!= 力学過程 : 水平スペクトル解析 ! != Dynamical process (horizontal spectral analysis) ! ! Authors:: Shin-ichi Takehiro ! Version:: $Id: dynamics_diagspectrum.f90,v 1.1 2026/03/21 20:00:00 takepiro Exp $ ! Tag Name:: $Name: $ ! Copyright:: Copyright (C) GFD Dennou Club, 2026. All rights reserved. ! License:: See COPYRIGHT[link:../../../COPYRIGHT] ! module dynamics_diag_spectrum ! != 力学過程 : 水平スペクトル解析 ! != Dynamical process : horizontal spectral analysis ! ! Note that Japanese and English are described in parallel. ! ! 力学過程での水平スペクトル解析を演算するモジュールです. ! ! This is a horizontal spectral analysis in dynamical process ! !== Procedures List ! ! DynamicsDiagSpAnalysis :: 水平スペクトル解析 ! DynamicsDiagSpAnalysisInit :: 初期化 ! -------------------------- :: ------------ ! DynamicsDiagSpAnalysis :: Horizontal spectral analysis ! DynamicsDiagSpAnalysisInit :: Initialization ! !== NAMELIST ! ! NAMELIST#dynamics_diag_spectrum_nml ! !== References ! ! モジュール引用 ; USE statements ! ! 種別型パラメタ ! Kind type parameter ! use dc_types, only: DP, & ! 倍精度実数型. Double precision. & TOKEN ! キーワード. Keywords. ! メッセージ出力 ! Message output ! use dc_message, only: MessageNotify ! 宣言文 ; Declaration statements ! implicit none private ! 公開手続き ! Public procedure ! public :: DynamicsDiagSpAnalysis public :: DynamicsDiagSpAnalysisInit ! 非公開変数 ! Private variables ! logical, save :: dynamics_diag_spectrum_inited = .false. ! 初期設定フラグ. ! Initialization flag character(*), parameter:: module_name = 'dynamics_diag_spectrum' ! モジュールの名称. ! Module name character(*), parameter:: version = & & '$Name: $' // & & '$Id: dynamics_diag_spectrum.F90,v 1.1 2026/03/21 20:00:00 takepiro Exp $' ! モジュールのバージョン ! Module version contains !-------------------------------------------------------------------------------------- subroutine DynamicsDiagSpAnalysis( wz_Psi, wz_Chi ) ! ! 水平スペクトル解析を実行します. ! 運動エネルギースペクトル(渦度, 発散, 全体)と ! エンストロフィースペクトル(渦度, 発散, 全体)を計算し ! ヒストリー出力します. ! ! Perform a horizontal spectral analysis. ! Calculate the kinetic energy spectra (vorticity, divergence, total) ! and the enstrophy spectra (vorticity, divergence, total). ! The results are output to history files. ! ! モジュール引用 ; USE statements ! use constants, only: & & RPlanet ! $ a $ [m]. ! 惑星半径. ! Radius of planet ! 格子点設定 ! Grid points settings ! use gridset, only: nmax, & ! 最大全波数. ! Maximum truncated wavenumber & lmax, & ! スペクトルデータの配列サイズ ! Size of array for spectral data & imax, & ! 経度格子点数. ! Number of grid points in longitude & jmax, & ! 緯度格子点数. ! Number of grid points in latitude & kmax ! 鉛直層数. ! Number of vertical level ! 時刻管理 ! Time control ! use timeset, only: & & TimeN, & ! ステップ $ t $ の時刻. Time of step $ t $. & TimesetClockStart, TimesetClockStop ! ヒストリデータ出力 ! History data output ! use gtool_historyauto, only: HistoryAutoPut real(DP), intent(IN) :: wz_Psi (lmax, 1:kmax) ! $ \psi $ . 流線関数. Streamline function real(DP), intent(IN) :: wz_Chi (lmax, 1:kmax) ! $ \chi $ . ポテンシャル. Potential ! 作業変数 ! Work variables ! real(DP) :: wz_KinEngySpectrum(lmax, 1:kmax) ! 運動エネルギースペクトル real(DP) :: wz_KinEngyVorSpectrum(lmax, 1:kmax) ! 運動エネルギースペクトル(渦度) real(DP) :: wz_KinEngyDivSpectrum(lmax, 1:kmax) ! 運動エネルギースペクトル(発散) real(DP) :: wz_EnstroSpectrum(lmax, 1:kmax) ! エンストロフィースペクトル real(DP) :: wz_EnstroVorSpectrum(lmax, 1:kmax) ! エンストロフィー(渦度)スペクトル real(DP) :: wz_EnstroDivSpectrum(lmax, 1:kmax) ! エンストロフィー(発散)スペクトル ! 実行文 ; Executable statement ! ! 初期化確認 ! Initialization check ! if ( .not. dynamics_diag_spectrum_inited ) then call MessageNotify( 'E', module_name, 'This module has not been initialized.' ) end if ! 計算時間計測開始 ! Start measurement of computation time ! call TimesetClockStart( module_name ) ! 運動エネルギー(渦度)スペクトル ! wz_KinEngyVorSpectrum = wa_EnergyFromStreamfunc_wa(wz_Psi/Rplanet) ! 運動エネルギー(発散)スペクトル wz_KinEngyDivSpectrum = wa_EnergyFromStreamfunc_wa(wz_Chi/Rplanet) ! 運動エネルギースペクトル wz_KinEngySpectrum = wz_KinEngyVorSpectrum + wz_KinEngyDivSpectrum ! エンストロフィー(渦度)スペクトル wz_EnstroVorSpectrum = wa_EnstrophyFromStreamfunc_wa(wz_Psi/Rplanet) ! エンストロフィー(発散)スペクトル wz_EnstroDivSpectrum = wa_EnstrophyFromStreamfunc_wa(wz_Chi/Rplanet) ! エンストロフィースペクトル wz_EnstroSpectrum = wz_EnstroVorSpectrum + wz_EnstroDivSpectrum ! ヒストリー出力 ! History output ! call HistoryAutoPut( TimeN, 'KinEngySpVor',wz_KinEngyVorSpectrum) call HistoryAutoPut( TimeN, 'KinEngySpDiv',wz_KinEngyDivSpectrum) call HistoryAutoPut( TimeN, 'KinEngySp',wz_KinEngySpectrum) call HistoryAutoPut( TimeN, 'EnstroSpVor',wz_EnstroVorSpectrum) call HistoryAutoPut( TimeN, 'EnstroSpDiv',wz_EnstroDivSpectrum) call HistoryAutoPut( TimeN, 'EnstroSp',wz_EnstroSpectrum) ! 計算時間計測一時停止 ! Pause measurement of computation time ! call TimesetClockStop( module_name ) end subroutine DynamicsDiagSpAnalysis !-------------------------------------------------------------------------------------- subroutine DynamicsDiagSpAnalysisInit ! ! dynamics_diag_spectrum モジュールの初期化を行います. ! ! "dynamics_diag_spectrum" module is initialized. ! #ifdef AXISYMMETRY use wa_zonal_module, only: nm_l #elif LIB_MPI use ua_mpi_module, only : nm_l => nm_lu #else use wa_module, only: nm_l #endif ! メッセージ出力 ! Message output ! use dc_message, only: MessageNotify ! ! 格子点設定 ! Grid points settings ! use gridset, only: & & lmax ! スペクトルデータの配列サイズ ! Size of array for spectral data ! 座標データ設定 ! Axes data settings ! use axesset, only: & & AxNameWN, AxNameZ, AxNameT ! 時刻管理 ! Time control ! use timeset, only: & & TimeN ! ステップ $ t $ の時刻. Time of step $ t $. ! ヒストリデータ出力 ! History data output ! use gtool_historyauto, only: HistoryAutoAddVariable, HistoryAutoPut integer:: n(lmax) ! 水平全波数 ! Total horizontal wavenumber integer:: m(lmax) ! 経度波数 ! longitudinal wavenumber integer:: nmary(2) ! 作業変数(全波数, 経度波数) ! Working variable (total/longitudinal wavenumber) integer:: l ! 水平波数方向に回る DO ループ用作業変数 ! Work variables for DO loop in horizontal wavenumber ! 実行文 ; Executable statement ! if ( dynamics_diag_spectrum_inited ) return ! ヒストリデータ出力のためのへの変数登録 ! Register of variables for history data output ! call HistoryAutoAddVariable( 'NSph', & & (/ AxNameWN/), & & 'total horizontal wavenumber', '1' ) call HistoryAutoAddVariable( 'MSph', & & (/ AxNameWN/), & & 'longitudinal wavenumber', '1' ) do l=1,lmax nmary = nm_l(l) n(l) = nmary(1) ; m(l) = nmary(2) end do call HistoryAutoPut( TimeN, 'NSph', n ) call HistoryAutoPut( TimeN, 'MSph', m ) call HistoryAutoAddVariable( 'KinEngySpVor', & & (/ AxNameWN, AxNameZ, AxNameT /), & & 'kinetic energy spectrum (vor)', 'm^2 s-2' ) call HistoryAutoAddVariable( 'KinEngySpDiv', & & (/ AxNameWN, AxNameZ, AxNameT /), & & 'kinetic energy spectrum (div)', 'm^2 s-2' ) call HistoryAutoAddVariable( 'KinEngySp', & & (/ AxNameWN, AxNameZ, AxNameT /), & & 'kinetic energy spectrum', 'm^2 s-2' ) call HistoryAutoAddVariable( 'EnstroSpVor', & & (/ AxNameWN, AxNameZ, AxNameT /), & & 'enstrophy spectrum (vor)', 's-2' ) call HistoryAutoAddVariable( 'EnstroSpDiv', & & (/ AxNameWN, AxNameZ, AxNameT /), & & 'enstrophy spectrum (div)', 's-2' ) call HistoryAutoAddVariable( 'EnstroSp', & & (/ AxNameWN, AxNameZ, AxNameT /), & & 'enstrophy spectrum', 's-2' ) ! 印字 ; Print ! call MessageNotify( 'M', module_name, '----- Initialization Messages -----' ) call MessageNotify( 'M', module_name, '-- version = %c', c1 = trim(version) ) dynamics_diag_spectrum_inited = .true. end subroutine DynamicsDiagSpAnalysisInit !-------------------------------------------------------------------------------------- function wa_EnergyFromStreamfunc_wa(wa_Strfunc) result(wa_ESp) ! ! 運動エネルギースペクトル計算 ! Kinetic energy spectrum calculation ! ! 格子点設定 ! Grid points settings ! use gridset, only: & & lmax ! スペクトルデータの配列サイズ ! Size of array for spectral data #ifdef AXISYMMETRY use wa_zonal_module, only: nm_l #elif LIB_MPI use ua_mpi_module, only : nm_l => nm_lu #else use wa_module, only: nm_l #endif real(dp), intent(IN) :: wa_Strfunc(:,:) real(dp) :: wa_ESp(size(wa_Strfunc,1),size(wa_Strfunc,2)) integer :: nmary(2) integer :: n, l do l=1,lmax nmary = nm_l(l) n = nmary(1) wa_ESp(l,:) = 0.5D0 * n*(n+1) * wa_Strfunc(l,:)**2 end do end function wa_EnergyFromStreamfunc_wa function wa_EnstrophyFromStreamfunc_wa(wa_Strfunc) result(wa_EnsSp) ! ! エンストフィースペクトル計算 ! Ensptrophy spectrum calculation ! ! 格子点設定 ! Grid points settings ! use gridset, only: & & lmax ! スペクトルデータの配列サイズ ! Size of array for spectral data #ifdef AXISYMMETRY use wa_zonal_module, only: nm_l #elif LIB_MPI use ua_mpi_module, only : nm_l => nm_lu #else use wa_module, only: nm_l #endif real(dp), intent(IN) :: wa_Strfunc(:,:) real(dp) :: wa_EnsSp(size(wa_Strfunc,1),size(wa_Strfunc,2)) integer :: nmary(2) integer :: n, l do l=1,lmax nmary = nm_l(l) n = nmary(1) wa_EnsSp(l,:) = 0.5D0 * n**2 * (n+1)**2 * wa_Strfunc(l,:)**2 end do end function wa_EnstrophyFromStreamfunc_wa end module dynamics_diag_spectrum