoop
51! Forced header and separation lines into 80 columns
52!
53! 1960 2016-07-12 16:34:24Z suehring
54! Additional default spectra for passive scalar
55!
56! 1833 2016-04-07 14:23:03Z raasch
57! file renamed, reading the spectra_par NAMELIST moved from package_parin to
58! here
59!
60! 1815 2016-04-06 13:49:59Z raasch
61! bugfix: preprocessor directives included for the non-parallel case
62!
63! 1808 2016-04-05 19:44:00Z raasch
64! MPI module used by default on all machines
65!
66! 1786 2016-03-08 05:49:27Z raasch
67! routine is modularized, filename renamed from calc_spectra to spectrum,
68! privious data module spectrum moved from modules.f90 to here,
69! cpp-direktives for spectra removed, immediate return if no spectra levels are
70! given
71!
72! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
73! Code annotations made doxygen readable
74!
75! 1575 2015-03-27 09:56:27Z raasch
76! adjustments for psolver-queries
77!
78! 1511 2014-12-16 15:54:16Z suehring
79! Bugfix concerning spectra normalization
80!
81! 1431 2014-07-15 14:47:17Z suehring
82! Wavenumber-integrated spectra coincide with respective variance.
83!
84! 1342 2014-03-26 17:04:47Z kanani
85! REAL constants defined as wp-kinds
86!
87! 1324 2014-03-21 09:13:16Z suehring
88! Bugfix: nzb_x, nzb_yd, nyn_x, nyn_x, nzt_x, nzt_yd belong to transpose_indices
89!
90! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
91! ONLY-attribute added to USE-statements,
92! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
93! kinds are defined in new module kinds,
94! revision history before 2012 removed,
95! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
96! all variable declaration statements
97!
98! 1318 2014-03-17 13:35:16Z raasch
99! module interfaces removed
100!
101! 1216 2013-08-26 09:31:42Z raasch
102! resorting of array moved to separate routine resort_for_zx,
103! one argument removed from the transpose_..d routines
104!
105! 1120 2013-04-05 15:11:35Z raasch
106! bugfix: calls of fft_x|y replaced by fft_x|y_1d
107!
108! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
109! code put under GPL (PALM 3.9)
110!
111! 1003 2012-09-14 14:35:53Z raasch
112! adjustment of array tend for cases with unequal subdomain sizes removed
113!
114! Revision 1.1  2001/01/05 15:08:07  raasch
115! Initial revision
116!
117!
118! Description:
119! ------------
120!> Calculate horizontal spectra along x and y.
121!> ATTENTION: 1d-decomposition along y still needs improvement, because in that
122!>            case the gridpoint number along z still depends on the PE number
123!>            because transpose_xz has to be used (and possibly also
124!>            transpose_zyd needs modification).
125!------------------------------------------------------------------------------!
126 MODULE spectra_mod
127
128    USE kinds
129
130    PRIVATE
131
132    CHARACTER (LEN=2),  DIMENSION(10) ::  spectra_direction = 'x'
133    CHARACTER (LEN=10), DIMENSION(10) ::  data_output_sp  = ' '
134
135    INTEGER(iwp) ::  average_count_sp = 0
136    INTEGER(iwp) ::  dosp_time_count = 0
137    INTEGER(iwp) ::  n_sp_x = 0, n_sp_y = 0
138
139    INTEGER(iwp) ::  comp_spectra_level(100) = 999999
140
141    LOGICAL ::  calculate_spectra   = .FALSE.  !< internal switch that spectra are calculated
142    LOGICAL ::  spectra_initialized = .FALSE.  !< internal switch that spectra related quantities are initialized
143
144    REAL(wp) ::  averaging_interval_sp = 9999999.9_wp  !< averaging interval for spectra output
145    REAL(wp) ::  dt_dosp = 9999999.9_wp                !< time interval for spectra output
146    REAL(wp) ::  skip_time_dosp = 9999999.9_wp         !< no output of spectra data before this interval has passed
147
148    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  var_d
149
150    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  spectrum_x, spectrum_y
151
152    SAVE
153
154    INTERFACE calc_spectra
155       MODULE PROCEDURE calc_spectra
156    END INTERFACE calc_spectra
157
158    INTERFACE preprocess_spectra
159       MODULE PROCEDURE preprocess_spectra
160    END INTERFACE preprocess_spectra
161
162    INTERFACE calc_spectra_x
163       MODULE PROCEDURE calc_spectra_x
164    END INTERFACE calc_spectra_x
165
166    INTERFACE calc_spectra_y
167       MODULE PROCEDURE calc_spectra_y
168    END INTERFACE calc_spectra_y
169
170    INTERFACE spectra_check_parameters
171       MODULE PROCEDURE spectra_check_parameters
172    END INTERFACE spectra_check_parameters
173
174    INTERFACE spectra_header
175       MODULE PROCEDURE spectra_header
176    END INTERFACE spectra_header
177
178    INTERFACE spectra_init
179       MODULE PROCEDURE spectra_init
180    END INTERFACE spectra_init
181
182    INTERFACE spectra_parin
183       MODULE PROCEDURE spectra_parin
184    END INTERFACE spectra_parin
185
186    PUBLIC average_count_sp, averaging_interval_sp, calc_spectra,              &
187           calculate_spectra, comp_spectra_level, data_output_sp,              &
188           dosp_time_count, dt_dosp, n_sp_x, n_sp_y, plot_spectra_level,       &
189           skip_time_dosp, spectra_check_parameters, spectra_direction,        &
190           spectra_header, spectra_init, spectra_parin, spectrum_x,            &
191           spectrum_y, var_d
192
193
194 CONTAINS
195
196!------------------------------------------------------------------------------!
197! Description:
198! ------------
199!> Parin for &spectra_par for calculating spectra
200!------------------------------------------------------------------------------!
201    SUBROUTINE spectra_parin
202
203       USE control_parameters,                                                 &
204           ONLY:  dt_data_output, message_string
205
206       IMPLICIT NONE
207
208       CHARACTER (LEN=80) ::  line  !< dummy string that contains the current  &
209                                    !< line of the parameter file
210
211       NAMELIST /spectra_par/  averaging_interval_sp, comp_spectra_level,      &
212                               data_output_sp, dt_dosp, skip_time_dosp,        &
213                               spectra_direction
214
215       NAMELIST /spectra_parameters/                                           &
216                               averaging_interval_sp, comp_spectra_level,      &
217                               data_output_sp, dt_dosp, skip_time_dosp,        &
218                               spectra_direction
219!
220!--    Position the namelist-file at the beginning (it was already opened in
221!--    parin), search for the namelist-group of the package and position the
222!--    file at this line.
223       line = ' '
224
225!
226!--    Try to find the spectra package
227       REWIND ( 11 )
228       line = ' '
229       DO   WHILE ( INDEX( line, '&spectra_parameters' ) == 0 )
230          READ ( 11, '(A)', END=10 )  line
231       ENDDO
232       BACKSPACE ( 11 )
233
234!
235!--    Read namelist
236       READ ( 11, spectra_parameters )
237
238!
239!--    Default setting of dt_dosp here (instead of check_parameters), because
240!--    its current value is needed in init_pegrid
241       IF ( dt_dosp == 9999999.9_wp )  dt_dosp = dt_data_output
242
243!
244!--    Set general switch that spectra shall be calculated
245       calculate_spectra = .TRUE.
246
247       GOTO 12
248!
249!--    Try to find the old namelist
250 10    REWIND ( 11 )
251       line = ' '
252       DO   WHILE ( INDEX( line, '&spectra_par' ) == 0 )
253          READ ( 11, '(A)', END=12 )  line
254       ENDDO
255       BACKSPACE ( 11 )
256
257!
258!--    Read namelist
259       READ ( 11, spectra_par )
260
261       
262       message_string = 'namelist spectra_par is deprecated and will be ' // &
263                     'removed in near future. Please &use namelist ' //      &
264                     'spectra_parameters instead'
265       CALL message( 'spectra_parin', 'PA0487', 0, 1, 0, 6, 0 )
266!
267!--    Default setting of dt_dosp here (instead of check_parameters), because
268!--    its current value is needed in init_pegrid
269       IF ( dt_dosp == 9999999.9_wp )  dt_dosp = dt_data_output
270
271!
272!--    Set general switch that spectra shall be calculated
273       calculate_spectra = .TRUE.
274       
275       
276 12    CONTINUE
277
278    END SUBROUTINE spectra_parin
279
280
281
282!------------------------------------------------------------------------------!
283! Description:
284! ------------
285!> Initialization of spectra related variables
286!------------------------------------------------------------------------------!
287    SUBROUTINE spectra_init
288
289       USE indices,                                                            &
290           ONLY:  nx, ny, nzb, nzt
291
292       IMPLICIT NONE
293
294       IF ( spectra_initialized )  RETURN
295
296       IF ( dt_dosp /= 9999999.9_wp )  THEN
297
298          IF ( .NOT. ALLOCATED( spectrum_x ) )  THEN
299             ALLOCATE( spectrum_x( 1:nx/2, 1:100, 1:10 ) )
300             spectrum_x = 0.0_wp
301          ENDIF
302
303          IF ( .NOT. ALLOCATED( spectrum_y ) )  THEN
304             ALLOCATE( spectrum_y( 1:ny/2, 1:100, 1:10 ) )
305             spectrum_y = 0.0_wp
306          ENDIF
307
308          ALLOCATE( var_d(nzb:nzt+1) )
309          var_d = 0.0_wp
310       ENDIF
311
312       spectra_initialized = .TRUE.
313
314    END SUBROUTINE spectra_init
315
316
317
318!------------------------------------------------------------------------------!
319! Description:
320! ------------
321!> Check spectra related quantities
322!------------------------------------------------------------------------------!
323    SUBROUTINE spectra_check_parameters
324
325       USE control_parameters,                                                 &
326           ONLY:  averaging_interval, message_string, skip_time_data_output
327
328       IMPLICIT NONE
329
330!
331!--    Check the average interval
332       IF ( averaging_interval_sp == 9999999.9_wp )  THEN
333          averaging_interval_sp = averaging_interval
334       ENDIF
335
336       IF ( averaging_interval_sp > dt_dosp )  THEN
337          WRITE( message_string, * )  'averaging_interval_sp = ',              &
338                averaging_interval_sp, ' must be <= dt_dosp = ', dt_dosp
339          CALL message( 'spectra_check_parameters', 'PA0087', 1, 2, 0, 6, 0 )
340       ENDIF
341
342!
343!--    Set the default skip time interval for data output, if necessary
344       IF ( skip_time_dosp == 9999999.9_wp )                                   &
345                                          skip_time_dosp = skip_time_data_output
346
347    END SUBROUTINE spectra_check_parameters
348
349
350
351!------------------------------------------------------------------------------!
352! Description:
353! ------------
354!> Header output for spectra
355!>
356!> @todo Output of netcdf data format and compression level
357!------------------------------------------------------------------------------!
358    SUBROUTINE spectra_header ( io )
359
360       USE control_parameters,                                                 &
361           ONLY:  dt_averaging_input_pr
362
363!       USE netcdf_interface,                                                  &
364!           ONLY:  netcdf_data_format_string, netcdf_deflate
365
366       IMPLICIT NONE
367
368       CHARACTER (LEN=40) ::  output_format       !< internal string
369
370       INTEGER(iwp) ::  i                         !< internal counter
371       INTEGER(iwp), INTENT(IN) ::  io            !< Unit of the output file
372
373!
374!--    Spectra output
375       IF ( dt_dosp /= 9999999.9_wp )  THEN
376          WRITE ( io, 1 )
377
378!          output_format = netcdf_data_format_string
379!          IF ( netcdf_deflate == 0 )  THEN
380!             WRITE ( io, 2 )  output_format
381!          ELSE
382!             WRITE ( io, 3 )  TRIM( output_format ), netcdf_deflate
383!          ENDIF
384          WRITE ( io, 2 )  'see profiles or other quantities'
385          WRITE ( io, 4 )  dt_dosp
386          IF ( skip_time_dosp /= 0.0_wp )  WRITE ( io, 5 )  skip_time_dosp
387          WRITE ( io, 6 )  ( data_output_sp(i), i = 1,10 ),     &
388                           ( spectra_direction(i), i = 1,10 ),  &
389                           ( comp_spectra_level(i), i = 1,100 ), &
390                           averaging_interval_sp, dt_averaging_input_pr
391       ENDIF
392
393     1 FORMAT ('    Spectra:')
394     2 FORMAT ('       Output format: ',A/)
395     3 FORMAT ('       Output format: ',A, '   compressed with level: ',I1/)
396     4 FORMAT ('       Output every ',F7.1,' s'/)
397     5 FORMAT ('       No output during initial ',F8.2,' s')
398     6 FORMAT ('       Arrays:     ', 10(A5,',')/                         &
399               '       Directions: ', 10(A5,',')/                         &
400               '       height levels  k = ', 20(I3,',')/                  &
401               '                          ', 20(I3,',')/                  &
402               '                          ', 20(I3,',')/                  &
403               '                          ', 20(I3,',')/                  &
404               '                          ', 19(I3,','),I3,'.'/           &
405               '       Time averaged over ', F7.1, ' s,' /                &
406               '       Profiles for the time averaging are taken every ', &
407                    F6.1,' s')
408
409    END SUBROUTINE spectra_header
410
411
412
413    SUBROUTINE calc_spectra
414
415       USE arrays_3d,                                                          &
416           ONLY:  d, tend
417
418       USE control_parameters,                                                 &
419           ONLY:  bc_lr_cyc, bc_ns_cyc, message_string, psolver
420
421       USE cpulog,                                                             &
422           ONLY:  cpu_log, log_point
423
424       USE fft_xy,                                                             &
425           ONLY:  fft_init
426
427       USE indices,                                                            &
428           ONLY:  nxl, nxr, nyn, nys, nzb, nzt
429
430       USE kinds
431
432       USE pegrid,                                                             &
433           ONLY:  myid, pdims
434
435       IMPLICIT NONE
436
437       INTEGER(iwp) ::  m  !<
438       INTEGER(iwp) ::  pr !<
439
440
441!
442!--    Check if user gave any levels for spectra to be calculated
443       IF ( comp_spectra_level(1) == 999999 )  RETURN
444
445       CALL cpu_log( log_point(30), 'calc_spectra', 'start' )
446
447!
448!--    Initialize spectra related quantities
449       CALL spectra_init
450
451!
452!--    Initialize ffts
453       CALL fft_init
454
455!
456!--    Reallocate array d in required size
457       IF ( psolver(1:9) == 'multigrid' )  THEN
458          DEALLOCATE( d )
459          ALLOCATE( d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) )
460       ENDIF
461
462       m = 1
463       DO WHILE ( data_output_sp(m) /= ' '  .AND.  m <= 10 )
464!
465!--       Transposition from z --> x  ( y --> x in case of a 1d-decomposition
466!--       along x)
467          IF ( INDEX( spectra_direction(m), 'x' ) /= 0 )  THEN
468
469!
470!--          Calculation of spectra works for cyclic boundary conditions only
471             IF ( .NOT. bc_lr_cyc )  THEN
472
473                message_string = 'non-cyclic lateral boundaries along x do'//  &
474                                 ' not & allow calculation of spectra along x'
475                CALL message( 'calc_spectra', 'PA0160', 1, 2, 0, 6, 0 )
476             ENDIF
477
478             CALL preprocess_spectra( m, pr )
479
480#if defined( __parallel )
481             IF ( pdims(2) /= 1 )  THEN
482                CALL resort_for_zx( d, tend )
483                CALL transpose_zx( tend, d )
484             ELSE
485                CALL transpose_yxd( d, d )
486             ENDIF
487             CALL calc_spectra_x( d, pr, m )
488#else
489             message_string = 'sorry, calculation of spectra in non paral' //  &
490                              'lel mode& is still not realized'
491             CALL message( 'calc_spectra', 'PA0161', 1, 2, 0, 6, 0 )
492#endif
493
494          ENDIF
495
496!
497!--       Transposition from z --> y (d is rearranged only in case of a
498!--       1d-decomposition along x)
499          IF ( INDEX( spectra_direction(m), 'y' ) /= 0 )  THEN
500
501!
502!--          Calculation of spectra works for cyclic boundary conditions only
503             IF ( .NOT. bc_ns_cyc )  THEN
504                IF ( myid == 0 )  THEN
505                   message_string = 'non-cyclic lateral boundaries along y' // &
506                                    ' do not & allow calculation of spectr' // &
507                                    'a along y'
508                   CALL message( 'calc_spectra', 'PA0162', 1, 2, 0, 6, 0 )
509                ENDIF
510                CALL local_stop
511             ENDIF
512
513             CALL preprocess_spectra( m, pr )
514
515#if defined( __parallel )
516             CALL transpose_zyd( d, d )
517             CALL calc_spectra_y( d, pr, m )
518#else
519             message_string = 'sorry, calculation of spectra in non paral' //  &
520                              'lel mode& is still not realized'
521             CALL message( 'calc_spectra', 'PA0161', 1, 2, 0, 6, 0 )
522#endif
523
524          ENDIF
525
526!
527!--       Increase counter for next spectrum
528          m = m + 1
529         
530       ENDDO
531
532!
533!--    Increase counter for averaging process in routine plot_spectra
534       average_count_sp = average_count_sp + 1
535
536       CALL cpu_log( log_point(30), 'calc_spectra', 'stop' )
537
538    END SUBROUTINE calc_spectra
539
540
541!------------------------------------------------------------------------------!
542! Description:
543! ------------
544!> @todo Missing subroutine description.
545!------------------------------------------------------------------------------!
546    SUBROUTINE preprocess_spectra( m, pr )
547
548       USE arrays_3d,                                                          &
549           ONLY:  d, pt, q, s, u, v, w
550
551       USE indices,                                                            &
552           ONLY:  ngp_2dh, nxl, nxr, nyn, nys, nzb, nzt
553
554       USE kinds
555
556#if defined( __parallel )
557#if !defined( __mpifh )
558       USE MPI
559#endif
560#endif
561
562       USE pegrid,                                                             &
563           ONLY:  collective_wait, comm2d, ierr
564
565       USE statistics,                                                         &
566           ONLY:  hom
567
568
569       IMPLICIT NONE
570
571#if defined( __parallel )
572#if defined( __mpifh )
573       INCLUDE "mpif.h"
574#endif
575#endif
576
577       INTEGER(iwp) :: i  !<
578       INTEGER(iwp) :: j  !<
579       INTEGER(iwp) :: k  !<
580       INTEGER(iwp) :: m  !<
581       INTEGER(iwp) :: pr !<
582
583       REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1) :: var_d_l
584
585       SELECT CASE ( TRIM( data_output_sp(m) ) )
586         
587       CASE ( 'u' )
588          pr = 1
589          d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = u(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
590       
591       CASE ( 'v' )
592          pr = 2
593          d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = v(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
594       
595       CASE ( 'w' )
596          pr = 3
597          d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = w(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
598       
599       CASE ( 'pt' )
600          pr = 4
601          d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = pt(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
602       
603       CASE ( 'q' )
604          pr = 41
605          d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = q(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
606         
607       CASE ( 's' )
608          pr = 117
609          d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = s(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
610       
611       CASE DEFAULT
612!
613!--       The DEFAULT case is reached either if the parameter data_output_sp(m)
614!--       contains a wrong character string or if the user has coded a special
615!--       case in the user interface. There, the subroutine user_spectra
616!--       checks which of these two conditions applies.
617          CALL user_spectra( 'preprocess', m, pr )
618         
619       END SELECT
620
621!
622!--    Subtract horizontal mean from the array, for which spectra have to be
623!--    calculated. Moreover, calculate variance of the respective quantitiy,
624!--    later used for normalizing spectra output.
625       var_d_l(:) = 0.0_wp
626       DO  i = nxl, nxr
627          DO  j = nys, nyn
628             DO  k = nzb+1, nzt
629                d(k,j,i)   = d(k,j,i) - hom(k,1,pr,0)
630                var_d_l(k) = var_d_l(k) + d(k,j,i) * d(k,j,i)
631             ENDDO
632          ENDDO
633       ENDDO
634!
635!--    Compute total variance from local variances
636       var_d(:) = 0.0_wp
637#if defined( __parallel )
638       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
639       CALL MPI_ALLREDUCE( var_d_l(0), var_d(0), nzt+1-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM, &
640                           comm2d, ierr )
641#else
642       var_d(:) = var_d_l(:)
643#endif
644       var_d(:) = var_d(:) / ngp_2dh(0)
645
646    END SUBROUTINE preprocess_spectra
647
648
649!------------------------------------------------------------------------------!
650! Description:
651! ------------
652!> @todo Missing subroutine description.
653!------------------------------------------------------------------------------!
654    SUBROUTINE calc_spectra_x( ddd, pr, m )
655
656       USE control_parameters,                                                 &
657           ONLY:  fft_method
658
659       USE fft_xy,                                                             &
660           ONLY:  fft_x_1d
661
662       USE grid_variables,                                                     &
663           ONLY:  dx
664
665       USE indices,                                                            &
666           ONLY:  nx, ny
667
668       USE kinds
669
670#if defined( __parallel )
671#if !defined( __mpifh )
672       USE MPI
673#endif
674#endif
675
676       USE pegrid,                                                             &
677           ONLY:  comm2d, ierr, myid
678
679       USE transpose_indices,                                                  &
680           ONLY:  nyn_x, nys_x, nzb_x, nzt_x
681
682
683       IMPLICIT NONE
684
685#if defined( __parallel )
686#if defined( __mpifh )
687       INCLUDE "mpif.h"
688#endif
689#endif
690
691       INTEGER(iwp) ::  i         !<
692       INTEGER(iwp) ::  ishape(1) !<
693       INTEGER(iwp) ::  j         !<
694       INTEGER(iwp) ::  k         !<
695       INTEGER(iwp) ::  m         !<
696       INTEGER(iwp) ::  n         !<
697       INTEGER(iwp) ::  pr        !<
698
699       REAL(wp) ::  exponent     !<
700       REAL(wp) ::  sum_spec_dum !< wavenumber-integrated spectrum
701   
702       REAL(wp), DIMENSION(0:nx) ::  work !<
703   
704       REAL(wp), DIMENSION(0:nx/2) ::  sums_spectra_l !<
705   
706       REAL(wp), DIMENSION(0:nx/2,100) ::  sums_spectra !<
707   
708       REAL(wp), DIMENSION(0:nx,nys_x:nyn_x,nzb_x:nzt_x) ::  ddd !<
709
710!
711!--    Exponent for geometric average
712       exponent = 1.0_wp / ( ny + 1.0_wp )
713
714!
715!--    Loop over all levels defined by the user
716       n = 1
717       DO WHILE ( comp_spectra_level(n) /= 999999  .AND.  n <= 100 )
718
719          k = comp_spectra_level(n)
720
721!
722!--       Calculate FFT only if the corresponding level is situated on this PE
723          IF ( k >= nzb_x  .AND.  k <= nzt_x )  THEN
724         
725             DO  j = nys_x, nyn_x
726
727                work = ddd(0:nx,j,k)
728                CALL fft_x_1d( work, 'forward' )
729
730                ddd(0,j,k) = dx * work(0)**2
731                DO  i = 1, nx/2
732                   ddd(i,j,k) = dx * ( work(i)**2 + work(nx+1-i)**2 )
733                ENDDO
734
735             ENDDO
736
737!
738!--          Local sum and geometric average of these spectra
739!--          (WARNING: no global sum should be performed, because floating
740!--          point overflow may occur)
741             DO  i = 0, nx/2
742
743                sums_spectra_l(i) = 1.0_wp
744                DO  j = nys_x, nyn_x
745                   sums_spectra_l(i) = sums_spectra_l(i) * ddd(i,j,k)**exponent
746                ENDDO
747
748             ENDDO
749         
750          ELSE
751
752             sums_spectra_l = 1.0_wp
753
754          ENDIF
755
756!
757!--       Global sum of spectra on PE0 (from where they are written on file)
758          sums_spectra(:,n) = 0.0_wp
759#if defined( __parallel )   
760          CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )  ! Necessary?
761          CALL MPI_REDUCE( sums_spectra_l(0), sums_spectra(0,n), nx/2+1,       &
762                           MPI_REAL, MPI_PROD, 0, comm2d, ierr )
763#else
764          sums_spectra(:,n) = sums_spectra_l
765#endif
766!
767!--       Normalize spectra by variance
768          sum_spec_dum = SUM( sums_spectra(1:nx/2,n) )
769
770          IF ( sum_spec_dum /= 0.0_wp )  THEN
771             sums_spectra(1:nx/2,n) = sums_spectra(1:nx/2,n) *                 &
772                                      var_d(k) / sum_spec_dum
773          ENDIF
774          n = n + 1
775
776       ENDDO
777       n = n - 1
778
779       IF ( myid == 0 )  THEN
780!
781!--       Sum of spectra for later averaging (see routine data_output_spectra)
782          DO  i = 1, nx/2
783             DO k = 1, n
784                spectrum_x(i,k,m) = spectrum_x(i,k,m) + sums_spectra(i,k)
785             ENDDO
786          ENDDO
787
788       ENDIF
789!
790!--    n_sp_x is needed by data_output_spectra_x
791       n_sp_x = n
792
793    END SUBROUTINE calc_spectra_x
794
795
796!------------------------------------------------------------------------------!
797! Description:
798! ------------
799!> @todo Missing subroutine description.
800!------------------------------------------------------------------------------!
801    SUBROUTINE calc_spectra_y( ddd, pr, m )
802
803       USE control_parameters,                                                 &
804           ONLY:  fft_method
805
806       USE fft_xy,                                                             &
807           ONLY:  fft_y_1d
808
809       USE grid_variables,                                                     &
810           ONLY:  dy
811
812       USE indices,                                                            &
813           ONLY:  nx, ny
814
815       USE kinds
816
817#if defined( __parallel )
818#if !defined( __mpifh )
819       USE MPI
820#endif
821#endif
822
823       USE pegrid,                                                             &
824           ONLY:  comm2d, ierr, myid
825
826       USE transpose_indices,                                                  &
827           ONLY:  nxl_yd, nxr_yd, nzb_yd, nzt_yd
828
829
830       IMPLICIT NONE
831
832#if defined( __parallel )
833#if defined( __mpifh )
834       INCLUDE "mpif.h"
835#endif
836#endif
837
838       INTEGER(iwp) ::  i         !<
839       INTEGER(iwp) ::  j         !<
840       INTEGER(iwp) ::  jshape(1) !<
841       INTEGER(iwp) ::  k         !<
842       INTEGER(iwp) ::  m         !<
843       INTEGER(iwp) ::  n         !<
844       INTEGER(iwp) ::  pr        !<
845
846       REAL(wp) ::  exponent !<
847       REAL(wp) ::  sum_spec_dum !< wavenumber-integrated spectrum
848   
849       REAL(wp), DIMENSION(0:ny) ::  work !<
850   
851       REAL(wp), DIMENSION(0:ny/2) ::  sums_spectra_l !<
852   
853       REAL(wp), DIMENSION(0:ny/2,100) ::  sums_spectra !<
854   
855       REAL(wp), DIMENSION(0:ny,nxl_yd:nxr_yd,nzb_yd:nzt_yd) :: ddd !<
856
857
858!
859!--    Exponent for geometric average
860       exponent = 1.0_wp / ( nx + 1.0_wp )
861
862!
863!--    Loop over all levels defined by the user
864       n = 1
865       DO WHILE ( comp_spectra_level(n) /= 999999  .AND.  n <= 100 )
866
867          k = comp_spectra_level(n)
868
869!
870!--       Calculate FFT only if the corresponding level is situated on this PE
871          IF ( k >= nzb_yd  .AND.  k <= nzt_yd )  THEN
872         
873             DO  i = nxl_yd, nxr_yd
874
875                work = ddd(0:ny,i,k)
876                CALL fft_y_1d( work, 'forward' )
877
878                ddd(0,i,k) = dy * work(0)**2
879                DO  j = 1, ny/2
880                   ddd(j,i,k) = dy * ( work(j)**2 + work(ny+1-j)**2 )
881                ENDDO
882
883             ENDDO
884
885!
886!--          Local sum and geometric average of these spectra
887!--          (WARNING: no global sum should be performed, because floating
888!--          point overflow may occur)
889             DO  j = 0, ny/2
890
891                sums_spectra_l(j) = 1.0_wp
892                DO  i = nxl_yd, nxr_yd
893                   sums_spectra_l(j) = sums_spectra_l(j) * ddd(j,i,k)**exponent
894                ENDDO
895
896             ENDDO
897         
898          ELSE
899
900             sums_spectra_l = 1.0_wp
901
902          ENDIF
903
904!
905!--       Global sum of spectra on PE0 (from where they are written on file)
906          sums_spectra(:,n) = 0.0_wp
907#if defined( __parallel )   
908          CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )  ! Necessary?
909          CALL MPI_REDUCE( sums_spectra_l(0), sums_spectra(0,n), ny/2+1,       &
910                           MPI_REAL, MPI_PROD, 0, comm2d, ierr )
911#else
912          sums_spectra(:,n) = sums_spectra_l
913#endif
914!
915!--       Normalize spectra by variance
916          sum_spec_dum = SUM( sums_spectra(1:ny/2,n) )
917          IF ( sum_spec_dum /= 0.0_wp )  THEN
918             sums_spectra(1:ny/2,n) = sums_spectra(1:ny/2,n) *                 &
919                                      var_d(k) / sum_spec_dum
920          ENDIF
921          n = n + 1
922
923       ENDDO
924       n = n - 1
925
926
927       IF ( myid == 0 )  THEN
928!
929!--       Sum of spectra for later averaging (see routine data_output_spectra)
930          DO  j = 1, ny/2
931             DO k = 1, n
932                spectrum_y(j,k,m) = spectrum_y(j,k,m) + sums_spectra(j,k)
933             ENDDO
934          ENDDO
935
936       ENDIF
937
938!
939!--    n_sp_y is needed by data_output_spectra_y
940       n_sp_y = n
941
942    END SUBROUTINE calc_spectra_y
943
944 END MODULE spectra_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.