Den nye “superfuglen” gjennomfører nøyaktige målinger av istykkelsen i Arktis mens den taues 10-15 meter over isen av et helikopter eller fly i ca. 130 km/t. Foto: Dr. Christian Haas, University of Alberta
Utbredelsen av sommeris i Arktis har vært for nedadgående i mange år, muligens helt siden 1979. Bare fra 1996 til 1998 ble den gjennomsnittlige istykkelsen redusert fra ca. 2,5 til ca. 2 meter, og mye tyder på at dagens havisutbredelse er den laveste på hele 1450 år. Men målingene av havisen har vært beheftet med en betydelig feilkilde, fordi det ikke har vært mulig å måle isens tykkelse på en presis måte – bare utbredelsen.
Den viktige sommeren
Det finnes mange grunner til å ønske nøyaktige data om sommerisen i Arktis. Klimaforskerne vil gjerne ha mest mulig informasjon om ismengden, for å kunne avgjøre hvor fort isen blir borte. Uten nøyaktig kunnskap om ismengden blir det også vanskelig å spå hvordan klimaet kommer til å utvikle seg.
Sommerisen er dessuten viktig for blant annet isbjørnen, som gjerne følger iskanten nordover om sommeren for å lete etter mat. Ismengden i Arktis kan også ha stor betydning for skipsfarten, blant annet fordi Nordøstpassasjen og til dels Nordvestpassasjen kan bli interessante shippingruter mellom Asia og Europa, hvis isens utbredelse blir redusert.
Teknologi med svakheter
For å tilfredsstille det store informasjonsbehovet, begynte de første forsøkene med elektromagnetisk kartlegging av sommerisen i Arktis allerede på 1980-tallet. Alfred Wegener-instituttet i Bremerhaven utviklet et flybårent elektromagnetisk målesystem (EM-system) som har vært i bruk siden 2001, men det ble etter hvert klart at systemet hadde sine svakheter.
– Målesystemet fungerte godt på jevne isoverflater, men det ga ikke presise målinger av istykkelsen i skrugarder og andre ujevne isområder. Jeg har sett målinger der istykkelsen i skrugarder ble undervurdert med opptil 50 prosent, og andre målinger der utstyret registrerte en halv meter is i områder som egentlig var isfrie, forteller Andreas Aspmo Pfaffhuber. Han er fagleder for jordoverflatenær geofysikk i Avdeling for geomatikk ved NGI (Norges Geotekniske Institutt), og har ledet arbeidet med å utvikle et nytt målesystem som er i stand til å måle istykkelsen i Arktis med en nøyaktighet som aldri tidligere er oppnådd. Det nye målesystemet er utviklet og finansiert i et samarbeid mellom Alfred Wegener-instituttet i Bremerhaven og NGI i Oslo og har fått navnet MAiSIE (Multi-frequency Airborne Sea Ice Explorer).
Skrugardene i Arktis dannes i parentes bemerket fordi havisen består av mange flater som beveger seg i forhold til hverandre, på grunn av tidevann, strøm og vind. Der isflatene støter sammen, dannes skrugarder som kan stikke opptil 20 meter ned under havoverflaten. I grunne områder kan skrugardene til og med hekte seg fast på havbunnen og gjøre farvannet ugjennomtrengelig for selv de kraftigste isbrytere.
– Skrugardene dekker ikke store områder i Arktis, men det er mange nok av dem til at de kan forstyrre anslagene over ismengden. Hvis du kjenner isens utbredelse men ikke tykkelsen, vet du strengt tatt ikke hvor mye is som finnes i Arktis, tilføyer Pfaffhuber.
Superfugl med ny teknologi
Andreas Pfaffhuber tok i 2006 doktorgraden ved Alfred Wegener-instituttet, med en avhandling som utforsket hvordan ismålingene i Arktis kunne gjøres mer nøyaktige. I 2007 kom han til NGI, og der tok han snart initiativ til et samarbeid med det tyske instituttet. – Planen var at vi skulle finne de beste mulige løsningene på alle de punktene som førte til at det gamle EM-systemet ga dårlige resultater, og det har vi nå gjort, forteller Pfaffhuber.
Det nye målesystemet ser ut som en liten krysser-rakett eller en bombe, men Pfaffhuber og de internasjonale kollegene foretrekker å kalle det en ”bird”. I dette tilfellet er det snakk om en ”superfugl” fullstappet av avansert teknologi, som henger i et tau 10-15 meter over isen mens det taues av helikopter eller fly i ca. 130 km/t. Det enkleste problemet som måtte løses i forhold til det gamle systemet, var at ”fuglen” ikke hang stabilt under flyet det ble trukket av.
– Den gamle ”fuglen” vinglet litt til høyre og venstre mens den ble tauet, og det er jo ikke rart. Men vinglingen førte til at vinkelen til isflaten hele tiden endret seg, og det førte igjen til at målingene av istykkelsen ble litt feil. Den nye superfuglen er derfor utstyrt med et nøyaktig INS-system (Inertia Navigation System) som hele tiden kontrollerer geometrien og korrigerer beregningene, forteller Pfaffhuber.
Den nye superfuglen er også utstyrt med en laser høydemåler som måler avstanden til isoverflaten, en laserbasert skanner som leverer en tredimensjonal modell av isens overflate, og en infrarød sensor som måler temperaturen på isoverflaten. Dataene fra den infrarøde sensoren skal primært brukes til å kalibrere data fra satellitter som måler overflatetemperaturer over store områder.
Den gjennomsiktige illustrasjonen viser at måleinstrumentet MAiSIE er fullt av avansert teknologi. Illustrasjon: NGI/Alfred Wegener Institute
Tre dimensjoner og flere detaljer
Den viktigste nyvinningen er imidlertid at den nye superfuglen er mye mer følsom for vertikale strukturer. Den gamle fuglen hadde én sender og én mottaker som virket best i horisontalplanet, men superfuglen har en sendespole som opererer på flere frekvenser, og tre mottakere som dekker alle de tre romlige retningene. Det økte antallet frekvenser gir dessuten mange flere detaljer, og det er blitt mulig å se både inn i og tvers gjennom skrugardene. Andreas Pfaffhuber forteller at dataene fra den nye superfuglen skal brukes i kombinasjon med data fra satellitter.
– Det finnes satellittmålinger med god informasjon om isens utbredelse over store områder, men satellittmålingene av isens tykkelse er upresise. Ved å kombinere utbredelsesdata fra satellitter og tykkelsesdata fra superfuglen kan vi endelig få et nøyaktig anslag over hvor mye is som finnes i Arktis om sommeren, håper Pfaffhuber. De første vitenskapelige kartleggingene med superfuglen skal gjennomføres våren 2012, i form av en serie flytokt fra Barrow i Alaska.
Fra offshore til klima
Elektromagnetisk kartlegging har vært brukt til mineralleting på land i mer enn 60 år, men på 2000-tallet ble teknologien også tatt i bruk til olje- og gassleting i Nordsjøen. NGI spilte en sentral rolle i utviklingen av denne teknologien. Instituttet har senere også brukt teknologien til å kartlegge sprekker og vannførende lag langt inne i skredutsatte fjellvegger.
Den nye superfuglen er bygd på NGIs laboratorium i Oslo, med utstyr fra en rekke underleverandører. NGI og Alfred Wegener-instituttet er nå i ferd med å videreutvikle programvaren som brukes til å analysere dataene fra sensorene om bord på superfuglen.
NGI og Alfred Wegener-instituttet har gjennomført en rekke tester som dokumenter at MAiSIE innfrir forventningene. Foto: NGI
LES OGSÅ: Elektromagnetisk kartlegging av havis
