Gjør kysten tryggere

Nøyaktig kunnskap om strømforholdene i trange kystfarvann kan redusere faren for ulykker til havs. Ved Matematisk institutt i Oslo vil professor Bjørn Gjevik og kollegene hans om få måneder ha klar data som gjør det mulig å produsere en helt ny type elektroniske sjøkart.

STRØM: Professor Bjørn Gjevik har i mer enn 30 år regnet på tidevann og tidevannsstrømmer. (Foto: Bård Amundsen)

Ved hjelp av numeriske havmodeller simulerer Oslo-matematikerne de sterke tidevannsstrømmene, som skaper problemer for kystfarten flere steder langs norskekysten. Midlene har de fått gjennom Forskningsrådets matematikk-forskningsprogram BeMatA. Målet er i første omgang å regne seg fram til mest mulig nøyaktig informasjon om strømforholdene ved innseilingen til Trondheimsfjorden og gjennom Tjeldsundet i Lofoten og Vesterålen.

– Matematikkmodellene våre uttrykker grunnleggende fysiske prinsipper, og det hele ender opp med et sett differensiallikninger som beskriver strømforholdene i havet, forklarer Gjevik tålmodig en ikke-matematiker.

Havmodeller

Numeriske havmodeller er langt fra noe nytt. Dette har matematikere holdt på med helt siden de første datamaskinene ble tilgjengelige for 40–50 år siden. Gjevik og Universitetet i Oslo er heller langt fra alene om dette i Norge. Ved alle universitetene våre og også andre steder her i landet arbeider matematikere med havmodeller. Norge har helt siden krigen vært langt framme på fagfeltet, og de norske miljøene har nære kontakter med andre gode miljøer i utlandet. Det spesielle med Gjevik og kollegenes arbeid er at de bringer modellene ned i en mindre skala enn trolig noen andre har gjort før dem. Slik skal det bli mulig også å si noe sikkert om strømforholdene i trange fjorder og sund. Det forfinede matematiske "gitteret" Oslo-forskerne nå trekker ned over modellene av Trondheimsleia og Tjeldsundet har en oppløsning helt ned i 50–100 meter. Noe slikt er så vidt de norske forskerne kjenner til, aldri blitt gjort tidligere. Resultatet er ny kunnskap som kan forhindre kollisjoner og grunnstøtinger i de vanskelige farvannene.

Selv har Bjørn Gjevik i mer enn 30 år vært opptatt av tidevann og tidevannsstrømmer. Mest kjent er han nok for å ha ledet et prosjekt der forskerne for første gang eksakt kunne fortelle oss hva den berømte Moskenesstraumen utenfor Lofotodden egentlig er for noe (se Forskning nr. 6/97). Dette arbeidet ble publisert i tidsskriftet Nature og brakt videre av en rekke internasjonale medier.

– Numeriske havmodeller kan brukes på mange områder, forteller Gjevik. – I Nordsjøen har for eksempel oljeindustrien behov for å vite noe om strømforholdene rundt plattformene sine, og de samme selskapene er pålagt av myndighetene å ha kunnskap om hvor det blir av forurensningen dersom det skulle skje et større oljeutslipp. Fiskeoppdretterne trenger kunnskap om hvordan strømmer langs kysten kanføre med seg smitte, giftalger og plankton.

Ny matematikk

Arbeidet Gjevik og kollegene utfører skjer ved hjelp av en spesiell optimaliseringsteknikk som bearbeider eksisterende måledata fra de to områdene i Møre/Trøndelag og Nordland på en svært systematisk måte. Et viktig stikkord er dataassimilasjon – en ny type matematikk på dette feltet – og doble (adjungerte) sett med modellikninger.

Prosjektet er et samarbeid der Forskningsrådet finansierer utviklingen av modellverktøyet, mens Sjøkartverket i Stavanger bidrar med måledata og legger kunnskapen om strømforholdene inn i de nye elektroniske sjøkartene på CD-ROM. Allerede i løpet av vinteren kan de første resultatene vise seg i form av en demonstrasjonsutgave av de nye sjøkartene. Disse vil ha langt høyere kvalitet enn de elektroniske sjøkartene som allerede er i handelen, kart som i realiteten bare er skannede utgaver av dagens papirkart. Når en skipper navigerer gjennom Trondheimsleia eller Tjeldsundet skal han hele tiden kunne se på en monitor hvilke strømforhold som akkurat i øyeblikket påvirker fartøyet. Resultatet vil bli sikrere ferdsel langs kysten vår.

Ikke enkelt

At utviklingsarbeidet allerede har kommet langt, betyr ikke at det bare har vært enkelt. – Vi støter på betydelige problemer knyttet til valg av numerisk løsningsteknikk, forteller Gjevik. Det har heller ikke vært lett å få på plass matematiske modeller av ting som turbulens og virveldannelser rundt odder og nes. Legger du til et stort antall variabler skapt av jordrotasjonen og variasjoner i topografien på havbunnen, er det kanskje enklere å forstå at det dreier seg om tungt regnearbeid med store krav til datakraft.

I Storbritannia er man spesielt interessert i det arbeidet som nå utføres her i landet på tidevannsstrømmer. Britene har selv en rekke trange kystfarvann med mye skipstrafikk, og de har friskt iminne katastrofen som inntraff da vanskelige strømforhold i 1996 brakte John Fredriksen-supertankeren "Sea Empress" på grunn ved innseilingen til oljeterminalen i Milford Haven. – Vi har kontakt med britiske forskere som jobber med modeller vi vet er bedre enn våre på visse ting, derfor har vi begge opplagt nytte av å samarbeide, konstaterer Gjevik.

Mer om forskningsprosjektet "Tidevannsmodeller for norske kystfarvann" på Internett: www.math.uio.no/~bjorng/bemata.

 

– Bård Amundsen.

 

Matematikk på nett Landslaget for matematikk i skolen har på denne adressen lagt ut en rekke gode pekere til matteressurser på nettet: http://home.sol.no/~gtof/lamis/ressurs.htm Institutt for matematiske fag ved NTNU i Trondheim har sine egne Tall til tusen-sider på denne adressen: http://www.math.ntnu.no/talltiltusen/ Marius Vartdal Kristoffersen er en privatperson som har lagt ut mye interessant matematikkstoff: http://www.geocities.com/ CapeCanaveral/Hangar/3736/