データ出力のための最低限の設定

gtool_history モジュールは, 数値モデルの結果を gtool4 形式で出力するため のインターフェースです. おもに時間積分の結果を等時間間隔で出力すること を念頭においてます. このモジュールを用いれば, Fortran90 で書かれたプロ グラムの 計算結果を gtool4 データ形式で出力することが簡単に実現できま す.

以下では簡単なプログラムを例に, gtool_history モジュールの使い方を説明し ます.

このプログラム は 1 次元の熱伝導問題を解くものです. 出力結果は write 文で行われているだけです. これに対して gtool_history を適用したのが以下 のプログラムです. 赤字(カラーがでない場合はボールド)が gtool_history に 関係している箇所です.

!= Sample program for gtool_history/gtool5
!
! Solving diffusion equation
! \[
!     du/dt = \kappa d^2 u/dx^2
! \]
! for giving values of $u$ at $x=[0,1]$.
!
program diffusion
  
  use gtool_history                             ! モジュール指定
  
  integer, parameter     :: nx=30                   ! グリッド数
  integer, parameter     :: nt=200                  ! 時間ステップ数
  integer, parameter     :: ndisp=10                ! 出力間隔
  real(8), parameter     :: dx=1.0/(nx-1)           ! グリッド間隔
  real(8), parameter     :: dt=0.0005               ! 時間間隔
  real(8), dimension(nx) :: x=(/(dx*(i-1),i=1,nx)/) ! 座標変数
  real(8), dimension(nx) :: temp                    ! 温度
  real(8), parameter     :: kappa=1.0               ! 熱拡散係数

  tinit = 0.0                                       ! 初期時刻設定

  temp = exp(-((x-0.5)/0.1)**2)                     ! 初期値設定
  
  call HistoryCreate( &                        ! ヒストリー作成
    & file='diffusion_1.nc', title='Diffusion equation', &
    & source='Sample program of gtool_history/gtool5',   &
    & institution='GFD_Dennou Club davis project',       &
    & dims=(/'x','t'/), dimsizes=(/nx,0/),               &
    & longnames=(/'X-coordinate','time        '/),       &
    & units=(/'m','s'/),                                 &
    & origin=real(tinit), interval=real(ndisp*dt) )

  call HistoryPut('x',x)                       ! 次元変数出力

  call HistoryAddVariable( &                   ! 変数定義
    & varname='temp', dims=(/'x','t'/), &
    & longname='temperature', units='K', xtype='double')

  call HistoryPut('temp',temp)                 ! 変数出力

  
  do it=1,nt
    temp(2:nx-1) = temp(2:nx-1) &               ! 時間積分
      & + kappa*(temp(3:nx)-2*temp(2:nx-1)+temp(1:nx-2))/dx**2*dt

    if ( mod(it,ndisp) == 0 ) then
      
      call HistoryPut('temp',temp)             ! 変数出力
      
    endif
  enddo

  call HistoryClose
  stop
end program diffusion

このプログラムを diffusion_1.f90 という名前で保存し, 実際にコンパイルして実行してみましょう.

gtool5 が正しくインストールされている場合には

$ gt5frt diffusion_1.f90

として実行ファイルを a.out を作成することができます. そこで,

$ ./a.out

と実行させると, diffusion_1.nc という gtool4 データ形式のファイルが作成されます. NetCDF のコマンド ncdump を用いて中身を見てみましょう.

$ ncdump diffusion_1.nc | more

とすると, 変数の値だけでなく様々な情報が付加されている様子を見ることが できます.

netcdf diffusion_1 {
dimensions:
        x = 30 ;
        t = UNLIMITED ; // (21 currently)
variables:
        float x(x) ;
                x:long_name = "X-coordinate" ;
                x:units = "m" ;
        float t(t) ;
                t:long_name = "time" ;
                t:units = "s" ;
        double temp(t, x) ;
                temp:long_name = "temperature" ;
                temp:units = "K" ;

// global attributes:
                :Conventions = "http://www.gfd-dennou.org/library/gtool4/conventions/" ;
                :gt_version = "4.3" ;
                :title = "Diffusion equation" ;

                           : 

 x = 0, 0.03448276, 0.06896552, 0.1034483, 0.137931, 0.1724138, 0.2068965,

                           : 

 t = 0, 0.005, 0.01, 0.015, 0.02, 0.025, 0.03, 0.035, 0.04, 0.045, 0.05, 

 temp =
  1.38879542122922e-11, 3.87761921792298e-10, 8.53515772443671e-09, 
    1.48107636541387e-07, 2.02610925813017e-06, 2.18508219965393e-05, 
    0.000185777111465519, 0.00124519148341671, 0.00657960142498993, 

次にこのデータを描画してみましょう. 描画の方法は GAVE を用いたお手軽描画 を参照してください.