!-------------------------------------------------------------------------- ! Copyright (C) 2005 SPMODEL Development Group. All rights reserved. !-------------------------------------------------------------------------- ! !Title(表題): Two-dimensional barotropic model on a double cyclic region ! (2 重周期境界領域上の2次元順圧モデル) ! ! The time integration is performed with the leap frog scheme ! (non viscous term) and implicit scheme (viscous term). ! The beta parameter is constant. ! Program is organized for test1 (test for linear terms). ! !History(履歴): ! 2005/10/18 竹広真一, 新規作成 ! 2005/10/31 竹広真一, k,l 次元出力 bug fix ! ! The governing equation(支配方程式): ! ! d\nabla^2\psi/dt ! = -J(\psi,\nabla^2\psi) - beta d\psi/dx ! +(-1)^{p+1}\nu_{2p}\nabla^2p \nabla^2\psi ! program plbaro_beta_lfim_test1 !== モジュール引用宣言 ================================================ use ee_module use gt4_history, only : GT_HISTORY, HistoryCreate, HistoryPut, HistoryGet, & HistoryAddVariable, HistoryClose, HistoryAddAttr use dc_trace, only : SetDebug, BeginSub, EndSub, DbgMessage use dc_message, only : MessageNotify implicit none !== 宣言部 ============================================================ !---- 変数(格子点データ) ---- real(8), allocatable :: yx_VelX(:,:) ! 速度経度成分 real(8), allocatable :: yx_VelY(:,:) ! 速度緯度成分 real(8), allocatable :: yx_Vor(:,:) ! 渦度(鉛直成分) real(8), allocatable :: yx_StrFunc(:,:) ! 流線関数 real(8), allocatable :: yx_VorAnalytic(:,:) ! 渦度(鉛直成分)解析解 !---- 変数(スペクトルデータ) ---- real(8), allocatable :: ee_Vor(:,:) ! 渦度(鉛直成分) real(8), allocatable :: ee_VorA(:,:) ! 渦度(鉛直成分, 1 ステップ後) real(8), allocatable :: ee_VorB(:,:) ! 渦度(鉛直成分, 1 ステップ前) real(8), allocatable :: ee_StrFunc(:,:) ! 流線関数 real(8), allocatable :: ee_DVorDt(:,:) ! 渦度時間変化(t) real(8), allocatable :: ee_VorAnalytic(:,:) ! 渦度(鉛直成分)解析解 real(8), allocatable :: ee_VorInit(:,:) ! 渦度(鉛直成分)初期値 !---- 固定パラメタ ----- real(8), parameter :: pi = 3.141592653589793D0 ! 円周率 character(len=20) :: DbgMessageFmt='*** DbgMESSAGE ***' real(8), parameter :: vmiss = -999.0 ! 欠損値 !---- NAMELIST 変数 ---- ! NAMELIST 入力用テンポラリファイル名(名前変更禁止) character(len=30),parameter :: nmlfile='plbaro-beta_lfim_test1.nml' logical :: Verbose=.false. ! 冗長なメッセージ出力 On/Off logical :: DebugOn=.false. ! デバッグメッセージ On/Off namelist /message/ Verbose, DebugOn ! !-- 格子点・スペクトル -- integer :: km=21 ! X 方向切断全波数 integer :: lm=21 ! Y 方向切断全波数 integer :: im=64 ! X 方向格子点数 (>3*km) integer :: jm=64 ! Y 方向格子点数 (>3*lm) namelist /gridset/ km, lm, im, jm !-- 物理パラメター -- real(8) :: XLength=1.0D0 ! 領域の大きさ(X 方向) real(8) :: YLength=1.0D0 ! 領域の大きさ(Y 方向) real(8) :: Beta=0.0D0 ! βパラメター integer :: HVOrder=1 ! 超粘性の次数(1 で普通の粘性, ! 水平ラプラシアンの階数) real(8) :: HVisc=1.0D0 ! 超粘性係数 namelist /physics/ XLength, YLength, Beta, HVOrder, HVisc ! -- 初期値 -- character(len=100) :: initial_file='' ! 初期値データファイル名 ! (空なら内部で初期値を計算) real :: initial_time=0.0 ! 初期時刻 namelist /initial/ initial_file, initial_time ! ! -- 時間積分 -- real(8) :: delta_t=1.0e-7 ! 時間積分刻み integer :: nstep=2000 ! 時間積分ステップ数 namelist /tint/ delta_t, nstep ! ! -- ヒストリー出力 -- character(len=100) :: hst_file= '' ! ヒストリーファイル名 character(len=100) :: title = & ! タイトル 'Test of linear terms of 2-dim barotropic model on a double-cyclic domain' integer :: hst_intstep=200 ! ヒストリー出力間隔ステップ数 namelist /history/ hst_file, title, hst_intstep character(len=100) :: rst_file='' ! リスタート出力ファイル名 integer :: rst_intstep=200 ! リスタート出力間隔ステップ数 namelist /restart/ rst_file, rst_intstep !---- 作業変数 ---- real(8), allocatable :: ee_HVisc(:,:) ! 超粘性係数 integer :: it=0 ! 時間ステップ real(8) :: time ! モデル内時間 integer :: k, l ! 波数 real(8) :: OmegaR ! ロスビー波の振動数 real(8) :: NuP ! 超粘性係数 type(GT_HISTORY) :: hst_rst ! リスタート GT_HISTORY 変数 !---------------- NAMELIST 読み込み --------------------- write(6,nml=message) open(10,file=nmlfile,status='OLD') read(10,nml=message) ; write(6,nml=message) ; close(10) if (verbose) write(6,nml=gridset) open(10,file=nmlfile,status='OLD') read(10,nml=gridset) ; write(6,nml=gridset) ; close(10) if (verbose) write(6,nml=physics) open(10,file=nmlfile,status='OLD') read(10,nml=physics) ; write(6,nml=physics) ; close(10) if (verbose) write(6,nml=initial) open(10,file=nmlfile,status='OLD') read(10,nml=initial) ; write(6,nml=initial) ; close(10) if (verbose) write(6,nml=tint) open(10,file=nmlfile,status='OLD') read(10,nml=tint) ; write(6,nml=tint) ; close(10) if (verbose) write(6,nml=history) open(10,file=nmlfile,status='OLD') read(10,nml=history) ; write(6,nml=history) ; close(10) if (verbose) write(6,nml=restart) open(10,file=nmlfile,status='OLD') read(10,nml=restart) ; write(6,nml=restart) ; close(10) !---------------- デバッグ出力制御設定 ----------------- if (DebugOn) then call SetDebug end if !------------------ 変数の割り付け --------------------- allocate(yx_VelX(0:jm-1,0:im-1),yx_VelY(0:jm-1,0:im-1)) allocate(yx_Vor(0:jm-1,0:im-1),yx_StrFunc(0:jm-1,0:im-1)) allocate(yx_VorAnalytic(0:jm-1,0:im-1)) allocate(ee_Vor(-lm:lm,-km:km),ee_StrFunc(-lm:lm,-km:km)) allocate(ee_VorA(-lm:lm,-km:km),ee_VorB(-lm:lm,-km:km)) allocate(ee_DVorDt(-lm:lm,-km:km)) allocate(ee_HVisc(-lm:lm,-km:km)) allocate(ee_VorAnalytic(-lm:lm,-km:km),ee_VorInit(-lm:lm,-km:km)) !------------------ 座標値の設定 ----------------------- call DbgMessage(fmt='call %c', c1='ee_initial') call ee_Initial(im,jm,km,lm,0.0D0,XLength,0.0D0,YLength) !------------------ 物理係数の設定 ----------------------- ee_Vor = 1.0D0 ee_HVisc = (-1)**HVOrder * HVisc*(ee_Lapla_ee(ee_Vor))**HVOrder !------------------- 初期値設定 ---------------------- time = initial_time if ( initial_file == "") then ! リスタートファイルを指定しない場合内部で ee_Vor, ee_VorB を与える. call set_initial_values else ! 初期値設定(リスタートファイルからの読みこみ) call HistoryGet( trim(initial_file), 'ee_vor', ee_Vor, time ) call HistoryGet( trim(initial_file), 'ee_vor_before', ee_VorB, time ) endif ee_Strfunc = ee_LaplaInv_ee(ee_Vor) !------------- 時間積分(Leap frog + Implicit 法) ------------ call output_restart_init call output_history_init if ( initial_file == '' ) call output_history ! 内部で与えた初期値は出力 call DbgMessage(fmt='%c %c', & & c1=DbgMessageFmt, & & c2='Time integration starts.') do it=1,nstep time = initial_time + it * delta_t ! 時間変化項の見積り ee_DVorDt = - ee_Jacobian_ee_ee(ee_StrFunc,ee_Vor) & - Beta * ee_Dx_ee(ee_StrFunc) ! 時間積分計算(Leap frog scheme + Implicit scheme) ee_VorA = ( ee_VorB + 2.0D0 * delta_t * ee_DVorDt ) & /(1.0D0 + 2.0D0*ee_HVisc*delta_t) ! タイムフィルター call timefilter ! 変数入れ換え ee_VorB = ee_Vor ; ee_Vor = ee_VorA ! 渦度から流線関数を計算 ee_StrFunc = ee_LaplaInv_ee(ee_Vor) if(mod(it,hst_intstep) .eq. 0)then ! ヒストリー出力 call output_history endif if(mod(it,rst_intstep) .eq. 0)then ! リスタート出力 call output_restart endif enddo call DbgMessage(fmt='%c %c', & & c1=DbgMessageFmt, & & c2='Time integration end.') if(.not. mod(it-1,rst_intstep) .eq. 0)then ! 最終出力 call output_restart endif call output_restart_close call output_history_close ! 以上 メインプログラム !----------------------------------------------------------------------------- ! 以下 サブルーチン contains !=========================== 初期値設定 ============================ ! ! 初期値設定(リスタートファイルない場合のデフォルト設定) ! subroutine set_initial_values ! w_Vor を定める !---- 初期値 1 波数成分のみ integer :: KInitial =1 ! 波数 X 成分 integer :: LInitial =1 ! 波数 Y 成分 real(8) :: Amplitude =1.0D0 ! 振幅 namelist /initwave/ KInitial, LInitial, Amplitude if (verbose) write(6,nml=initwave) open(10,file=nmlfile,status='OLD') read(10,nml=initwave) ; write(6,nml=initwave) ; close(10) if (abs(KInitial) .gt. km ) then call MessageNotify('E','set_initial_values',& 'abs(KInitial) should be smaller than km' ) endif if (abs(LInitial) .gt. lm ) then call MessageNotify('E','set_initial_values',& 'abs(LInitial) should be smaller than lm' ) endif ee_Vor = 0.0D0 ee_Vor(LInitial, KInitial) = Amplitude ee_VorInit = ee_Vor ee_VorB = ee_Vor end subroutine set_initial_values !================= タイムフィルター ======================== ! ! 計算モードをおさえるフィルターを施す ! subroutine timefilter real(8) :: TFiltCoef = 0.05 ! タイムフィルター係数 integer :: filt_intstep = 1 ! フィルターするステップ間隔 logical :: first = .true. save first namelist /tfilter/ TFiltCoef, filt_intstep if ( first ) then if (verbose) write(6,nml=tfilter) open(10,file=nmlfile,status='OLD') read(10,nml=tfilter) ; write(6,nml=tfilter) ; close(10) first = .false. endif if ( filt_intstep .gt. 0 )then if(mod(it,filt_intstep) .eq. 0)then ee_Vor = ee_Vor + TFiltCoef*( ee_VorA - 2.0D0*ee_Vor + ee_VorB ) endif endif end subroutine timefilter !=========================== リスタート出力 ============================ ! ! リスタート出力初期化 ! subroutine output_restart_init call HistoryCreate( & file=trim(rst_file), & title=trim(title), & source='plbaro-beta_lfim.f90 (2005/10/31)', & institution='GFD_Dennou Club SPMODEL project', & dims=(/'x','y','k','l','t'/), & dimsizes=(/im,jm,2*km+1,2*lm+1,0/),& longnames=(/'X ','Y ',& 'X-wavenumber','Y-wavenumber',& 'time '/),& units=(/'1','1','1','1','1'/), & origin=real(time), interval=real(rst_intstep*delta_t), & xtypes=(/'real'/), history=hst_rst) !---- 座標変数定義, 出力 ---- call HistoryPut('x',x_X, hst_rst) ! 変数出力 call HistoryAddattr('x','topology','circular', hst_rst) ! 周期属性 call HistoryAddattr('x','modulo',XLength, hst_rst) ! 周期属性 call HistoryPut('y',y_Y, hst_rst) ! 変数出力 call HistoryAddattr('y','topology','circular', hst_rst) ! 周期属性 call HistoryAddattr('y','modulo',YLength, hst_rst) ! 周期属性 call HistoryPut('k',(/(dble(k),k=-km,km)/), hst_rst) ! 変数出力 call HistoryPut('l',(/(dble(l),l=-lm,lm)/), hst_rst) ! 変数出力 call HistoryAddVariable( & ! 変数定義 varname='x_weight', dims=(/'x'/), & longname='Weight for integration in X', & units='1', xtype='double',history=hst_rst) call HistoryPut('x_weight',x_X_Weight,hst_rst) ! 変数出力 call HistoryAddVariable( & ! 変数定義 varname='y_weight', dims=(/'y'/), & longname='Weight for integration in Y', & units='1', xtype='double',history=hst_rst) call HistoryPut('y_weight',y_Y_Weight,hst_rst) ! 変数出力 !---- 物理変数定義 ---- call HistoryAddVariable( & ! 変数定義 varname='ee_vor', dims=(/'l','k','t'/), & longname='Vorticity', & units='1', xtype='double', history=hst_rst) call HistoryAddVariable( & ! 変数定義 varname='ee_vor_before', dims=(/'l','k','t'/), & longname='Vorticity (1step before)', & units='1', xtype='double', history=hst_rst) !---- 実験パラメターを属性として定義, 出力(全て Global 属性) ---- call HistoryAddAttr('x','+delta_t', delta_t ,hst_rst) call HistoryAddAttr('x','+Beta', Beta ,hst_rst) call HistoryAddAttr('x','+HVOrder', HVOrder ,hst_rst) call HistoryAddAttr('x','+HVisc', HVisc ,hst_rst) end subroutine output_restart_init ! ! リスタート出力 ! subroutine output_restart write(6,*) ' Restart file output at it = ',it, ' time = ', time call HistoryPut('t',real(time),hst_rst) !---- 物理変数出力 ---- call HistoryPut('ee_vor', ee_Vor, hst_rst) call HistoryPut('ee_vor_before', ee_VorB, hst_rst) end subroutine output_restart ! ! リスタート出力終了 ! subroutine output_restart_close call HistoryClose(hst_rst) end subroutine output_restart_close !=========================== ヒストリー出力 ============================ ! ! ヒストリー出力初期化 ! subroutine output_history_init call HistoryCreate( & file=trim(hst_file), & title=trim(title), & source='plbaro-beta_lfim.f90 (2005/10/31)', & institution='GFD_Dennou Club SPMODEL project', & dims=(/'x','y','k','l','t'/), & dimsizes=(/im,jm,2*km+1,2*lm+1,0/),& longnames=(/'X ','Y ',& 'X-wavenumber','Y-wavenumber',& 'time '/),& units=(/'1','1','1','1','1'/), & origin=real(time), interval=real(rst_intstep*delta_t), & xtypes=(/'real'/)) !---- 座標変数定義, 出力 ---- call HistoryPut('x',x_X ) ! 変数出力 call HistoryAddattr('x','topology','circular') ! 周期属性 call HistoryAddattr('x','modulo',XLength ) ! 周期属性 call HistoryPut('y',y_Y ) ! 変数出力 call HistoryAddattr('y','topology','circular') ! 周期属性 call HistoryAddattr('y','modulo',YLength ) ! 周期属性 call HistoryPut('k',(/(dble(k),k=-km,km)/) ) ! 変数出力 call HistoryPut('l',(/(dble(l),l=-lm,lm)/) ) ! 変数出力 call HistoryAddVariable( & ! 変数定義 varname='x_weight', dims=(/'x'/), & longname='Weight for integration in X', & units='1', xtype='double') call HistoryPut('x_weight',x_X_Weight) ! 変数出力 call HistoryAddVariable( & ! 変数定義 varname='y_weight', dims=(/'y'/), & longname='Weight for integration in Y', & units='1', xtype='double') call HistoryPut('y_weight',y_Y_Weight) ! 変数出力 !---- パラメター定義, 出力 ---- call HistoryAddVariable( & ! 変数定義 varname='hvisc', dims=(/'l','k'/), & longname='hyper diffusivity', units='1', xtype='double') call HistoryPut('hvisc',ee_HVisc) ! 変数出力 !---- 物理変数定義 ---- call HistoryAddVariable( & ! 変数定義 varname='vor', dims=(/'x','y','t'/), & longname='Vorticity', units='1', xtype='double') call HistoryAddVariable( & ! 変数定義 varname='strfunc', dims=(/'x','y','t'/), & longname='Stream function', units='1', xtype='double') call HistoryAddVariable( & ! 変数定義 varname='velx', dims=(/'x','y','t'/), & longname='x-velocity', units='1', xtype='double') call HistoryAddVariable( & ! 変数定義 varname='vely', dims=(/'x','y','t'/), & longname='y-velocity', units='1', xtype='double') call HistoryAddVariable( & ! 変数定義 varname='vor_analytic', dims=(/'x','y','t'/), & longname='Vorticity(analytic)', units='1', xtype='double') !---- 診断量定義 ---- call HistoryAddVariable( & ! 変数定義 varname='ek', dims=(/'t'/), & longname='mean kinetic energy', units='1', xtype='double') call HistoryAddVariable( & ! 変数定義 varname='ens', dims=(/'t'/), & longname='mean enstrophy', units='1', xtype='double') call HistoryAddVariable( & ! 変数定義 varname='ektot', dims=(/'t'/), & longname='total kinetic energy', units='1', xtype='double') call HistoryAddVariable( & ! 変数定義 varname='enstot', dims=(/'t'/), & longname='total enstrophy', units='1', xtype='double') call HistoryAddVariable( & ! 変数定義 varname='l2vor', dims=(/'t'/), & longname='vorrticity error (type2)', & units='1', xtype='double') !---- 実験パラメターを属性として定義, 出力(全て Global 属性) ---- call HistoryAddAttr('x','+delta_t', delta_t ) call HistoryAddAttr('x','+Beta', Beta ) call HistoryAddAttr('x','+HVOrder', HVOrder ) call HistoryAddAttr('x','+HVisc', HVisc ) end subroutine output_history_init ! ! ヒストリー出力 ! subroutine output_history write(6,*) ' History file output at it = ',it, ' time = ', time call HistoryPut('t',real(time)) !---- 物理変数出力 ---- yx_Vor = yx_ee(ee_Vor) yx_StrFunc = yx_ee(ee_StrFunc) yx_VelX = -yx_ee(ee_Dy_ee(ee_StrFunc)) yx_VelY = yx_ee(ee_Dx_ee(ee_StrFunc)) ee_VorAnalytic = 0.0D0 do l=-lm,lm do k=1,km OmegaR = - Beta * (2*PI*k/XLength) & / ( (2*PI*k/XLength)**2 + (2*PI*l/YLength)**2 ) NuP = HVisc *( (2*PI*k/XLength)**2 + (2*PI*l/YLength)**2 )**HVOrder ee_VorAnalytic(l, k) & = ee_VorInit(l,k) * cos(OmegaR*time) * exp(-NuP*time) & +ee_VorInit(-l,-k) * sin(OmegaR*time) * exp(-NuP*time) ee_VorAnalytic(-l, -k) & = -ee_VorInit(l,k) * sin(OmegaR*time) * exp(-NuP*time) & +ee_VorInit(-l,-k) * cos(OmegaR*time) * exp(-NuP*time) enddo NuP = HVisc *( (2*PI*l/YLength)**2 )**HVOrder ee_VorAnalytic(l, 0) = ee_VorInit(l,0) * exp(-NuP*time) enddo yx_VorAnalytic = yx_ee(ee_VorAnalytic) call HistoryPut('velx',transpose(yx_VelX)) call HistoryPut('vely',transpose(yx_VelY)) call HistoryPut('vor',transpose(yx_Vor)) call HistoryPut('strfunc',transpose(yx_StrFunc)) call HistoryPut('vor_analytic',transpose(yx_VorAnalytic)) !---- 診断量出力 ---- call HistoryPut('ek', AvrYX_yx((yx_VelX**2+yx_VelY**2)/2.0d0)) call HistoryPut('ens', AvrYX_yx(yx_Vor**2/2.0d0)) call HistoryPut('ektot', IntYX_yx((yx_VelX**2+yx_VelY**2)/2.0d0)) call HistoryPut('enstot', IntYX_yx(yx_Vor**2/2.0d0)) call HistoryPut('l2vor', & sqrt(AvrYX_yx((yx_Vor-yx_VorAnalytic)**2)& /AvrYX_yx(yx_VorAnalytic**2))) end subroutine output_history ! ! ヒストリー出力終了 ! subroutine output_history_close call HistoryClose end subroutine output_history_close end program plbaro_beta_lfim_test1