Och hur är vädret därnere?

Östersjön sägs vara ett grunt hav med ett brevpappers proportioner. Det låter ganska tråkigt men här på bilden har Östersjöns djupkurvor ritat upp ett datadrama. Utanför Gotland tycks det bara rasa utför. I jämförelse med atmosfären är havet 250 gånger mer spännande, åtminstone om man ser till massan. Sambandet mellan atmosfär och hav är fascinerande. Det finns inte bara vanligt väder utan även ett väder under vattnet. Undervattensprognoser är något som ubåtsjägare länge har önskat sig. FOA har tagit de första stegen mot en sjörapport under Östersjöns yta.

Vägen till bättre väderprognoser går via de stora havsdjupen

Listiga datormodeller på väg att kunna spå undervattensvädret

Av Jan-Ivar Askelin

Alla pratar om vädret. Och menar det som sträcker sig ungefär en mil upp i luften. Men det finns ett väder till - det under vattnet. Och där händer det minst lika spännande saker som i atmosfären. Bara man vill ta reda på det. En som gör det är Jonas Nycander på FOA. Han är plasmafysiker från Uppsala och arbetar sedan ett år med en dynamisk datormodell för Östersjön. Steget verkar ju långt från plasma till havsdjup, men matematiskt ligger det på ett liknande plan. Det handlar om strömningslära, att kunna räkna ut var strömningarna kommer att uppstå, deras styrka och riktning. Kan man göra detta har man kommit en bra bit på väg mot undervattensväderprognosen.

- Bara att veta vad det är för undervattensväder just nu vore ett stort framsteg, säger han. Ännu bättre vore det givetvis om man kunde ge prognoser för undervattensvädret.

Med avancerad datorteknik och listiga modeller som matas av bl a satellitdata börjar forskarna ana en datormodell som kan spå detta väder.

Havet minns längre än atmosfären
En vanlig Pohlmanprognos kan inte ens i bästa fall sträcka sig längre än cirka två veckor. Atmosfärens minne är helt enkelt inte längre. Det är ungefär den tiden det tar för ett lågtryck att bildas, utvecklas och sedan försvinna.

- Men i havet är det annorlunda. Världshaven minns i månader och år, säger Jonas Nycander. Denna tröghet (både mekanisk och termisk) beror på havets enorma massa, som är drygt 250 gånger större än atmosfärens. Det händer inte så mycket under en dag, men när denna massa kommer igång händer det saker som inte bara påverkar det vanliga vädret utan även klimatet. Vi kan ju bara tänka på följderna av att Golfströmmen skulle ändras.

- Om vi vill ha längre väderprognoser, och t ex förutspå om sommaren ska bli varm eller regnig, måste vi förstå kopplingen mellan hav och atmosfär. Det betyder att vi måste ägna oss mer åt oceanografi, säger Jonas Nycander.

Men det är inte så lätt att locka ur havet dess väderhemligheter. I atmosfären är den typiska storleken för ett större vädersystem cirka 100 mil. I Atlanten är den typiska storleken kanske fem-tio mil och i Östersjön bara några kilometer. Det är ungefär så stor som en havsvirvel är. Det ställs därför betydligt större krav på upplösningen i en oceanografisk modell än i en meteorologisk modell.

Stort militärt intresse för havsdjupen
Det finns stor civil och militär nytta med att veta hur undervattensvädret är. Ljudutbredningen, och därmed t ex räckvidden hos sonarer, beror på salt- och temperaturskiktningen i havet. För ubåtsjägare har det alltså stor betydelse om man kan säga hur skiktningen kommer att förändras - på samma sätt som meteorologer varnar för kuling till kvällen. Idag utgår man från klimatologiska medelvärden, som ju inte behöver överensstämma med det verkliga undervattensvädret, eller från lokala mätningar. I exempelvis USA och Storbritannien satsar marinen mycket på detta område.

Den civila nyttan är framför allt att vi skulle veta mer om hur Östersjön mår och hur den förändras. Salthalt och syrehalt är viktiga delar i den känsliga balans som är Östersjöns liv. Datormodellen kan också beräkna varifrån ett oljeutsläpp har kommit, vart nödställda kommer att driva iväg osv. Även ur militär synvinkel finns ett intresse av att veta hur strömmar kan föra föremål (t ex drivminor) både på ytan och en bit ner i vattnet.

Vanligt väder driver undervattensvädret
Datormodellen är dynamisk. Med det menas att den beräknar förändringar över tiden med hjälp av grundläggande strömningsdynamiska lagar. Den del av programmet som beräknar denna dynamik är inte exklusivare än att det går att hämta in på Internet. Kruxet är att utnyttja det för ett speciellt område, i detta fall Östersjön. Olika värden för Östersjön ska matas in i modellen. Att knyta ihop alla dessa uppgifter så att datorn kan arbeta med dem är en stor del av Jonas Nycanders arbete.

En datormodell av havet behöver i princip kontinuerligt tillföras två typer av data, randdata och tillståndsdata. Randdata är vanliga väderdata som kan fås från en meteorologisk modell: vindriktning, vindstyrka, lufttemperatur, luftfuktighet och lufttryck. Det vanliga vädret är motorn som driver undervattensvädret. Vindarnas friktion mot havsytan skapar strömningar i vattnet, och temperaturskiktningen påverkas av t ex solstrålningen och värmeöverföringen till atmosfären.

Tillståndsdata är direkta mätningar från havet självt, av t ex vattenstånd eller temperatur och salthalt på olika djup. För att samla in dessa data används såväl gammal som modern teknik. Vattenstånd kan ju enkelt mätas med en tumstock, men också med en satellit som med radar mäter avståndet till vattnet. Skillnader så små som någon centimeter kan mätas. Till skillnad från den fasta tumstocken ger satelliten en enorm mängd data. Satelliter kan också mäta ytvattentemperaturen med IRsensorer, men för att få veta något om tillståndet djupare ner måste man sänka ner sensorer från fartyg.

-Dessa mätdata kan man använda för att styra upp modellen så att den inte driver iväg från det verkliga tillståndet, säger Jonas. Det kallas dataassimilation. Man kan säga att vi slår i facit och fuskar. För att göra en systematisk dataassimilation behöver man använda både statistik om mätdata och kunskaper om havets dynamik. Inom meteorologin har man länge sysslat med detta. Inom oceanografin är det svårare, eftersom mätdata är mycket glesare och mer oregelbundet utspridda i tid och rum, och här har utvecklingen bara börjat.

Från FOA-tidningen nr 3-1997 - www.foi.se/framsyn