SWAN (Simulating WAves Nearshore) は、浅海域（沿岸部）における波の動きをシミュレーションするために開発された、世界標準の第3世代波浪予測モデルです。オランダのデルフト工科大学で開発されました。
1. SWANの主な役割
沖合で発生した波が岸に向かって進む際、水深の変化や地形の影響を受けて複雑に変化します。SWANは以下の物理現象を高度に計算できます。
- 屈折 (Refraction): 水深の変化によって波の進行方向が変わる現象。
- 浅水変形 (Shoaling): 水深が浅くなるにつれて波高が高くなる現象。
- 回折 (Diffraction): 島や防波堤などの障害物の背後に波が回り込む現象。
- 砕波 (Breaking): 波が崩れる際のエネルギー消散。
- 海底摩擦: 底質との摩擦によるエネルギーの減衰。
2. 第3世代モデルとは？
SWANが「第3世代」と呼ばれる理由は、**波のエネルギー収支（作用密度）**を直接計算する点にあります。
以前のモデルでは波の形を仮定して計算していましたが、SWANは「風によって波がどう育つか」「波同士がどう干渉するか」「海底でどう消えるか」という物理プロセスを、仮定を設けずに数値的に解きます。
3. WRF（気象）との密接な関係
WRFとSWANは、セットで運用されることが非常に多いです。
- 入力データとしての風: SWANで波を計算するには「風」のデータが不可欠です。WRFで計算した精緻な海上風をSWANにインプットすることで、台風時の高波などを精度高く予測できます。
- カップリング（結合）: 最近では、風が波を作り、波が海面の粗さを変えて風に影響を与えるという相互作用を計算するために、WRFとSWANをリアルタイムで連携させるCOAWSTなどのフレームワークもよく使われます。
4. SWANの実行フロー
WRFと同様に、主に以下のステップで動作します。
- 入力ファイル (INPUT): 計算領域（グリッド）、水深データ（Bathymetry）、風速データ、境界条件（沖合からの波のデータ）を用意します。
- コマンドファイル (SNC): どの物理スキームを使うか、計算時間をどうするかを記述したテキストファイルを作成します。
- 計算実行:
swan.exeを実行し、各格子点での波高、周期、波向を算出します。 - 出力: 計算結果をPythonやMATLABなどで可視化します。
5. 主な活用事例
- 港湾設計: 防波堤の高さや配置を決定するためのシミュレーション。
- 船舶航行: 沿岸部での安全な航路確保のための予測。
- サーフィン・レジャー: ビーチごとの波予報。
- 災害対策: 高潮や津波が沿岸に到達した際の挙動解析。
導入のアドバイス
SWANはFortranで記述されており、オープンソースで公開されています。WRFに比べれば計算負荷は軽いですが、正確な**「水深データ（海底地形）」**を用意できるかどうかが精度の鍵となります。
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