source: palm/trunk/SOURCE/spectra_mod.f90 @ 3241

Last change on this file since 3241 was 3241, checked in by raasch, 6 years ago

various changes to avoid compiler warnings (mainly removal of unused variables)

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 28.7 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 3241 2018-09-12 15:02:00Z raasch $
27! unused variables removed
28!
29! 3049 2018-05-29 13:52:36Z Giersch
30! Error messages revised
31!
32! 3045 2018-05-28 07:55:41Z Giersch
33! Error message revised
34!
35! 2956 2018-04-10 11:01:03Z Giersch
36! spectrum_x and spectrum_y will only be allocated if they are not allocated
37! before (e.g. in case of restart runs)
38!
39! 2932 2018-03-26 09:39:22Z maronga
40! renamed spectra_par to spectra_parameters
41!
42! 2841 2018-02-27 15:02:57Z knoop
43! Bugfix: wrong placement of include 'mpif.h' corrected
44!
45! 2718 2018-01-02 08:49:38Z maronga
46! Corrected "Former revisions" section
47!
48! 2696 2017-12-14 17:12:51Z kanani
49! Change in file header (GPL part)
50!
51! 2216 2017-04-28 12:54:20Z suehring
52!
53! 2193 2017-03-22 04:21:28Z raasch
54! Normalization of spectra output adjusted
55!
56! 2192 2017-03-22 04:14:10Z raasch
57! bugfix for index bounds of arrays spectrum_x and spectrum_y
58!
59! 2000 2016-08-20 18:09:15Z knoop
60! Forced header and separation lines into 80 columns
61!
62! 1960 2016-07-12 16:34:24Z suehring
63! Additional default spectra for passive scalar
64!
65! 1833 2016-04-07 14:23:03Z raasch
66! file renamed, reading the spectra_par NAMELIST moved from package_parin to
67! here
68!
69! 1815 2016-04-06 13:49:59Z raasch
70! bugfix: preprocessor directives included for the non-parallel case
71!
72! 1808 2016-04-05 19:44:00Z raasch
73! MPI module used by default on all machines
74!
75! 1786 2016-03-08 05:49:27Z raasch
76! routine is modularized, filename renamed from calc_spectra to spectrum,
77! privious data module spectrum moved from modules.f90 to here,
78! cpp-direktives for spectra removed, immediate return if no spectra levels are
79! given
80!
81! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
82! Code annotations made doxygen readable
83!
84! 1575 2015-03-27 09:56:27Z raasch
85! adjustments for psolver-queries
86!
87! 1511 2014-12-16 15:54:16Z suehring
88! Bugfix concerning spectra normalization
89!
90! 1431 2014-07-15 14:47:17Z suehring
91! Wavenumber-integrated spectra coincide with respective variance.
92!
93! 1342 2014-03-26 17:04:47Z kanani
94! REAL constants defined as wp-kinds
95!
96! 1324 2014-03-21 09:13:16Z suehring
97! Bugfix: nzb_x, nzb_yd, nyn_x, nyn_x, nzt_x, nzt_yd belong to transpose_indices
98!
99! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
100! ONLY-attribute added to USE-statements,
101! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
102! kinds are defined in new module kinds,
103! revision history before 2012 removed,
104! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
105! all variable declaration statements
106!
107! 1318 2014-03-17 13:35:16Z raasch
108! module interfaces removed
109!
110! 1216 2013-08-26 09:31:42Z raasch
111! resorting of array moved to separate routine resort_for_zx,
112! one argument removed from the transpose_..d routines
113!
114! 1120 2013-04-05 15:11:35Z raasch
115! bugfix: calls of fft_x|y replaced by fft_x|y_1d
116!
117! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
118! code put under GPL (PALM 3.9)
119!
120! 1003 2012-09-14 14:35:53Z raasch
121! adjustment of array tend for cases with unequal subdomain sizes removed
122!
123! Revision 1.1  2001/01/05 15:08:07  raasch
124! Initial revision
125!
126!
127! Description:
128! ------------
129!> Calculate horizontal spectra along x and y.
130!> ATTENTION: 1d-decomposition along y still needs improvement, because in that
131!>            case the gridpoint number along z still depends on the PE number
132!>            because transpose_xz has to be used (and possibly also
133!>            transpose_zyd needs modification).
134!------------------------------------------------------------------------------!
135 MODULE spectra_mod
136
137    USE kinds
138
139    PRIVATE
140
141    CHARACTER (LEN=2),  DIMENSION(10) ::  spectra_direction = 'x'
142    CHARACTER (LEN=10), DIMENSION(10) ::  data_output_sp  = ' '
143
144    INTEGER(iwp) ::  average_count_sp = 0
145    INTEGER(iwp) ::  dosp_time_count = 0
146    INTEGER(iwp) ::  n_sp_x = 0, n_sp_y = 0
147
148    INTEGER(iwp) ::  comp_spectra_level(100) = 999999
149
150    LOGICAL ::  calculate_spectra   = .FALSE.  !< internal switch that spectra are calculated
151    LOGICAL ::  spectra_initialized = .FALSE.  !< internal switch that spectra related quantities are initialized
152
153    REAL(wp) ::  averaging_interval_sp = 9999999.9_wp  !< averaging interval for spectra output
154    REAL(wp) ::  dt_dosp = 9999999.9_wp                !< time interval for spectra output
155    REAL(wp) ::  skip_time_dosp = 9999999.9_wp         !< no output of spectra data before this interval has passed
156
157    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  var_d
158
159    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  spectrum_x, spectrum_y
160
161    SAVE
162
163    INTERFACE calc_spectra
164       MODULE PROCEDURE calc_spectra
165    END INTERFACE calc_spectra
166
167    INTERFACE preprocess_spectra
168       MODULE PROCEDURE preprocess_spectra
169    END INTERFACE preprocess_spectra
170
171    INTERFACE calc_spectra_x
172       MODULE PROCEDURE calc_spectra_x
173    END INTERFACE calc_spectra_x
174
175    INTERFACE calc_spectra_y
176       MODULE PROCEDURE calc_spectra_y
177    END INTERFACE calc_spectra_y
178
179    INTERFACE spectra_check_parameters
180       MODULE PROCEDURE spectra_check_parameters
181    END INTERFACE spectra_check_parameters
182
183    INTERFACE spectra_header
184       MODULE PROCEDURE spectra_header
185    END INTERFACE spectra_header
186
187    INTERFACE spectra_init
188       MODULE PROCEDURE spectra_init
189    END INTERFACE spectra_init
190
191    INTERFACE spectra_parin
192       MODULE PROCEDURE spectra_parin
193    END INTERFACE spectra_parin
194
195    PUBLIC average_count_sp, averaging_interval_sp, calc_spectra,              &
196           calculate_spectra, comp_spectra_level, data_output_sp,              &
197           dosp_time_count, dt_dosp, n_sp_x, n_sp_y, plot_spectra_level,       &
198           skip_time_dosp, spectra_check_parameters, spectra_direction,        &
199           spectra_header, spectra_init, spectra_parin, spectrum_x,            &
200           spectrum_y, var_d
201
202
203 CONTAINS
204
205!------------------------------------------------------------------------------!
206! Description:
207! ------------
208!> Parin for &spectra_par for calculating spectra
209!------------------------------------------------------------------------------!
210    SUBROUTINE spectra_parin
211
212       USE control_parameters,                                                 &
213           ONLY:  dt_data_output, message_string
214
215       IMPLICIT NONE
216
217       CHARACTER (LEN=80) ::  line  !< dummy string that contains the current  &
218                                    !< line of the parameter file
219
220       NAMELIST /spectra_par/  averaging_interval_sp, comp_spectra_level,      &
221                               data_output_sp, dt_dosp, skip_time_dosp,        &
222                               spectra_direction
223
224       NAMELIST /spectra_parameters/                                           &
225                               averaging_interval_sp, comp_spectra_level,      &
226                               data_output_sp, dt_dosp, skip_time_dosp,        &
227                               spectra_direction
228!
229!--    Position the namelist-file at the beginning (it was already opened in
230!--    parin), search for the namelist-group of the package and position the
231!--    file at this line.
232       line = ' '
233
234!
235!--    Try to find the spectra package
236       REWIND ( 11 )
237       line = ' '
238       DO   WHILE ( INDEX( line, '&spectra_parameters' ) == 0 )
239          READ ( 11, '(A)', END=10 )  line
240       ENDDO
241       BACKSPACE ( 11 )
242
243!
244!--    Read namelist
245       READ ( 11, spectra_parameters )
246
247!
248!--    Default setting of dt_dosp here (instead of check_parameters), because
249!--    its current value is needed in init_pegrid
250       IF ( dt_dosp == 9999999.9_wp )  dt_dosp = dt_data_output
251
252!
253!--    Set general switch that spectra shall be calculated
254       calculate_spectra = .TRUE.
255
256       GOTO 12
257!
258!--    Try to find the old namelist
259 10    REWIND ( 11 )
260       line = ' '
261       DO   WHILE ( INDEX( line, '&spectra_par' ) == 0 )
262          READ ( 11, '(A)', END=12 )  line
263       ENDDO
264       BACKSPACE ( 11 )
265
266!
267!--    Read namelist
268       READ ( 11, spectra_par )
269
270       
271       message_string = 'namelist spectra_par is deprecated and will be ' // &
272                     'removed in near future. Please use namelist ' //       &
273                     'spectra_parameters instead'
274       CALL message( 'spectra_parin', 'PA0487', 0, 1, 0, 6, 0 )
275!
276!--    Default setting of dt_dosp here (instead of check_parameters), because
277!--    its current value is needed in init_pegrid
278       IF ( dt_dosp == 9999999.9_wp )  dt_dosp = dt_data_output
279
280!
281!--    Set general switch that spectra shall be calculated
282       calculate_spectra = .TRUE.
283       
284       
285 12    CONTINUE
286
287    END SUBROUTINE spectra_parin
288
289
290
291!------------------------------------------------------------------------------!
292! Description:
293! ------------
294!> Initialization of spectra related variables
295!------------------------------------------------------------------------------!
296    SUBROUTINE spectra_init
297
298       USE indices,                                                            &
299           ONLY:  nx, ny, nzb, nzt
300
301       IMPLICIT NONE
302
303       IF ( spectra_initialized )  RETURN
304
305       IF ( dt_dosp /= 9999999.9_wp )  THEN
306
307          IF ( .NOT. ALLOCATED( spectrum_x ) )  THEN
308             ALLOCATE( spectrum_x( 1:nx/2, 1:100, 1:10 ) )
309             spectrum_x = 0.0_wp
310          ENDIF
311
312          IF ( .NOT. ALLOCATED( spectrum_y ) )  THEN
313             ALLOCATE( spectrum_y( 1:ny/2, 1:100, 1:10 ) )
314             spectrum_y = 0.0_wp
315          ENDIF
316
317          ALLOCATE( var_d(nzb:nzt+1) )
318          var_d = 0.0_wp
319       ENDIF
320
321       spectra_initialized = .TRUE.
322
323    END SUBROUTINE spectra_init
324
325
326
327!------------------------------------------------------------------------------!
328! Description:
329! ------------
330!> Check spectra related quantities
331!------------------------------------------------------------------------------!
332    SUBROUTINE spectra_check_parameters
333
334       USE control_parameters,                                                 &
335           ONLY:  averaging_interval, message_string, skip_time_data_output
336
337       IMPLICIT NONE
338
339!
340!--    Check the average interval
341       IF ( averaging_interval_sp == 9999999.9_wp )  THEN
342          averaging_interval_sp = averaging_interval
343       ENDIF
344
345       IF ( averaging_interval_sp > dt_dosp )  THEN
346          WRITE( message_string, * )  'averaging_interval_sp = ',              &
347                averaging_interval_sp, ' must be <= dt_dosp = ', dt_dosp
348          CALL message( 'spectra_check_parameters', 'PA0087', 1, 2, 0, 6, 0 )
349       ENDIF
350
351!
352!--    Set the default skip time interval for data output, if necessary
353       IF ( skip_time_dosp == 9999999.9_wp )                                   &
354                                          skip_time_dosp = skip_time_data_output
355
356    END SUBROUTINE spectra_check_parameters
357
358
359
360!------------------------------------------------------------------------------!
361! Description:
362! ------------
363!> Header output for spectra
364!>
365!> @todo Output of netcdf data format and compression level
366!------------------------------------------------------------------------------!
367    SUBROUTINE spectra_header ( io )
368
369       USE control_parameters,                                                 &
370           ONLY:  dt_averaging_input_pr
371
372!       USE netcdf_interface,                                                  &
373!           ONLY:  netcdf_data_format_string, netcdf_deflate
374
375       IMPLICIT NONE
376
377!       CHARACTER (LEN=40) ::  output_format       !< internal string
378
379       INTEGER(iwp) ::  i                         !< internal counter
380       INTEGER(iwp), INTENT(IN) ::  io            !< Unit of the output file
381
382!
383!--    Spectra output
384       IF ( dt_dosp /= 9999999.9_wp )  THEN
385          WRITE ( io, 1 )
386
387!          output_format = netcdf_data_format_string
388!          IF ( netcdf_deflate == 0 )  THEN
389!             WRITE ( io, 2 )  output_format
390!          ELSE
391!             WRITE ( io, 3 )  TRIM( output_format ), netcdf_deflate
392!          ENDIF
393          WRITE ( io, 2 )  'see profiles or other quantities'
394          WRITE ( io, 4 )  dt_dosp
395          IF ( skip_time_dosp /= 0.0_wp )  WRITE ( io, 5 )  skip_time_dosp
396          WRITE ( io, 6 )  ( data_output_sp(i), i = 1,10 ),     &
397                           ( spectra_direction(i), i = 1,10 ),  &
398                           ( comp_spectra_level(i), i = 1,100 ), &
399                           averaging_interval_sp, dt_averaging_input_pr
400       ENDIF
401
402     1 FORMAT ('    Spectra:')
403     2 FORMAT ('       Output format: ',A/)
404!     3 FORMAT ('       Output format: ',A, '   compressed with level: ',I1/)
405     4 FORMAT ('       Output every ',F7.1,' s'/)
406     5 FORMAT ('       No output during initial ',F8.2,' s')
407     6 FORMAT ('       Arrays:     ', 10(A5,',')/                         &
408               '       Directions: ', 10(A5,',')/                         &
409               '       height levels  k = ', 20(I3,',')/                  &
410               '                          ', 20(I3,',')/                  &
411               '                          ', 20(I3,',')/                  &
412               '                          ', 20(I3,',')/                  &
413               '                          ', 19(I3,','),I3,'.'/           &
414               '       Time averaged over ', F7.1, ' s,' /                &
415               '       Profiles for the time averaging are taken every ', &
416                    F6.1,' s')
417
418    END SUBROUTINE spectra_header
419
420
421
422    SUBROUTINE calc_spectra
423
424       USE arrays_3d,                                                          &
425           ONLY:  d, tend
426
427       USE control_parameters,                                                 &
428           ONLY:  bc_lr_cyc, bc_ns_cyc, message_string, psolver
429
430       USE cpulog,                                                             &
431           ONLY:  cpu_log, log_point
432
433       USE fft_xy,                                                             &
434           ONLY:  fft_init
435
436       USE indices,                                                            &
437           ONLY:  nxl, nxr, nyn, nys, nzb, nzt
438
439       USE kinds
440
441       USE pegrid,                                                             &
442           ONLY:  myid, pdims
443
444       IMPLICIT NONE
445
446       INTEGER(iwp) ::  m  !<
447       INTEGER(iwp) ::  pr !<
448
449
450!
451!--    Check if user gave any levels for spectra to be calculated
452       IF ( comp_spectra_level(1) == 999999 )  RETURN
453
454       CALL cpu_log( log_point(30), 'calc_spectra', 'start' )
455
456!
457!--    Initialize spectra related quantities
458       CALL spectra_init
459
460!
461!--    Initialize ffts
462       CALL fft_init
463
464!
465!--    Reallocate array d in required size
466       IF ( psolver(1:9) == 'multigrid' )  THEN
467          DEALLOCATE( d )
468          ALLOCATE( d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) )
469       ENDIF
470
471       m = 1
472       DO WHILE ( data_output_sp(m) /= ' '  .AND.  m <= 10 )
473!
474!--       Transposition from z --> x  ( y --> x in case of a 1d-decomposition
475!--       along x)
476          IF ( INDEX( spectra_direction(m), 'x' ) /= 0 )  THEN
477
478!
479!--          Calculation of spectra works for cyclic boundary conditions only
480             IF ( .NOT. bc_lr_cyc )  THEN
481
482                message_string = 'non-cyclic lateral boundaries along x do'//  &
483                                 ' not &  allow calculation of spectra along x'
484                CALL message( 'calc_spectra', 'PA0160', 1, 2, 0, 6, 0 )
485             ENDIF
486
487             CALL preprocess_spectra( m, pr )
488
489#if defined( __parallel )
490             IF ( pdims(2) /= 1 )  THEN
491                CALL resort_for_zx( d, tend )
492                CALL transpose_zx( tend, d )
493             ELSE
494                CALL transpose_yxd( d, d )
495             ENDIF
496             CALL calc_spectra_x( d, m )
497#else
498             message_string = 'sorry, calculation of spectra in non paral' //  &
499                              'lel mode& is still not realized'
500             CALL message( 'calc_spectra', 'PA0161', 1, 2, 0, 6, 0 )
501#endif
502
503          ENDIF
504
505!
506!--       Transposition from z --> y (d is rearranged only in case of a
507!--       1d-decomposition along x)
508          IF ( INDEX( spectra_direction(m), 'y' ) /= 0 )  THEN
509
510!
511!--          Calculation of spectra works for cyclic boundary conditions only
512             IF ( .NOT. bc_ns_cyc )  THEN
513                IF ( myid == 0 )  THEN
514                   message_string = 'non-cyclic lateral boundaries along y' // &
515                                    ' do not & allow calculation of spectra' //&
516                                    ' along y'
517                   CALL message( 'calc_spectra', 'PA0162', 1, 2, 0, 6, 0 )
518                ENDIF
519                CALL local_stop
520             ENDIF
521
522             CALL preprocess_spectra( m, pr )
523
524#if defined( __parallel )
525             CALL transpose_zyd( d, d )
526             CALL calc_spectra_y( d, m )
527#else
528             message_string = 'sorry, calculation of spectra in non paral' //  &
529                              'lel mode& is still not realized'
530             CALL message( 'calc_spectra', 'PA0161', 1, 2, 0, 6, 0 )
531#endif
532
533          ENDIF
534
535!
536!--       Increase counter for next spectrum
537          m = m + 1
538         
539       ENDDO
540
541!
542!--    Increase counter for averaging process in routine plot_spectra
543       average_count_sp = average_count_sp + 1
544
545       CALL cpu_log( log_point(30), 'calc_spectra', 'stop' )
546
547    END SUBROUTINE calc_spectra
548
549
550!------------------------------------------------------------------------------!
551! Description:
552! ------------
553!> @todo Missing subroutine description.
554!------------------------------------------------------------------------------!
555    SUBROUTINE preprocess_spectra( m, pr )
556
557       USE arrays_3d,                                                          &
558           ONLY:  d, pt, q, s, u, v, w
559
560       USE indices,                                                            &
561           ONLY:  ngp_2dh, nxl, nxr, nyn, nys, nzb, nzt
562
563       USE kinds
564
565#if defined( __parallel )
566#if !defined( __mpifh )
567       USE MPI
568#endif
569#endif
570
571       USE pegrid,                                                             &
572           ONLY:  collective_wait, comm2d, ierr
573
574       USE statistics,                                                         &
575           ONLY:  hom
576
577
578       IMPLICIT NONE
579
580#if defined( __parallel )
581#if defined( __mpifh )
582       INCLUDE "mpif.h"
583#endif
584#endif
585
586       INTEGER(iwp) :: i  !<
587       INTEGER(iwp) :: j  !<
588       INTEGER(iwp) :: k  !<
589       INTEGER(iwp) :: m  !<
590       INTEGER(iwp) :: pr !<
591
592       REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1) :: var_d_l
593
594       SELECT CASE ( TRIM( data_output_sp(m) ) )
595         
596       CASE ( 'u' )
597          pr = 1
598          d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = u(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
599       
600       CASE ( 'v' )
601          pr = 2
602          d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = v(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
603       
604       CASE ( 'w' )
605          pr = 3
606          d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = w(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
607       
608       CASE ( 'pt' )
609          pr = 4
610          d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = pt(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
611       
612       CASE ( 'q' )
613          pr = 41
614          d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = q(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
615         
616       CASE ( 's' )
617          pr = 117
618          d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = s(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
619       
620       CASE DEFAULT
621!
622!--       The DEFAULT case is reached either if the parameter data_output_sp(m)
623!--       contains a wrong character string or if the user has coded a special
624!--       case in the user interface. There, the subroutine user_spectra
625!--       checks which of these two conditions applies.
626          CALL user_spectra( 'preprocess', m, pr )
627         
628       END SELECT
629
630!
631!--    Subtract horizontal mean from the array, for which spectra have to be
632!--    calculated. Moreover, calculate variance of the respective quantitiy,
633!--    later used for normalizing spectra output.
634       var_d_l(:) = 0.0_wp
635       DO  i = nxl, nxr
636          DO  j = nys, nyn
637             DO  k = nzb+1, nzt
638                d(k,j,i)   = d(k,j,i) - hom(k,1,pr,0)
639                var_d_l(k) = var_d_l(k) + d(k,j,i) * d(k,j,i)
640             ENDDO
641          ENDDO
642       ENDDO
643!
644!--    Compute total variance from local variances
645       var_d(:) = 0.0_wp
646#if defined( __parallel ) 
647       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
648       CALL MPI_ALLREDUCE( var_d_l(0), var_d(0), nzt+1-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM, &
649                           comm2d, ierr )
650#else
651       var_d(:) = var_d_l(:)
652#endif
653       var_d(:) = var_d(:) / ngp_2dh(0)
654
655    END SUBROUTINE preprocess_spectra
656
657
658!------------------------------------------------------------------------------!
659! Description:
660! ------------
661!> @todo Missing subroutine description.
662!------------------------------------------------------------------------------!
663    SUBROUTINE calc_spectra_x( ddd, m )
664
665       USE fft_xy,                                                             &
666           ONLY:  fft_x_1d
667
668       USE grid_variables,                                                     &
669           ONLY:  dx
670
671       USE indices,                                                            &
672           ONLY:  nx, ny
673
674       USE kinds
675
676#if defined( __parallel )
677#if !defined( __mpifh )
678       USE MPI
679#endif
680#endif
681
682       USE pegrid,                                                             &
683           ONLY:  comm2d, ierr, myid
684
685       USE transpose_indices,                                                  &
686           ONLY:  nyn_x, nys_x, nzb_x, nzt_x
687
688
689       IMPLICIT NONE
690
691#if defined( __parallel )
692#if defined( __mpifh )
693       INCLUDE "mpif.h"
694#endif
695#endif
696
697       INTEGER(iwp) ::  i         !<
698       INTEGER(iwp) ::  j         !<
699       INTEGER(iwp) ::  k         !<
700       INTEGER(iwp) ::  m         !<
701       INTEGER(iwp) ::  n         !<
702
703       REAL(wp) ::  exponent     !<
704       REAL(wp) ::  sum_spec_dum !< wavenumber-integrated spectrum
705   
706       REAL(wp), DIMENSION(0:nx) ::  work !<
707   
708       REAL(wp), DIMENSION(0:nx/2) ::  sums_spectra_l !<
709   
710       REAL(wp), DIMENSION(0:nx/2,100) ::  sums_spectra !<
711   
712       REAL(wp), DIMENSION(0:nx,nys_x:nyn_x,nzb_x:nzt_x) ::  ddd !<
713
714!
715!--    Exponent for geometric average
716       exponent = 1.0_wp / ( ny + 1.0_wp )
717
718!
719!--    Loop over all levels defined by the user
720       n = 1
721       DO WHILE ( comp_spectra_level(n) /= 999999  .AND.  n <= 100 )
722
723          k = comp_spectra_level(n)
724
725!
726!--       Calculate FFT only if the corresponding level is situated on this PE
727          IF ( k >= nzb_x  .AND.  k <= nzt_x )  THEN
728         
729             DO  j = nys_x, nyn_x
730
731                work = ddd(0:nx,j,k)
732                CALL fft_x_1d( work, 'forward' )
733
734                ddd(0,j,k) = dx * work(0)**2
735                DO  i = 1, nx/2
736                   ddd(i,j,k) = dx * ( work(i)**2 + work(nx+1-i)**2 )
737                ENDDO
738
739             ENDDO
740
741!
742!--          Local sum and geometric average of these spectra
743!--          (WARNING: no global sum should be performed, because floating
744!--          point overflow may occur)
745             DO  i = 0, nx/2
746
747                sums_spectra_l(i) = 1.0_wp
748                DO  j = nys_x, nyn_x
749                   sums_spectra_l(i) = sums_spectra_l(i) * ddd(i,j,k)**exponent
750                ENDDO
751
752             ENDDO
753         
754          ELSE
755
756             sums_spectra_l = 1.0_wp
757
758          ENDIF
759
760!
761!--       Global sum of spectra on PE0 (from where they are written on file)
762          sums_spectra(:,n) = 0.0_wp
763#if defined( __parallel )   
764          CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )  ! Necessary?
765          CALL MPI_REDUCE( sums_spectra_l(0), sums_spectra(0,n), nx/2+1,       &
766                           MPI_REAL, MPI_PROD, 0, comm2d, ierr )
767#else
768          sums_spectra(:,n) = sums_spectra_l
769#endif
770!
771!--       Normalize spectra by variance
772          sum_spec_dum = SUM( sums_spectra(1:nx/2,n) )
773
774          IF ( sum_spec_dum /= 0.0_wp )  THEN
775             sums_spectra(1:nx/2,n) = sums_spectra(1:nx/2,n) *                 &
776                                      var_d(k) / sum_spec_dum
777          ENDIF
778          n = n + 1
779
780       ENDDO
781       n = n - 1
782
783       IF ( myid == 0 )  THEN
784!
785!--       Sum of spectra for later averaging (see routine data_output_spectra)
786          DO  i = 1, nx/2
787             DO k = 1, n
788                spectrum_x(i,k,m) = spectrum_x(i,k,m) + sums_spectra(i,k)
789             ENDDO
790          ENDDO
791
792       ENDIF
793!
794!--    n_sp_x is needed by data_output_spectra_x
795       n_sp_x = n
796
797    END SUBROUTINE calc_spectra_x
798
799
800!------------------------------------------------------------------------------!
801! Description:
802! ------------
803!> @todo Missing subroutine description.
804!------------------------------------------------------------------------------!
805    SUBROUTINE calc_spectra_y( ddd, m )
806
807       USE fft_xy,                                                             &
808           ONLY:  fft_y_1d
809
810       USE grid_variables,                                                     &
811           ONLY:  dy
812
813       USE indices,                                                            &
814           ONLY:  nx, ny
815
816       USE kinds
817
818#if defined( __parallel )
819#if !defined( __mpifh )
820       USE MPI
821#endif
822#endif
823
824       USE pegrid,                                                             &
825           ONLY:  comm2d, ierr, myid
826
827       USE transpose_indices,                                                  &
828           ONLY:  nxl_yd, nxr_yd, nzb_yd, nzt_yd
829
830
831       IMPLICIT NONE
832
833#if defined( __parallel )
834#if defined( __mpifh )
835       INCLUDE "mpif.h"
836#endif
837#endif
838
839       INTEGER(iwp) ::  i         !<
840       INTEGER(iwp) ::  j         !<
841       INTEGER(iwp) ::  k         !<
842       INTEGER(iwp) ::  m         !<
843       INTEGER(iwp) ::  n         !<
844
845       REAL(wp) ::  exponent !<
846       REAL(wp) ::  sum_spec_dum !< wavenumber-integrated spectrum
847   
848       REAL(wp), DIMENSION(0:ny) ::  work !<
849   
850       REAL(wp), DIMENSION(0:ny/2) ::  sums_spectra_l !<
851   
852       REAL(wp), DIMENSION(0:ny/2,100) ::  sums_spectra !<
853   
854       REAL(wp), DIMENSION(0:ny,nxl_yd:nxr_yd,nzb_yd:nzt_yd) :: ddd !<
855
856
857!
858!--    Exponent for geometric average
859       exponent = 1.0_wp / ( nx + 1.0_wp )
860
861!
862!--    Loop over all levels defined by the user
863       n = 1
864       DO WHILE ( comp_spectra_level(n) /= 999999  .AND.  n <= 100 )
865
866          k = comp_spectra_level(n)
867
868!
869!--       Calculate FFT only if the corresponding level is situated on this PE
870          IF ( k >= nzb_yd  .AND.  k <= nzt_yd )  THEN
871         
872             DO  i = nxl_yd, nxr_yd
873
874                work = ddd(0:ny,i,k)
875                CALL fft_y_1d( work, 'forward' )
876
877                ddd(0,i,k) = dy * work(0)**2
878                DO  j = 1, ny/2
879                   ddd(j,i,k) = dy * ( work(j)**2 + work(ny+1-j)**2 )
880                ENDDO
881
882             ENDDO
883
884!
885!--          Local sum and geometric average of these spectra
886!--          (WARNING: no global sum should be performed, because floating
887!--          point overflow may occur)
888             DO  j = 0, ny/2
889
890                sums_spectra_l(j) = 1.0_wp
891                DO  i = nxl_yd, nxr_yd
892                   sums_spectra_l(j) = sums_spectra_l(j) * ddd(j,i,k)**exponent
893                ENDDO
894
895             ENDDO
896         
897          ELSE
898
899             sums_spectra_l = 1.0_wp
900
901          ENDIF
902
903!
904!--       Global sum of spectra on PE0 (from where they are written on file)
905          sums_spectra(:,n) = 0.0_wp
906#if defined( __parallel )   
907          CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )  ! Necessary?
908          CALL MPI_REDUCE( sums_spectra_l(0), sums_spectra(0,n), ny/2+1,       &
909                           MPI_REAL, MPI_PROD, 0, comm2d, ierr )
910#else
911          sums_spectra(:,n) = sums_spectra_l
912#endif
913!
914!--       Normalize spectra by variance
915          sum_spec_dum = SUM( sums_spectra(1:ny/2,n) )
916          IF ( sum_spec_dum /= 0.0_wp )  THEN
917             sums_spectra(1:ny/2,n) = sums_spectra(1:ny/2,n) *                 &
918                                      var_d(k) / sum_spec_dum
919          ENDIF
920          n = n + 1
921
922       ENDDO
923       n = n - 1
924
925
926       IF ( myid == 0 )  THEN
927!
928!--       Sum of spectra for later averaging (see routine data_output_spectra)
929          DO  j = 1, ny/2
930             DO k = 1, n
931                spectrum_y(j,k,m) = spectrum_y(j,k,m) + sums_spectra(j,k)
932             ENDDO
933          ENDDO
934
935       ENDIF
936
937!
938!--    n_sp_y is needed by data_output_spectra_y
939       n_sp_y = n
940
941    END SUBROUTINE calc_spectra_y
942
943 END MODULE spectra_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.