長岡技術科学大学

平成22年10月15日作成

SWANを使用した
波浪推算の実行手順
長岡技術科学大学 建設工学専攻
水工学研究室 松永 由希子※ Copyright @ 2010, Hydraulic Engineering Laboratory. All Rights Reserved.

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SWANとは
入力

出力

風データ
地形データ

波高
周期
波向

SWANで計算

0
50
100
150
200
250
300
350
400
0

125

250

375

500

625

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大まかな手順DATファイル
の中身を見
る

風データの
変換

必要なソフトなどのインストール●SWAN●GrADS
など

地形データ
風データの
準備

SWANの
計算をする
準備

計算して
結果をみる

swnファイルの設定など※ Copyright @ 2010, Hydraulic Engineering Laboratory. All Rights Reserved.

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ソフトのインストールの前にまず，
SWANは，Linux，Windows両バージョンあり→Windows版は重たいので，Linux版を使用
GrADSも同様ですというわけで，自分のパソコンからLinuxに
リモートログイン操作・ファイル転送をするためのソフトなどをインストールしてください．

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Linuxにログインして操作
別の場所にある
Linuxさん

自分のパソコン

遠隔操作

ログイン

ネットワークでつながってます※ Copyright @ 2010, Hydraulic Engineering Laboratory. All Rights Reserved.

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Linuxへのリモートログイン操作
ファイル転送のソフト使用しているソフト
リモートログイン・操作→Tera Term
ファイル転送→FFFTP

どっちもフリーソフトです

他にも，色々ソフト・方法があると思います．
ネットで調べたら沢山出てきます．
コマンドプロンプトでも出来ます．
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Linuxにログイン①

今回は，Tera Termを使って
estuary5というLinuxのサーバにSSHで接続します．
OKを押して次に行きましょう

通信内容が暗号化される方法です※ Copyright @ 2010, Hydraulic Engineering Laboratory. All Rights Reserved.

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Linuxにログイン②

Linuxにログインするときにはユーザ名とパスワードが必要です．
この場合，ユーザ名→●●●
パスワード→＊＊＊

OKを押せばログイン完了※ Copyright @ 2010, Hydraulic Engineering Laboratory. All Rights Reserved.

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Linuxの操作①
無事ログインできると右のようなウィンドウになります

拡大
ここに文字を打ち込んで，Enter=Windowsでアイコンクリックのようなもの

書いてあること最後にログインした日時・日付・パソコン名
ようこそターボリナックスへ[ユーザ名@ホスト名 カレントディレクトリ]一般ユーザ＝今いる場所※ Copyright @ 2010, Hydraulic Engineering Laboratory. All Rights Reserved.

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Linuxの仕組み
/

home

suiko

・・・

簡単に…

rootディレクトリ：通常は入れません

bin

etc

・・・

ログインするとここに到着します：~

yukiko

・・・

・・・

・・・

・・・

・・・

・・・

このときは， /home/suiko/yukiko と/で区切って階層を表現します※ Copyright @ 2010, Hydraulic Engineering Laboratory. All Rights Reserved.

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Linuxの操作② よく使うやつとかディレクトリ内にあるファイルの確認：lsカレントディレクトリの変更：cd
ディレクトリの作成：mkdir
ファイルのコピー：cp
ファイルの移動：mv
ファイルの削除：rm※ Copyright @ 2010, Hydraulic Engineering Laboratory. All Rights Reserved.

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Linuxの操作③
lsコマンド(ディレクトリ内にあるファイルやディレクトリの確認)
ls若しくはdirと打ってみます

えんたーhome/suiko(=~)の中に入っているディレクトリやファイルが表示されます．

/

home

bin

etc

・・・

yukiko

・・・

・・・

・・・

・・・

・・・

ディレクトリ
=フォルダ

suiko

・・・

・・・

すなわちここ
こうやってLinuxを操作していきます※ Copyright @ 2010, Hydraulic Engineering Laboratory. All Rights Reserved.

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Linuxの操作④
cdコマンド(カレントディレクトリの変更)
cd[半角スペース]ディレクトリ名
えんたー[ユーザ名@ホスト名 カレントディレクトリ]

lsコマンドで/home/suiko/yukikoのディレクトリの中身がわかりますね．

/
home

bin

etc

ここに移動しました

suiko
・・・

・・・

yukiko

・・・

・・・

・・・

・・・

・・・

・・・ cd ../ でひとつ上の階層へ移動
cd ~/ でホームディレクトリに移動
cd ../../ で二つ上のディレクトリへ移動※ Copyright @ 2010, Hydraulic Engineering Laboratory. All Rights Reserved.

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ファイル転送ソフト FFFTP
ドラッグ＆ドロップで，Windows,Linux上のファイルやフォルダをやり取りできちゃうソフト
これでLinux上のディレクトリやファイルのコピーや削除も出来ます．

Windows側

Linux側

設定はこんな感じ※ Copyright @ 2010, Hydraulic Engineering Laboratory. All Rights Reserved.

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SWANとGrADSのダウンロードとインストール
Windows上でダウンロードしてLinux上でインストールします
SWAN→www.swan.tudelft.nl
GrADS→http://www.iges.org/grads//home/suiko/yukiko/pptのディレクトリの中に
インストールします※ Copyright @ 2010, Hydraulic Engineering Laboratory. All Rights Reserved.

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Windows上でダウンロードしたファイルを
FFFTPを使って転送
デスクトップに保存したファイルをドラッグ

ドロップするとこんな風にLinux上に転送できます
GrADSも同様です
ちなみに，このSWANのソフトのファイル(swan4041AB.tgz)は，
拡張子.tgzの圧縮ファイルです．
tarコマンドでまとめられた拡張子.tarファイル(無圧縮)をGZIP形式(.gz)によって圧縮したファイルらしいです．
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解凍しますTera Termを使用してますswan4041AB.tgzの解凍を
SWANのImplementation Manualに書いてある通りにやりますtar –xzf：.tgzファイルを解凍するコマンド
もしくはtar –xvzfでもいいです．

[suiko@estuary5 ppt]$ ls
swan4041AB.tgz[suiko@estuary5 ppt]$ tar –xzf swan4041AB.tgz[suiko@estuary5 ppt]$ ls
swan4041AB/ swan4041AB.tgz
解凍されたディレクトリGrADSも同様に，tarコマンドで
grads-2.0.a7.1-bin-i686-pc-linux-gnu.tar.gz
を解凍．
grads-2.0a7.1が生成されます．

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風データの準備GRIBファイルからの抜き出しとバイナリデータ化
Fortranプログラムでテキストデータ化※ Copyright @ 2010, Hydraulic Engineering Laboratory. All Rights Reserved.

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使用する風データ
風データをSWANで使用するために，GrADSを使用します．
今回使用する風データは，
気象業務支援センターが提供している

メソ客観解析データ(MSM:Mesoscale Spectral Model)

テキストエディタやエクセルでは開けません!!!!!

形式:GRIB (.grb)
解析時刻:00,03,06,09,12,15,18,21 UTC
領域:日本周辺域(約3000km四方領域(北緯20°～52°、東経119°～155°))
格子系:ランベルト正角円錐座標、10Km格子（361×289)
地上物理量:海面更正気圧（Pmsl,Pa）、風（UV,m/s）、気温（T,K）、相対湿度（RH,%)
Ｐ面物理量:20層；高度（Z）、風（UV）、気温（T） 11層；相対湿度（RH）
MANAL_2008040100.grb

・・・

2008年4月1日00時のデータが1つのGRIBファイルに入っています．
その中に，上記のようなデータたちが計96個入っています．
その中から必要な風データを抜き出す!!!!!!
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そもそもGrADSとは
The Grid Analysis and Display System の略
格子状に配列された4次元データ(x,y,z,t)を2次元描画するツール

Tera TermからLinux版を使う場合は，グラフィック表示が出来ないので，
単なるデータ抜き出し・変換のソフトとして使います．

今回は，1ヶ月分の風データをu，v方向それぞれにバイナリデータ化します※ Copyright @ 2010, Hydraulic Engineering Laboratory. All Rights Reserved.

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GrADSの起動と終了/home/suiko/yukiko/ppt/grads-2.0a7.1/binのディレクトリです

GrADS-2.0a7.1ディレクトリの中のbinディレクトリに入る ※bin中にgrbファイルも入れる[suiko@estuary5 bin]$ ./grads -b

これでGrADSが起動します-bは，グラフィック表示をしないというオプション

ほにゃらら
無事，起動
ここにコマンドを打ってGrADSを操作

ga->
ga->quit

quitで終了※ Copyright @ 2010, Hydraulic Engineering Laboratory. All Rights Reserved.

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風データの抜き出し・変換①
GRIB形式のデータを抜き出し・変換する手順
GRIB形式をGrADSで読み込む準備
ctlファイルを作成

ctlファイルを書き換え

idxファイルを作成

GRIB形式をGrADSでバイナリデータ化
GrADSスクリプトを作成

バイナリデータ化
ここまでGrADS

バイナリデータをテキストデータに変換
Fortranプログラムの作成

テキストデータ化※ Copyright @ 2010, Hydraulic Engineering Laboratory. All Rights Reserved.

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風データの抜き出し・変換②
ctlファイルの作成

grib2ctl.plというperlスクリプトをネットから探してbin中に転送
bin中にあるgrib2ctl.plというperlスクリプトを使って，ctlファイルを作成
perlスクリプトとして実行可能にする[suiko@estuary5 bin]$ chmod a+x grib2ctl.pl[suiko@estuary5 bin]$ ./grib2ctl.pl –ts3hr MANAL_2008040100.grb > 0804.ctl./ grib2ctl.pl実行で，MANAL_2008040100.grbのctlファイル0804.ctlが作成される※ Copyright @ 2010, Hydraulic Engineering Laboratory. All Rights Reserved.

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Ctlファイルの中身

grbファイルの中の情報が書いてあります

これを2008年4月分全てのファイルをまとめて表示させるように
書き換えます※ Copyright @ 2010, Hydraulic Engineering Laboratory. All Rights Reserved.

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ctlファイルの書き換え
Windows上に0804.ctlを転送して，テキストエディタで編集します．

dset ^MANAL_200804%d2%h2.grb
options templatetdef 240 linear 00Z01apr2008 3hr

今回は2008.04分をまとめるので，8個/1day×30日=240個※ Copyright @ 2010, Hydraulic Engineering Laboratory. All Rights Reserved.

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idxファイルの作成
0804.ctlをLinux上に戻したら[suiko@estuary5 bin]$ ./gribmap -i 0804.ctl
bin中に元から入っているgribmapを実行
MANAL_2008040100.grb.idxファイルが生成

こんな風に
4月分全てを対応付けられたら成功・・・
これでGrADSに読み込む準備が完了※ Copyright @ 2010, Hydraulic Engineering Laboratory. All Rights Reserved.

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GrADSスクリプトの作成①
12ヶ月分を同じようにしたら，バイナリデータ化するためのGrADSのスクリプトをつくる(0804～0903まで)

i=1
while (i<=12)
if (i=1 | i=2 | i=3 | i=4 | i=5 |
i=6)
a=3+i
'open 080'a'.ctl'
endif

12ヶ月のgrbファイルを開くスクリプト

コマンドは’ ‘で囲む
open xxxx.ctlでその月のgrbファイルが開く

if (i=7 | i=8 | i=9)
a=3+i'open 08'a'.ctl'
endif
if (i=10 | i=11 | i=12)
a=i-9'open 090'a'.ctl'
endif

テキストエディタで作成※ Copyright @ 2010, Hydraulic Engineering Laboratory. All Rights Reserved.

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GrADSスクリプトの作成②'set lon 136.9 139.8''set lat 36.9 38.9''set lev 0'

38.9N°

格子上の切り出す範囲と階層を設定
36.9N°

139.8E°

136.9E°'set gxout fwrite''set fwrite 'yymm'u.bin't=1
while(t<=240+time)'set t 't'''d ugrdsfc'
t=t+1
endwhile'disable fwrite'

1ヶ月分のu方向風データを
バイナリファイルyymm.binに書き込む

t＝1

u方向風データ'close 1'i=i+1
endwhile

ctlファイルを閉じて次の月へ進む※ Copyright @ 2010, Hydraulic Engineering Laboratory. All Rights Reserved.

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GrADSスクリプトの作成③i=1
while (i<=12)
if (i=1 | i=2 | i=3 | i=4 | i=5 | i=6)
a=3+i
'open 080'a'.ctl'
endif
if (i=7 | i=8 | i=9)
a=3+i'open 08'a'.ctl'
endif

if (i=1 | i=3 | i=6 | i=8)
time=0endif
if (i=2 | i=4 | i=5 | i=7 | i=9 | i=10 | i=12)
time=8endif
if (i=11)
time=-16
endif
if (i=1 | i=2 | i=3 | i=4 | i=5 | i=6)
yymm=080a
endif

if (i=10 | i=11 | i=12)
a=i-9'open 090'a'.ctl'
endif

if (i=7 | i=8 | i=9)
yymm=08a
endif'set lon 136.9 139.8''set lat 36.9 38.9''set lev 0'

if (i=10 | i=11 | i=12)
yymm=090a
endif

これを.gs形式で保存

今回はbinary.gsとします'set gxout fwrite''set fwrite 'yymm'u.bin't=1
while(t<=240+time)'set t 't'''d ugrdsfc'
t=t+1
endwhile'disable fwrite''set gxout fwrite''set fwrite 'yymm'v.bin't=1
while(t<=240+time)'set t 't''
'd vgrdsfc'
t=t+1
endwhile'disable fwrite''close 1'i=i+1
endwhile※ Copyright @ 2010, Hydraulic Engineering Laboratory. All Rights Reserved.

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GrADSスクリプトの実行

0804uから0903vまでのbinファイルが生成[suiko@estuary5 bin]$ ./grads -b

終わったらquitで
終了

ほにゃらら
ga->run binary2.gs

runコマンドでスクリプトを実行※ Copyright @ 2010, Hydraulic Engineering Laboratory. All Rights Reserved.

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Fortranでテキストデータ化①
t＝1

t＝1

t＝2

t＝3

t＝4

t＝1
t＝2

u方向風データ
t＝1

t＝1

t＝2

t＝3

t＝1

t＝4
t＝2
v方向風データbinファイル

DATファイル
SWAN計算用

TXTファイル※ Copyright @ 2010, Hydraulic Engineering Laboratory. All Rights Reserved.

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Fortranでテキストデータ化②
DATファイルにするプログラム
program main
parameter(itm=248,ilon=32,ilat=24)
character dataname1*16,dataname2*16,filebase1*5,filebase2*5
character form2*20
integer ndimension u (ilon,ilat),v (ilon,ilat)
dimension u2(ilon,ilat),v2(ilon,ilat)
common u,v,n,it***** open file
* 7月データ (2004/07/25 0:00 - 2004/08/31 18:00)
open(10,file='0812u.bin',form='unformatted',access='direct'
1 ,recl=ilon*ilat)
open(50,file='0812v.bin',form='unformatted',access='direct'
1 ,recl=ilon*ilat)*****************
write(*,*)'time',it
if(

n.le. 9) thenform2='(a5,a1,i1 )'
else if(n.ge. 10.and.n.le. 99) thenform2='(a5,a1,i2 )'else if(n.ge. 100.and.n.le. 999) thenform2='(a5,a1,i3 )'else if(n.ge.1000.and.n.le.9999) thenform2='(a5,a1,i4 )'endif

10 continue
close(10)* close(20)* close(30)*close(40)close(50)* close(60)* close(70)* close(80)
stop
end

filebase1='win-u'
filebase2='win-v'
write(dataname1,form2) filebase1,'_',nwrite(dataname2,form2) filebase2,'_',nopen( 90,file=dataname1,status='unknown')
open(100,file=dataname2,status='unknown')***** データの読み込み
n=1
do j=ilat,1,-1
write( 90,'(361f10.5)') (-u(i,j),i=1,ilon)
write(100,'(361f10.5)') (-v(i,j),i=1,ilon)
enddo

do it=1 , itmread(10,rec=it
read(50,rec=it)u)v

close( 90)close(100)
n=n+1
enddo

こんな感じです※ Copyright @ 2010, Hydraulic Engineering Laboratory. All Rights Reserved.

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Fortranでテキストデータ化③
TXTファイルにするプログラム
program main
parameter(nt=248 , nx=32, ny=24)
character dataname1*16,dataname2*16,filebase1*5,filebase2*5
character form2*20
integer T
dimension u(0:nx,0:ny),v(0:nx,0:ny)
common u,v,n,it***** swanで使用するグラフ
open( 95,file='wind9.txt',status='unknown')
open( 96,file='windpx.dat',status='unknown')
open( 97,file='windpy.dat',status='unknown')***** x成分データ
DO T=1,nt
write(*,*)'time',T
if(

T.le. 9) thenform2='(a5,a1,i1 )'
else if(T.ge. 10.and.T.le. 99) thenform2='(a5,a1,i2 )'else if(T.ge. 100.and.T.le. 999) thenform2='(a5,a1,i3 )'else if(T.ge.1000.and.T.le.9999) thenform2='(a5,a1,i4 )'endiffilebase1='win-u'
write(dataname1,form2) filebase1,'_',Topen( 90,file=dataname1,status='unknown')
do j=ny,1,-1
read( 90,'(361f10.5)') (u(i,j),i=1,nx)
enddo
close( 90)

wind1.txt(08.4)から
wind12.txt(09.3)までのTXTファイルが完成***** データの書き込み
do j=ny,1 , -1
write( 95,'(361f10.5)') (u(i,j),i=1,nx)
enddo
WRITE(96,'(2F10.5)') REAL(T)/4.0 , U(16,15)
ENDDO***** Y成分データ
DO T=1,NT
if(
T.le. 9) thenform2='(a5,a1,i1 )'
else if(T.ge. 10.and.T.le. 99) thenform2='(a5,a1,i2 )'else if(T.ge. 100.and.T.le. 999) thenform2='(a5,a1,i3 )'else if(T.ge.1000.and.T.le.9999) thenform2='(a5,a1,i4 )'
endifclose( 95) ; close(96) ; close(97)
stop
end

wind1.txt(08.4)から
wind12.txt(09.3)までのTXTファイルが完成

filebase2='win-v'
write(dataname2,form2) filebase2,'_',Topen(100,file=dataname2,status='unknown')
do j=ny,1,-1
read(100,'(361f10.5)') (v(i,j),i=1,nx)
enddo
close(100)***** データの書き込み
do j=ny,1,-1
write( 95,'(361f10.5)') (v(i,j),i=1,nx)
enddo
WRITE(97,'(2F10.5)') REAL(T)/4.0,V(16,15)
ENDDO※ Copyright @ 2010, Hydraulic Engineering Laboratory. All Rights Reserved.

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SWANをインストールして計算をしますswan4041ABというディレクトリの中に入っています※ Copyright @ 2010, Hydraulic Engineering Laboratory. All Rights Reserved.

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自動高速インストールをします
インストール前に入っていてるファイル達[suiko@estuary5 swan4041AB]$ make config[suiko@estuary5 swan4041AB]$ make ser

SWANのImplementation Manualに方法が書いてあるので，
その通りインストールします.
1．マシン依存のマクロを含むインクルードファイルをまず最初につくります．
このファイルはmacros.incと呼ばれ，make configで作られます．
2．SWANを構築するためにmake serと打ちます．(シリアルモード)※ Copyright @ 2010, Hydraulic Engineering Laboratory. All Rights Reserved.

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インストール終了

インストール後はこんな風になってます．

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SWANの計算実行に必要なもの
無事インストールできたら，計算を実行するために必要なデータやファイルを準備します
必要なもの①SWANそのもの

インストールしました．

②SWANのコマンドファイル(拡張子swn)

これから作成します．

③風データ

前回説明したGrADSやらで作ったデータです．
名前は今回wind1.txtです．

④地形データ

今回はniigata_dep.datというデータです．
格子状の地形データになっています．

この3つをさっきSWANをインストールしたSWAN4041ABのディレクトリの中に転送します．
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SWANのコマンドファイルの作成①
インストールしたSWANの中にswan.edtというコマンドファイルの雛形があります．

swan.edtの中身はこんな感じ
この雛形を元に
今回はnihonkai-03.swnというコマンドファイルを作成します．

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SWANのコマンドファイルの作成②
Start-upコマンド

PROJECTSET なんたら

MODE
COORDINATES

今回のプログラムの名前とあだな（みたいの）[時間，場所的に一定の水面上昇] [x軸から見た北の角度] [最小水深][最大エラーメッセージ数] [コマンドファイルのエラー設定] [重力加速度][水の密度] [出力単位の選択] [よくわからない] [波向，風向の決定][よくわからない] [出力画面選択] [最大フルード数] [テスト出力画面選択][定常/非定常] [次元選択][デカルト座標/球座標]※ Copyright @ 2010, Hydraulic Engineering Laboratory. All Rights Reserved.

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SWANのコマンドファイルの作成③
model descriptionコマンド

CGRID

Computational grid:計算格子の地理的場所，格子の大きさ，解像度，向きの決定

INPGRID BOTTOM

地形データの地理的場所，格子数，格子の大きさ

READINP BOTTOM

地形データの単位変換，ファイル名，読み込み方，

INPGRID WIND

風データの格子形状，地理的場所，格子数，格子の大きさ，定常/非定常，期間

READINP WIND

風データの単位変換，ファイル名，読み込み方，BOUND SHAPESPECBOUNDSPEC SIDEINITIAL

初期条件

境界条件の設定
境界条件の細かい設定？
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SWANのコマンドファイルの作成④
Physics,Numericsコマンド
ここら辺で，具体的にどんな波を起こすのか決めていきます．

主に，いじったのはこのあたり．
波の方程式とかそういうのの設定です．
これはまた違うマニュアルで説明されてます．
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SWANのコマンドファイルの作成④
Output,Lock-upコマンド
欲しい出力データの場所や，期間などを設定します．

POINTS

ある1地点だけのデータを欲しいときに設定します．

TABLE

POINTSで定めた地点の欲しい出力データの設定をします．

GROUP

計算領域の中でまとまった格子データが欲しいときに設定します．

BLOCK

GROUPで定めた領域の欲しい出力データを設定します．

COMPUTE
STOP

いつからいつまで計算するのか設定します．
入力コマンド終わりの合図．
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計算を実行する
その前に，SWANにこのコマンドファイルを使ってくださいと言う必要があります．

[suiko@estuary5 swan4041AB]$ chmod +rx ./swanrun[suiko@estuary5 swan4041AB]$ ./swanrun –input nihonkai-03

認識してくれたので計算してくれました

計算の実行手順を記したものがあって，それがswanrunというものです．
それに，nihonkai-03.swnというコマンドファイルで計算をお願いします．と言います．
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2回目以降の計算のために初めての計算が終わったら，SWANの初期ファイルswaninitが生成されます．
次からいちいち前の実行手順を踏まなくても，./swan.exeで計算が実行されるように書き換えます．

nihonkai-03.swn

nihonkai-03.prt
prtファイルというのはこんな計算しましたという報告書みたいなものです．

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2回目以降の計算
SWANのシステムは，swan.exeとswan.edt，swanrunで成り立ってると書いてあります．

[suiko@estuary5 swan4041AB]$ ./swan.exe
2回目以降は，swaninitを書き換えたので，実行可能ファイルswan.exeを実行させるだけで計算できるようになります．

結果のファイルはこんな風に
きちんと12個でてきます．

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結果をみてみる
こんな風にして出てきた数値をエクセルとかでみたりします．

おしまい※ Copyright @ 2010, Hydraulic Engineering Laboratory. All Rights Reserved.