Operationell oceanografisk forskning

I många lägen är det viktigt att kunna göra havsprognoser. En havsprognos kan användas för att utfärda varningar om risk för översvämning i kustnära områden,för att förutsäga hur ett oljeutsläpp kommer att sprida sig, hur is kommer att bildas och pressas samman eller för att ge en prognos över våghöjd. Forskarna som arbetar med operationell oceanografi utvecklar modeller och verktyg som möjliggör effektiv framtagning av havsprognoser.

På liknande sätt som man kan göra prognoser för väderutveckling, kan prognoser även göras för havet. Det som oftast är mest intressant är:

  • signifikant våghöjd
  • isutbredning (iskoncentration, istjocklek, förekomst av vallar)
  • strömmar nära ytan, och
  • vattentemperatur vid ytan.

SMHI beräknar signifikant våghöjd med en vågmodell som heter SWAN (Simulating Waves Nearshore). Resten beräknas med havscirkulationsmodellen HIROMB (High-Resolution Operational Model for the Baltic).

Förutsättningar för att göra en prognos

För att kunna göra prognoser krävs i allmänhet att tre saker:

  • ett bra starttillstånd, dvs. en beskrivning av tillståndet i havet just nu,
  • bra randvillkor, dvs. en beskrivning av vad som händer vid de öppna gränserna till prognosområdet, som havets yta eller botten, samt
  • en modell som beräknar hur tillståndet i havet utvecklas med tiden, utifrån fysikens lagar.

För starttillståndet utgår man t.ex. från en sextimmarsprognos. Den uppdateras genom att man läser in observationer av exempelvis ytvattentemperatur. Metoden kallas dataassimilation. Dataassimilation behövs för att modellerna har förenklade beskrivningar av processerna i havet, och de förenklade beskrivningarna gör att modellen successivt kommer att glida iväg så långt ifrån verkligheten att prognoskvaliteten blir lidande.  Inläsning av observationer sker inför varje ny prognosberäkning.

För att få reda på vad som händer utanför prognosområdet (randvillkoren) använder man information från andra modeller. En atmosfärsmodell ger information om vind och lufttemperatur och från en storskalig havsmodell får man information om havsnivåer och salthalt.

Med olika modeller görs prognoser från 48 timmar upp till fyra veckor framåt i tiden. Havsprognoserna använder väderdata från SMHIs modell för de kortare prognoserna, och från det europeiska vädercentret ECMWFs modell för de längre prognoserna.

Figur 1 visar ett exempel på ett modellområde som används operationellt av SMHI. Den här konfigurationen har en horisontell upplösning på 3 nautiska mil (ca 5,5 km) och har öppna gränser i västra Engelska kanalen och längs ett avsnitt mellan Skottland och Norge.

Exempel på ett modellområde som används operationellt av SMHI
Figur 1. Exempel på ett modellområde som används för operationella prognoser vid SMHI. Den horisontella upplösningen är 3 nautiska mil och färgerna anger antalet vertikala lager, där blått betyder grundare och rött betyder djupare. Förstora Bild

Figur 2 visar två exempel på havsnivåprognoser med havsmodellen HIROMB. Bilden till vänster visar ett exempel från Sveriges västkust, som har en topp-till-toppamplitud på ca 20–30 m. Bilden till höger visar ett exempel från norra Östersjön, där det inte förekommer något tidvatten.

Exempel på havsnivåprognoser för Kungsvik (vänster) och Kalix (höger)
Figur 2. Exempel på havsnivåprognoser för (vänster) Kungsvik och (höger) Kalix. Röd: observationer. Blå: HIROMB med en upplösning på 1 nautisk mil. Cyan: HIROMB med en upplösning på 3 nautiska mil. Förstora Bild

Figur 3 visar ett exempel på en isprognos från Bottenviken i norra Östersjön. Färgerna anger havsytans temperatur och isens tjocklek.

Exempel på en prognos av istjocklek från HIROMB
Figur 3. Prognos för istjocklek och isdrift i Bottenviken. Exempel på en 4-dagarsprognos. Förstora Bild