source: palm/trunk/SOURCE/spectra_mod.f90 @ 3768

Last change on this file since 3768 was 3655, checked in by knoop, 3 years ago

Bugfix: made "unit" and "found" intend INOUT in module interface subroutines + automatic copyright update

  • Property svn:keywords set to Id
File size: 29.2 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 1997-2019 Leibniz Universitaet Hannover
18!------------------------------------------------------------------------------!
19!
20! Current revisions:
21! -----------------
22!
23!
24! Former revisions:
25! -----------------
26! $Id: spectra_mod.f90 3655 2019-01-07 16:51:22Z raasch $
27! Renamed output variables
28!
29! 3248 2018-09-14 09:42:06Z sward
30! Minor formating changes
31!
32! 3246 2018-09-13 15:14:50Z sward
33! Added error handling for input namelist via parin_fail_message
34!
35! 3241 2018-09-12 15:02:00Z raasch
36! unused variables removed
37!
38! 3049 2018-05-29 13:52:36Z Giersch
39! Error messages revised
40!
41! 3045 2018-05-28 07:55:41Z Giersch
42! Error message revised
43!
44! 2956 2018-04-10 11:01:03Z Giersch
45! spectrum_x and spectrum_y will only be allocated if they are not allocated
46! before (e.g. in case of restart runs)
47!
48! 2932 2018-03-26 09:39:22Z maronga
49! renamed spectra_par to spectra_parameters
50!
51! 2841 2018-02-27 15:02:57Z knoop
52! Bugfix: wrong placement of include 'mpif.h' corrected
53!
54! 2718 2018-01-02 08:49:38Z maronga
55! Corrected "Former revisions" section
56!
57! 2696 2017-12-14 17:12:51Z kanani
58! Change in file header (GPL part)
59!
60! 2216 2017-04-28 12:54:20Z suehring
61!
62! 2193 2017-03-22 04:21:28Z raasch
63! Normalization of spectra output adjusted
64!
65! 2192 2017-03-22 04:14:10Z raasch
66! bugfix for index bounds of arrays spectrum_x and spectrum_y
67!
68! 2000 2016-08-20 18:09:15Z knoop
69! Forced header and separation lines into 80 columns
70!
71! 1960 2016-07-12 16:34:24Z suehring
72! Additional default spectra for passive scalar
73!
74! 1833 2016-04-07 14:23:03Z raasch
75! file renamed, reading the spectra_par NAMELIST moved from package_parin to
76! here
77!
78! 1815 2016-04-06 13:49:59Z raasch
79! bugfix: preprocessor directives included for the non-parallel case
80!
81! 1808 2016-04-05 19:44:00Z raasch
82! MPI module used by default on all machines
83!
84! 1786 2016-03-08 05:49:27Z raasch
85! routine is modularized, filename renamed from calc_spectra to spectrum,
86! privious data module spectrum moved from modules.f90 to here,
87! cpp-direktives for spectra removed, immediate return if no spectra levels are
88! given
89!
90! 1682 2015-10-07 23:56:08Z knoop
91! Code annotations made doxygen readable
92!
93! 1575 2015-03-27 09:56:27Z raasch
94! adjustments for psolver-queries
95!
96! 1511 2014-12-16 15:54:16Z suehring
97! Bugfix concerning spectra normalization
98!
99! 1431 2014-07-15 14:47:17Z suehring
100! Wavenumber-integrated spectra coincide with respective variance.
101!
102! 1342 2014-03-26 17:04:47Z kanani
103! REAL constants defined as wp-kinds
104!
105! 1324 2014-03-21 09:13:16Z suehring
106! Bugfix: nzb_x, nzb_yd, nyn_x, nyn_x, nzt_x, nzt_yd belong to transpose_indices
107!
108! 1320 2014-03-20 08:40:49Z raasch
109! ONLY-attribute added to USE-statements,
110! kind-parameters added to all INTEGER and REAL declaration statements,
111! kinds are defined in new module kinds,
112! revision history before 2012 removed,
113! comment fields (!:) to be used for variable explanations added to
114! all variable declaration statements
115!
116! 1318 2014-03-17 13:35:16Z raasch
117! module interfaces removed
118!
119! 1216 2013-08-26 09:31:42Z raasch
120! resorting of array moved to separate routine resort_for_zx,
121! one argument removed from the transpose_..d routines
122!
123! 1120 2013-04-05 15:11:35Z raasch
124! bugfix: calls of fft_x|y replaced by fft_x|y_1d
125!
126! 1036 2012-10-22 13:43:42Z raasch
127! code put under GPL (PALM 3.9)
128!
129! 1003 2012-09-14 14:35:53Z raasch
130! adjustment of array tend for cases with unequal subdomain sizes removed
131!
132! Revision 1.1  2001/01/05 15:08:07  raasch
133! Initial revision
134!
135!
136! Description:
137! ------------
138!> Calculate horizontal spectra along x and y.
139!> ATTENTION: 1d-decomposition along y still needs improvement, because in that
140!>            case the gridpoint number along z still depends on the PE number
141!>            because transpose_xz has to be used (and possibly also
142!>            transpose_zyd needs modification).
143!------------------------------------------------------------------------------!
144 MODULE spectra_mod
145
146    USE kinds
147
148    PRIVATE
149
150    CHARACTER (LEN=2),  DIMENSION(10) ::  spectra_direction = 'x'
151    CHARACTER (LEN=10), DIMENSION(10) ::  data_output_sp  = ' '
152
153    INTEGER(iwp) ::  average_count_sp = 0
154    INTEGER(iwp) ::  dosp_time_count = 0
155    INTEGER(iwp) ::  n_sp_x = 0, n_sp_y = 0
156
157    INTEGER(iwp) ::  comp_spectra_level(100) = 999999
158
159    LOGICAL ::  calculate_spectra   = .FALSE.  !< internal switch that spectra are calculated
160    LOGICAL ::  spectra_initialized = .FALSE.  !< internal switch that spectra related quantities are initialized
161
162    REAL(wp) ::  averaging_interval_sp = 9999999.9_wp  !< averaging interval for spectra output
163    REAL(wp) ::  dt_dosp = 9999999.9_wp                !< time interval for spectra output
164    REAL(wp) ::  skip_time_dosp = 9999999.9_wp         !< no output of spectra data before this interval has passed
165
166    REAL(wp), DIMENSION(:), ALLOCATABLE ::  var_d
167
168    REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::  spectrum_x, spectrum_y
169
170    SAVE
171
172    INTERFACE calc_spectra
173       MODULE PROCEDURE calc_spectra
174    END INTERFACE calc_spectra
175
176    INTERFACE preprocess_spectra
177       MODULE PROCEDURE preprocess_spectra
178    END INTERFACE preprocess_spectra
179
180    INTERFACE calc_spectra_x
181       MODULE PROCEDURE calc_spectra_x
182    END INTERFACE calc_spectra_x
183
184    INTERFACE calc_spectra_y
185       MODULE PROCEDURE calc_spectra_y
186    END INTERFACE calc_spectra_y
187
188    INTERFACE spectra_check_parameters
189       MODULE PROCEDURE spectra_check_parameters
190    END INTERFACE spectra_check_parameters
191
192    INTERFACE spectra_header
193       MODULE PROCEDURE spectra_header
194    END INTERFACE spectra_header
195
196    INTERFACE spectra_init
197       MODULE PROCEDURE spectra_init
198    END INTERFACE spectra_init
199
200    INTERFACE spectra_parin
201       MODULE PROCEDURE spectra_parin
202    END INTERFACE spectra_parin
203
204    PUBLIC average_count_sp, averaging_interval_sp, calc_spectra,              &
205           calculate_spectra, comp_spectra_level, data_output_sp,              &
206           dosp_time_count, dt_dosp, n_sp_x, n_sp_y, plot_spectra_level,       &
207           skip_time_dosp, spectra_check_parameters, spectra_direction,        &
208           spectra_header, spectra_init, spectra_parin, spectrum_x,            &
209           spectrum_y, var_d
210
211
212 CONTAINS
213
214!------------------------------------------------------------------------------!
215! Description:
216! ------------
217!> Parin for &spectra_par for calculating spectra
218!------------------------------------------------------------------------------!
219    SUBROUTINE spectra_parin
220
221       USE control_parameters,                                                 &
222           ONLY:  dt_data_output, message_string
223
224       IMPLICIT NONE
225
226       CHARACTER (LEN=80) ::  line  !< dummy string that contains the current  &
227                                    !< line of the parameter file
228
229       NAMELIST /spectra_par/  averaging_interval_sp, comp_spectra_level,      &
230                               data_output_sp, dt_dosp, skip_time_dosp,        &
231                               spectra_direction
232
233       NAMELIST /spectra_parameters/                                           &
234                               averaging_interval_sp, comp_spectra_level,      &
235                               data_output_sp, dt_dosp, skip_time_dosp,        &
236                               spectra_direction
237!
238!--    Position the namelist-file at the beginning (it was already opened in
239!--    parin), search for the namelist-group of the package and position the
240!--    file at this line.
241       line = ' '
242
243!
244!--    Try to find the spectra package
245       REWIND ( 11 )
246       line = ' '
247       DO WHILE ( INDEX( line, '&spectra_parameters' ) == 0 )
248          READ ( 11, '(A)', END=12 )  line
249       ENDDO
250       BACKSPACE ( 11 )
251
252!
253!--    Read namelist
254       READ ( 11, spectra_parameters, ERR = 10 )
255
256!
257!--    Default setting of dt_dosp here (instead of check_parameters), because
258!--    its current value is needed in init_pegrid
259       IF ( dt_dosp == 9999999.9_wp )  dt_dosp = dt_data_output
260
261!
262!--    Set general switch that spectra shall be calculated
263       calculate_spectra = .TRUE.
264
265       GOTO 14
266
267 10    BACKSPACE( 11 )
268       READ( 11 , '(A)') line
269       CALL parin_fail_message( 'spectra_parameters', line )
270!
271!--    Try to find the old namelist
272 12    REWIND ( 11 )
273       line = ' '
274       DO WHILE ( INDEX( line, '&spectra_par' ) == 0 )
275          READ ( 11, '(A)', END=14 )  line
276       ENDDO
277       BACKSPACE ( 11 )
278
279!
280!--    Read namelist
281       READ ( 11, spectra_par, ERR = 13, END = 14 )
282
283       
284       message_string = 'namelist spectra_par is deprecated and will be ' // &
285                     'removed in near future. Please use namelist ' //       &
286                     'spectra_parameters instead'
287       CALL message( 'spectra_parin', 'PA0487', 0, 1, 0, 6, 0 )
288!
289!--    Default setting of dt_dosp here (instead of check_parameters), because
290!--    its current value is needed in init_pegrid
291       IF ( dt_dosp == 9999999.9_wp )  dt_dosp = dt_data_output
292
293!
294!--    Set general switch that spectra shall be calculated
295       calculate_spectra = .TRUE.
296       
297       GOTO 14
298
299 13    BACKSPACE( 11 )
300       READ( 11 , '(A)') line
301       CALL parin_fail_message( 'spectra_par', line )
302       
303       
304 14    CONTINUE
305
306    END SUBROUTINE spectra_parin
307
308
309
310!------------------------------------------------------------------------------!
311! Description:
312! ------------
313!> Initialization of spectra related variables
314!------------------------------------------------------------------------------!
315    SUBROUTINE spectra_init
316
317       USE indices,                                                            &
318           ONLY:  nx, ny, nzb, nzt
319
320       IMPLICIT NONE
321
322       IF ( spectra_initialized )  RETURN
323
324       IF ( dt_dosp /= 9999999.9_wp )  THEN
325
326          IF ( .NOT. ALLOCATED( spectrum_x ) )  THEN
327             ALLOCATE( spectrum_x( 1:nx/2, 1:100, 1:10 ) )
328             spectrum_x = 0.0_wp
329          ENDIF
330
331          IF ( .NOT. ALLOCATED( spectrum_y ) )  THEN
332             ALLOCATE( spectrum_y( 1:ny/2, 1:100, 1:10 ) )
333             spectrum_y = 0.0_wp
334          ENDIF
335
336          ALLOCATE( var_d(nzb:nzt+1) )
337          var_d = 0.0_wp
338       ENDIF
339
340       spectra_initialized = .TRUE.
341
342    END SUBROUTINE spectra_init
343
344
345
346!------------------------------------------------------------------------------!
347! Description:
348! ------------
349!> Check spectra related quantities
350!------------------------------------------------------------------------------!
351    SUBROUTINE spectra_check_parameters
352
353       USE control_parameters,                                                 &
354           ONLY:  averaging_interval, message_string, skip_time_data_output
355
356       IMPLICIT NONE
357
358!
359!--    Check the average interval
360       IF ( averaging_interval_sp == 9999999.9_wp )  THEN
361          averaging_interval_sp = averaging_interval
362       ENDIF
363
364       IF ( averaging_interval_sp > dt_dosp )  THEN
365          WRITE( message_string, * )  'averaging_interval_sp = ',              &
366                averaging_interval_sp, ' must be <= dt_dosp = ', dt_dosp
367          CALL message( 'spectra_check_parameters', 'PA0087', 1, 2, 0, 6, 0 )
368       ENDIF
369
370!
371!--    Set the default skip time interval for data output, if necessary
372       IF ( skip_time_dosp == 9999999.9_wp )                                   &
373                                          skip_time_dosp = skip_time_data_output
374
375    END SUBROUTINE spectra_check_parameters
376
377
378
379!------------------------------------------------------------------------------!
380! Description:
381! ------------
382!> Header output for spectra
383!>
384!> @todo Output of netcdf data format and compression level
385!------------------------------------------------------------------------------!
386    SUBROUTINE spectra_header ( io )
387
388       USE control_parameters,                                                 &
389           ONLY:  dt_averaging_input_pr
390
391!       USE netcdf_interface,                                                  &
392!           ONLY:  netcdf_data_format_string, netcdf_deflate
393
394       IMPLICIT NONE
395
396!       CHARACTER (LEN=40) ::  output_format       !< internal string
397
398       INTEGER(iwp) ::  i                         !< internal counter
399       INTEGER(iwp), INTENT(IN) ::  io            !< Unit of the output file
400
401!
402!--    Spectra output
403       IF ( dt_dosp /= 9999999.9_wp )  THEN
404          WRITE ( io, 1 )
405
406!          output_format = netcdf_data_format_string
407!          IF ( netcdf_deflate == 0 )  THEN
408!             WRITE ( io, 2 )  output_format
409!          ELSE
410!             WRITE ( io, 3 )  TRIM( output_format ), netcdf_deflate
411!          ENDIF
412          WRITE ( io, 2 )  'see profiles or other quantities'
413          WRITE ( io, 4 )  dt_dosp
414          IF ( skip_time_dosp /= 0.0_wp )  WRITE ( io, 5 )  skip_time_dosp
415          WRITE ( io, 6 )  ( data_output_sp(i), i = 1,10 ),     &
416                           ( spectra_direction(i), i = 1,10 ),  &
417                           ( comp_spectra_level(i), i = 1,100 ), &
418                           averaging_interval_sp, dt_averaging_input_pr
419       ENDIF
420
421     1 FORMAT ('    Spectra:')
422     2 FORMAT ('       Output format: ',A/)
423!     3 FORMAT ('       Output format: ',A, '   compressed with level: ',I1/)
424     4 FORMAT ('       Output every ',F7.1,' s'/)
425     5 FORMAT ('       No output during initial ',F8.2,' s')
426     6 FORMAT ('       Arrays:     ', 10(A5,',')/                         &
427               '       Directions: ', 10(A5,',')/                         &
428               '       height levels  k = ', 20(I3,',')/                  &
429               '                          ', 20(I3,',')/                  &
430               '                          ', 20(I3,',')/                  &
431               '                          ', 20(I3,',')/                  &
432               '                          ', 19(I3,','),I3,'.'/           &
433               '       Time averaged over ', F7.1, ' s,' /                &
434               '       Profiles for the time averaging are taken every ', &
435                    F6.1,' s')
436
437    END SUBROUTINE spectra_header
438
439
440
441    SUBROUTINE calc_spectra
442
443       USE arrays_3d,                                                          &
444           ONLY:  d, tend
445
446       USE control_parameters,                                                 &
447           ONLY:  bc_lr_cyc, bc_ns_cyc, message_string, psolver
448
449       USE cpulog,                                                             &
450           ONLY:  cpu_log, log_point
451
452       USE fft_xy,                                                             &
453           ONLY:  fft_init
454
455       USE indices,                                                            &
456           ONLY:  nxl, nxr, nyn, nys, nzb, nzt
457
458       USE kinds
459
460       USE pegrid,                                                             &
461           ONLY:  myid, pdims
462
463       IMPLICIT NONE
464
465       INTEGER(iwp) ::  m  !<
466       INTEGER(iwp) ::  pr !<
467
468
469!
470!--    Check if user gave any levels for spectra to be calculated
471       IF ( comp_spectra_level(1) == 999999 )  RETURN
472
473       CALL cpu_log( log_point(30), 'calc_spectra', 'start' )
474
475!
476!--    Initialize spectra related quantities
477       CALL spectra_init
478
479!
480!--    Initialize ffts
481       CALL fft_init
482
483!
484!--    Reallocate array d in required size
485       IF ( psolver(1:9) == 'multigrid' )  THEN
486          DEALLOCATE( d )
487          ALLOCATE( d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) )
488       ENDIF
489
490       m = 1
491       DO WHILE ( data_output_sp(m) /= ' '  .AND.  m <= 10 )
492!
493!--       Transposition from z --> x  ( y --> x in case of a 1d-decomposition
494!--       along x)
495          IF ( INDEX( spectra_direction(m), 'x' ) /= 0 )  THEN
496
497!
498!--          Calculation of spectra works for cyclic boundary conditions only
499             IF ( .NOT. bc_lr_cyc )  THEN
500
501                message_string = 'non-cyclic lateral boundaries along x do'//  &
502                                 ' not &  allow calculation of spectra along x'
503                CALL message( 'calc_spectra', 'PA0160', 1, 2, 0, 6, 0 )
504             ENDIF
505
506             CALL preprocess_spectra( m, pr )
507
508#if defined( __parallel )
509             IF ( pdims(2) /= 1 )  THEN
510                CALL resort_for_zx( d, tend )
511                CALL transpose_zx( tend, d )
512             ELSE
513                CALL transpose_yxd( d, d )
514             ENDIF
515             CALL calc_spectra_x( d, m )
516#else
517             message_string = 'sorry, calculation of spectra in non paral' //  &
518                              'lel mode& is still not realized'
519             CALL message( 'calc_spectra', 'PA0161', 1, 2, 0, 6, 0 )
520#endif
521
522          ENDIF
523
524!
525!--       Transposition from z --> y (d is rearranged only in case of a
526!--       1d-decomposition along x)
527          IF ( INDEX( spectra_direction(m), 'y' ) /= 0 )  THEN
528
529!
530!--          Calculation of spectra works for cyclic boundary conditions only
531             IF ( .NOT. bc_ns_cyc )  THEN
532                IF ( myid == 0 )  THEN
533                   message_string = 'non-cyclic lateral boundaries along y' // &
534                                    ' do not & allow calculation of spectra' //&
535                                    ' along y'
536                   CALL message( 'calc_spectra', 'PA0162', 1, 2, 0, 6, 0 )
537                ENDIF
538                CALL local_stop
539             ENDIF
540
541             CALL preprocess_spectra( m, pr )
542
543#if defined( __parallel )
544             CALL transpose_zyd( d, d )
545             CALL calc_spectra_y( d, m )
546#else
547             message_string = 'sorry, calculation of spectra in non paral' //  &
548                              'lel mode& is still not realized'
549             CALL message( 'calc_spectra', 'PA0161', 1, 2, 0, 6, 0 )
550#endif
551
552          ENDIF
553
554!
555!--       Increase counter for next spectrum
556          m = m + 1
557         
558       ENDDO
559
560!
561!--    Increase counter for averaging process in routine plot_spectra
562       average_count_sp = average_count_sp + 1
563
564       CALL cpu_log( log_point(30), 'calc_spectra', 'stop' )
565
566    END SUBROUTINE calc_spectra
567
568
569!------------------------------------------------------------------------------!
570! Description:
571! ------------
572!> @todo Missing subroutine description.
573!------------------------------------------------------------------------------!
574    SUBROUTINE preprocess_spectra( m, pr )
575
576       USE arrays_3d,                                                          &
577           ONLY:  d, pt, q, s, u, v, w
578
579       USE indices,                                                            &
580           ONLY:  ngp_2dh, nxl, nxr, nyn, nys, nzb, nzt
581
582       USE kinds
583
584#if defined( __parallel )
585#if !defined( __mpifh )
586       USE MPI
587#endif
588#endif
589
590       USE pegrid,                                                             &
591           ONLY:  collective_wait, comm2d, ierr
592
593       USE statistics,                                                         &
594           ONLY:  hom
595
596
597       IMPLICIT NONE
598
599#if defined( __parallel )
600#if defined( __mpifh )
601       INCLUDE "mpif.h"
602#endif
603#endif
604
605       INTEGER(iwp) :: i  !<
606       INTEGER(iwp) :: j  !<
607       INTEGER(iwp) :: k  !<
608       INTEGER(iwp) :: m  !<
609       INTEGER(iwp) :: pr !<
610
611       REAL(wp), DIMENSION(nzb:nzt+1) :: var_d_l
612
613       SELECT CASE ( TRIM( data_output_sp(m) ) )
614         
615       CASE ( 'u' )
616          pr = 1
617          d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = u(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
618       
619       CASE ( 'v' )
620          pr = 2
621          d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = v(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
622       
623       CASE ( 'w' )
624          pr = 3
625          d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = w(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
626       
627       CASE ( 'theta' )
628          pr = 4
629          d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = pt(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
630       
631       CASE ( 'q' )
632          pr = 41
633          d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = q(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
634         
635       CASE ( 's' )
636          pr = 117
637          d(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr) = s(nzb+1:nzt,nys:nyn,nxl:nxr)
638       
639       CASE DEFAULT
640!
641!--       The DEFAULT case is reached either if the parameter data_output_sp(m)
642!--       contains a wrong character string or if the user has coded a special
643!--       case in the user interface. There, the subroutine user_spectra
644!--       checks which of these two conditions applies.
645          CALL user_spectra( 'preprocess', m, pr )
646         
647       END SELECT
648
649!
650!--    Subtract horizontal mean from the array, for which spectra have to be
651!--    calculated. Moreover, calculate variance of the respective quantitiy,
652!--    later used for normalizing spectra output.
653       var_d_l(:) = 0.0_wp
654       DO  i = nxl, nxr
655          DO  j = nys, nyn
656             DO  k = nzb+1, nzt
657                d(k,j,i)   = d(k,j,i) - hom(k,1,pr,0)
658                var_d_l(k) = var_d_l(k) + d(k,j,i) * d(k,j,i)
659             ENDDO
660          ENDDO
661       ENDDO
662!
663!--    Compute total variance from local variances
664       var_d(:) = 0.0_wp
665#if defined( __parallel )
666       IF ( collective_wait )  CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )
667       CALL MPI_ALLREDUCE( var_d_l(0), var_d(0), nzt+1-nzb, MPI_REAL, MPI_SUM, &
668                           comm2d, ierr )
669#else
670       var_d(:) = var_d_l(:)
671#endif
672       var_d(:) = var_d(:) / ngp_2dh(0)
673
674    END SUBROUTINE preprocess_spectra
675
676
677!------------------------------------------------------------------------------!
678! Description:
679! ------------
680!> @todo Missing subroutine description.
681!------------------------------------------------------------------------------!
682    SUBROUTINE calc_spectra_x( ddd, m )
683
684       USE fft_xy,                                                             &
685           ONLY:  fft_x_1d
686
687       USE grid_variables,                                                     &
688           ONLY:  dx
689
690       USE indices,                                                            &
691           ONLY:  nx, ny
692
693       USE kinds
694
695#if defined( __parallel )
696#if !defined( __mpifh )
697       USE MPI
698#endif
699#endif
700
701       USE pegrid,                                                             &
702           ONLY:  comm2d, ierr, myid
703
704       USE transpose_indices,                                                  &
705           ONLY:  nyn_x, nys_x, nzb_x, nzt_x
706
707
708       IMPLICIT NONE
709
710#if defined( __parallel )
711#if defined( __mpifh )
712       INCLUDE "mpif.h"
713#endif
714#endif
715
716       INTEGER(iwp) ::  i         !<
717       INTEGER(iwp) ::  j         !<
718       INTEGER(iwp) ::  k         !<
719       INTEGER(iwp) ::  m         !<
720       INTEGER(iwp) ::  n         !<
721
722       REAL(wp) ::  exponent     !<
723       REAL(wp) ::  sum_spec_dum !< wavenumber-integrated spectrum
724   
725       REAL(wp), DIMENSION(0:nx) ::  work !<
726   
727       REAL(wp), DIMENSION(0:nx/2) ::  sums_spectra_l !<
728   
729       REAL(wp), DIMENSION(0:nx/2,100) ::  sums_spectra !<
730   
731       REAL(wp), DIMENSION(0:nx,nys_x:nyn_x,nzb_x:nzt_x) ::  ddd !<
732
733!
734!--    Exponent for geometric average
735       exponent = 1.0_wp / ( ny + 1.0_wp )
736
737!
738!--    Loop over all levels defined by the user
739       n = 1
740       DO WHILE ( comp_spectra_level(n) /= 999999  .AND.  n <= 100 )
741
742          k = comp_spectra_level(n)
743
744!
745!--       Calculate FFT only if the corresponding level is situated on this PE
746          IF ( k >= nzb_x  .AND.  k <= nzt_x )  THEN
747         
748             DO  j = nys_x, nyn_x
749
750                work = ddd(0:nx,j,k)
751                CALL fft_x_1d( work, 'forward' )
752
753                ddd(0,j,k) = dx * work(0)**2
754                DO  i = 1, nx/2
755                   ddd(i,j,k) = dx * ( work(i)**2 + work(nx+1-i)**2 )
756                ENDDO
757
758             ENDDO
759
760!
761!--          Local sum and geometric average of these spectra
762!--          (WARNING: no global sum should be performed, because floating
763!--          point overflow may occur)
764             DO  i = 0, nx/2
765
766                sums_spectra_l(i) = 1.0_wp
767                DO  j = nys_x, nyn_x
768                   sums_spectra_l(i) = sums_spectra_l(i) * ddd(i,j,k)**exponent
769                ENDDO
770
771             ENDDO
772         
773          ELSE
774
775             sums_spectra_l = 1.0_wp
776
777          ENDIF
778
779!
780!--       Global sum of spectra on PE0 (from where they are written on file)
781          sums_spectra(:,n) = 0.0_wp
782#if defined( __parallel )   
783          CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )  ! Necessary?
784          CALL MPI_REDUCE( sums_spectra_l(0), sums_spectra(0,n), nx/2+1,       &
785                           MPI_REAL, MPI_PROD, 0, comm2d, ierr )
786#else
787          sums_spectra(:,n) = sums_spectra_l
788#endif
789!
790!--       Normalize spectra by variance
791          sum_spec_dum = SUM( sums_spectra(1:nx/2,n) )
792
793          IF ( sum_spec_dum /= 0.0_wp )  THEN
794             sums_spectra(1:nx/2,n) = sums_spectra(1:nx/2,n) *                 &
795                                      var_d(k) / sum_spec_dum
796          ENDIF
797          n = n + 1
798
799       ENDDO
800       n = n - 1
801
802       IF ( myid == 0 )  THEN
803!
804!--       Sum of spectra for later averaging (see routine data_output_spectra)
805          DO  i = 1, nx/2
806             DO k = 1, n
807                spectrum_x(i,k,m) = spectrum_x(i,k,m) + sums_spectra(i,k)
808             ENDDO
809          ENDDO
810
811       ENDIF
812!
813!--    n_sp_x is needed by data_output_spectra_x
814       n_sp_x = n
815
816    END SUBROUTINE calc_spectra_x
817
818
819!------------------------------------------------------------------------------!
820! Description:
821! ------------
822!> @todo Missing subroutine description.
823!------------------------------------------------------------------------------!
824    SUBROUTINE calc_spectra_y( ddd, m )
825
826       USE fft_xy,                                                             &
827           ONLY:  fft_y_1d
828
829       USE grid_variables,                                                     &
830           ONLY:  dy
831
832       USE indices,                                                            &
833           ONLY:  nx, ny
834
835       USE kinds
836
837#if defined( __parallel )
838#if !defined( __mpifh )
839       USE MPI
840#endif
841#endif
842
843       USE pegrid,                                                             &
844           ONLY:  comm2d, ierr, myid
845
846       USE transpose_indices,                                                  &
847           ONLY:  nxl_yd, nxr_yd, nzb_yd, nzt_yd
848
849
850       IMPLICIT NONE
851
852#if defined( __parallel )
853#if defined( __mpifh )
854       INCLUDE "mpif.h"
855#endif
856#endif
857
858       INTEGER(iwp) ::  i         !<
859       INTEGER(iwp) ::  j         !<
860       INTEGER(iwp) ::  k         !<
861       INTEGER(iwp) ::  m         !<
862       INTEGER(iwp) ::  n         !<
863
864       REAL(wp) ::  exponent !<
865       REAL(wp) ::  sum_spec_dum !< wavenumber-integrated spectrum
866   
867       REAL(wp), DIMENSION(0:ny) ::  work !<
868   
869       REAL(wp), DIMENSION(0:ny/2) ::  sums_spectra_l !<
870   
871       REAL(wp), DIMENSION(0:ny/2,100) ::  sums_spectra !<
872   
873       REAL(wp), DIMENSION(0:ny,nxl_yd:nxr_yd,nzb_yd:nzt_yd) :: ddd !<
874
875
876!
877!--    Exponent for geometric average
878       exponent = 1.0_wp / ( nx + 1.0_wp )
879
880!
881!--    Loop over all levels defined by the user
882       n = 1
883       DO WHILE ( comp_spectra_level(n) /= 999999  .AND.  n <= 100 )
884
885          k = comp_spectra_level(n)
886
887!
888!--       Calculate FFT only if the corresponding level is situated on this PE
889          IF ( k >= nzb_yd  .AND.  k <= nzt_yd )  THEN
890         
891             DO  i = nxl_yd, nxr_yd
892
893                work = ddd(0:ny,i,k)
894                CALL fft_y_1d( work, 'forward' )
895
896                ddd(0,i,k) = dy * work(0)**2
897                DO  j = 1, ny/2
898                   ddd(j,i,k) = dy * ( work(j)**2 + work(ny+1-j)**2 )
899                ENDDO
900
901             ENDDO
902
903!
904!--          Local sum and geometric average of these spectra
905!--          (WARNING: no global sum should be performed, because floating
906!--          point overflow may occur)
907             DO  j = 0, ny/2
908
909                sums_spectra_l(j) = 1.0_wp
910                DO  i = nxl_yd, nxr_yd
911                   sums_spectra_l(j) = sums_spectra_l(j) * ddd(j,i,k)**exponent
912                ENDDO
913
914             ENDDO
915         
916          ELSE
917
918             sums_spectra_l = 1.0_wp
919
920          ENDIF
921
922!
923!--       Global sum of spectra on PE0 (from where they are written on file)
924          sums_spectra(:,n) = 0.0_wp
925#if defined( __parallel )   
926          CALL MPI_BARRIER( comm2d, ierr )  ! Necessary?
927          CALL MPI_REDUCE( sums_spectra_l(0), sums_spectra(0,n), ny/2+1,       &
928                           MPI_REAL, MPI_PROD, 0, comm2d, ierr )
929#else
930          sums_spectra(:,n) = sums_spectra_l
931#endif
932!
933!--       Normalize spectra by variance
934          sum_spec_dum = SUM( sums_spectra(1:ny/2,n) )
935          IF ( sum_spec_dum /= 0.0_wp )  THEN
936             sums_spectra(1:ny/2,n) = sums_spectra(1:ny/2,n) *                 &
937                                      var_d(k) / sum_spec_dum
938          ENDIF
939          n = n + 1
940
941       ENDDO
942       n = n - 1
943
944
945       IF ( myid == 0 )  THEN
946!
947!--       Sum of spectra for later averaging (see routine data_output_spectra)
948          DO  j = 1, ny/2
949             DO k = 1, n
950                spectrum_y(j,k,m) = spectrum_y(j,k,m) + sums_spectra(j,k)
951             ENDDO
952          ENDDO
953
954       ENDIF
955
956!
957!--    n_sp_y is needed by data_output_spectra_y
958       n_sp_y = n
959
960    END SUBROUTINE calc_spectra_y
961
962 END MODULE spectra_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.