Matematikere løser isgåten i Arktis

Matematikerne beregner nå hvordan bølgene bryter opp isen i Arktis. Da kan både værmeldingene og havprognosene bli mye bedre enn i dag.

PÅ ISEN: Atle Jensen er matematiker og bølgeteoretiker. Her er han på felt på isen i Tempelfjorden på Svalbard. Foto: Atle Jensen.

Når isen trekker seg nordover i Arktis, blir det mer åpent hav. Da øker den menneskeskapte aktiviteten i nordområdene. For at sikkerheten skal bli best mulig, er det viktig at meteorologene bedrer prognosene for både været og havstrømmene. Uheldigvis har meteorologene ikke god nok kontroll i Arktis. Forklaringen er enkel. De har fortsatt for liten kjennskap til det spesielle samspillet mellom bølger, is, hav og atmosfære.

Når kraftige stormer treffer iskanten i Barentshavet, brytes enda mer av isen opp. Når iskanten trekker nordover, blir bølgene enda større. Det påvirker været.

Matematikere ved Universitetet i Oslo leter nå etter den generelle, matematiske beskrivelsen av hvordan isen brytes opp. Meteorologene kan bruke den til å forbedre modellene sine. Da kan både værmeldingene, iskartet og beregningene av hvor isflakene havner, bli bedre.

For å greie dette må matematikerne kombinere simuleringer, matematiske teorier og eksperimenter i bølgelaboratorium med feltmålinger på isen. I fjor var de to uker på isen i Tempelfjorden mellom Longyearbyen og Pyramiden på Svalbard. Der målte de hvordan bølgene påvirker og bryter ned isen og hvor energien blir av. Målingene fortsetter kommende sommer.

Korte bølger har ingen innvirkning på isen. De brytes opp mot iskanten og sendes tilbake. Derimot har de lange bølgene, havdønningene, mye å si. De fortsetter inn under isen.

– De lange bølgene inneholder mye energi. Denne energien forsvinner ikke av seg selv. Energien må havne et eller annet sted, påpeker professor Atle Jensen på Matematisk institutt. Han er en av landets fremste bølgeforskere. Hvis bølgene er lange nok, løftes hele isen. Selv om den halvmeter tykke isen i Svalbardfjorden er sterk som stål, er det mulig å merke bølgene. Bølgene får isen til å bevege seg noen centimeter opp og ned.

– Hvis bølgen er hundre meter 'lang', dempes den først etter noen kilometer under isen.

Det store spørsmålet er hvor mye av bølgeenergien som går med til å bryte opp isen, men bølgene løfter ikke bare isen. Bølgene kan også danne turbulens og endre havstrømmene under isen. Turbulensen virvler opp vannet. Matematikerne studerer turbulensen og havstrømmene så langt ned som tjue meter under isen. Etter fire års beregninger har matematikerne kommet et stykke videre.

– Vi jobber nå med å forstå hvorfor isen bryter og hvor det blir av energien, påpeker Atle Jensen.

En av de store utfordringene for forskerne er at isen på fjordene er forskjellig. Hver fjordis er dannet under ulike trykk og temperaturer. De må derfor måle isen over lang tid for å kunne finne en generell modell.

Egne instrumenter

For å kunne finne ut av hva som skjer, har matematikerne satt ut flere instru- menter som måler bevegelsen på isen. Ett av instrumentene sjekker havstrømmene. For å måle turbulensen har matematikerne lagt en kabel under isen som slipper ut luftbobler. En undervannsdrone filmer bevegelsen til boblene. Slik kan de studere turbulensen i detalj.

– Vi har lagd alle instrumentene selv. All programvaren vår har åpen kildekode. Da kan enhver gjenskape eksperimentene våre, poengterer Atle Jensen.

Isfjell

Matematikerne er ikke bare interessert i iskanten. De beregner også hvordan isfjell fraktes med havstrømmene.

– Det er viktig å vite driften til isfjell. Det hand- ler om sikkerheten til skip og installasjoner i nordområdene. Hvert isfjell er unikt og beveger seg forskjellig. Satellitter kan i beste fall identifisere og måle posisjonen til isfjell et par ganger om dagen. Så må Meteorologisk institutt beregne hvor isfjellene driver de neste døgnene.

Uten en matematisk beskrivelse er det ikke mulig å beregne godt nok hvor isfjellene havner. Beregningene er alt annet enn enkle. Isfjellene styres ikke bare av vind, bølger og havstrømmer. Geometrien på isfjellene har også noe å si. Dessuten kan undervannsbølger, også kalt indre bølger, påvirke ferden til isfjellene. Disse bølgene inneholder enda mer energi enn overflatebølger.

Selv om brorparten av isfjellene er under vann, vet ikke matematikerne hvor dype isfjellene er. Det er ikke lett å beregne. Geometrien til alle isfjellene er forskjellig. For å kunne forutsi hvordan isfjellene forflytter seg, må forskerne finne ut hvordan isfjellene ser ut. De har allerede målt en rekke isfjell med droner, både i luften og under vann.

Meteorologi

Kai Christensen, avdelingsleder for hav og is på Meteorologisk institutt, bekrefter at arbeidet med å finne de generelle, matematiske modellene er nødvendig for å gjøre prognosene for både været og havet.

– Dette er viktig for å kunne sikre liv og verdier i Arktis.

Når isen trekker seg tilbake, blir beregningene hans stadig viktigere.

– Vind påvirker bølger. Bølger påvirker isen. Når isdekket sprekker opp, får vi kald luft over varmere vann. Da varmes luften opp. Havet påvirker atmosfæren. Det er derfor viktig å beskrive sammenhengen mellom is, hav, bølger og atmosfæren, for å lage bedre vær- og havmodeller i nord, poengterer Kai Christensen.

Av Yngve Vogt
Publisert 11. mai 2020 07:00
Legg til kommentar

Logg inn for å kommentere

Ikke UiO- eller Feide-bruker?
Opprett en WebID-bruker for å kommentere