Denne artikkelen er produsert og finansiert av Meteorologisk institutt - les mer.

Pannekakeis er et tydelig tegn på bølgeaktivitet. Forskere plasserer ut små instrumenter med sensorer for å se hva som skjer.
Pannekakeis er et tydelig tegn på bølgeaktivitet. Forskere plasserer ut små instrumenter med sensorer for å se hva som skjer.

Billig elektronikk og åpen programvare gjør at forskerne nå kan bygge sine egne bølgemålere

Før var det store selskaper som lagde instrumentene de bruker til å undersøke sjøis.

Temperaturen på jorda øker mest i polområdene. Årsakene er sammensatte, men forskerne ser at sjøisen spiller en sentral rolle. Derfor er kunnskap om sjøisen helt nødvendig for å lage modeller som skal vise den globale utviklingen av klimaet på lang sikt.

Å forstå sjøisen er også nødvendig på kort sikt, for å lage gode værvarsler for de nærmeste dagene fremover. Isen er tett koblet sammen med både havet og atmosfæren.

For å gjøre datamodellene av isen enda bedre trenger forskerne å samle inn betydelig mer data om sjøis, drift av is, og bølger i isen enn tidligere. Gjennom forskningsprosjektet Arven etter Nansen blir dette mulig.

Jean Rabault, senioringeniør ved Meteorologisk institutt.
Jean Rabault, senioringeniør ved Meteorologisk institutt.

Mindre instrumenter og mer data

For å kunne forbedre modellene trenger forskerne minst ti ganger så mye data om isdrift og bølger som tidligere.

– Kraftig og billig elektronikk gjør dette nå mulig for første gang innenfor et rimelig budsjett, forteller senioringeniør ved Meteorologisk institutt, Jean Rabault.

I løpet av sitt doktorgradsarbeid ved Matematisk institutt ved Universitetet i Oslo utviklet Rabault noen små sensorer som kan måle bølgenes bevegelse under isen. Bølgemålere fikk plass i en koffert som forskere kunne plassere ut på isen.

Stadig mer åpen tilgang innen utvikling av maskinvare- og programvareutvikling har gjort at det er mulig for forskerne å lage enda mindre sensorer.

Sammen med forsker ved Meteorologisk institutt, Malte Müller, har Rabault utviklet nye bølgemålere som er mindre og rimeligere å produsere. De nyeste målerne får plass i små kvadratiske bokser som bare er ti centimeter lange i hver retning.

Hver av de nye målerne er rundt 15 til 20 ganger billigere enn kommersielle alternativer. De nye instrumentene bruker teknologi lik den som finnes i smartklokker.

– På samme måte som vi har fått drastisk bedre smartklokker, gjør utviklingen innen elektronikk det nå mulig for oss å lage langt bedre måleinstrumenter, sier Rabault.

En demokratisering av forskningen

– Dette er egentlig en demokratisering, sier Øyvind Breivik, som leder avdeling for oseanografi og maritim meteorologi ved Meteorologisk institutt i Bergen.

Han har jobbet med forskning på sjøis i en årrekke og har samarbeidet med Jean Rabault.

De små boksene til Rabault og Müller inneholder mikro-elektro-mekaniske sensorer, forkortet MEMS. Dette er små, lette og rimelige instrumenter. Med andre ord passer de perfekt hvis du trenger å samle inn store mengder observasjoner.

– For ikke så mange år siden var det å hente inn slike observasjoner ensbetydende med store investeringer. Instrumentene ble produsert av store selskaper og måtte installeres på flytende bøyer. Nå lager vi instrumentene selv, de får plass i håndflaten din og kan legges direkte ut på isen, forteller Breivik.

En isbølgebøye på omtrent 10 cm x 10 cm.
En isbølgebøye på omtrent 10 cm x 10 cm.

Hva er inni boksene?

De små boksene kalles bølgebøyer. I februar 2021 la forskerne ut 12 slike bølgebøyer på isen. De legges direkte ut på isflakene og driver av gårde med vind- og havstrømmer.

Inni boksene er det sensorer som måler bevegelse og beregner akselerasjon i vertikal retning, altså hvordan isen beveger seg opp og ned med bølgene. I tillegg er det en GPS-sensor som måler posisjonen.

Nå lager vi instrumentene selv. De får plass i håndflaten din og kan legges direkte ut på isen.

Øyvind Breivik, professor og leder for oseanografi og maritim meteorologi

Bølger er også en faktor i klimapuslespillet

Bølger i havet påvirker blant annet varmeutvekslingen mellom hav og atmosfære.

Øyvind Breivik forteller at dette er et toveisproblem. I Arktis vil sjøisen dempe bølgene, mens bølgene på sin side vil presse isen sammen.

Dette skaper flere såkalte tilbakekoblingsmekanismer. For eksempel kan vi få en selvforsterkende effekt: Når isen smelter, er det også mulig at det blir høyere bølger, som da vil bryte ned enda mer is.

– Det kan være vanskelig å si nøyaktig hvilke konsekvenser dette har. Nettopp derfor er det viktig med så mange observasjoner som mulig, forteller Breivik.

For å forstå hvilken teori om hvordan sjøisen demper bølgene som er den beste, trenger forskerne så mange målinger av bølger som mulig.

Øyvind Breivik ved Meteorologisk institutt i Bergen.
Øyvind Breivik ved Meteorologisk institutt i Bergen.

Alt blir åpent tilgjengelig

Rabault forteller at de nå jobber med å dokumentere de nye instrumentene. Målet er å gjøre både koden som brukes til samling, behandling og overføring av data, i tillegg til oppskriften på maskinvaren som kjører koden, tilgjengelig under en åpen tilgang-lisens.

– Det vil si at bruksanvisningen for å bygge de små instrumentene snart blir åpent tilgjengelig, slik at alle fritt kan bygge lignende instrumenter, og tilpasse dem til sine behov, sier Rabault.

Han forklarer at dette åpner for gode samarbeidsmuligheter med andre forskningsmiljøer og grupper rundt i verden. Åpen tilgang er vanlig når det gjelder numeriske koder, men frem til nå har det vært mindre vanlig i forbindelse med instrumentering og maskinvare.

– Dette skyldes at utvikling av elektronikk og maskinvare tradisjonelt har vært en lang og krevende prosess. Denne trenden er nå på vei til å snu, takket være at flere bedrifter nå har begynt å utvikle og selge elektronikk med åpen tilgang, sier Jean Rabault.

Bølgebøyene

Arbeidet med bølgebøyene som ble utviklet under Rabaults ph.d.-prosjekt (v2017), inkludert den åpne kildekoden til instrumentene, detaljer rundt maskinvaren og elektronikk, er beskrevet i en artikkel i tidsskriftet Cold Regions Science and Technology. Detaljene om de nye bølgebøyene (v2021) blir publisert så fort materialet er klar.

Referanse:

Jean Rabault mfl.: An open source, versatile, affordable waves in ice instrument for scientific measurements in the Polar Regions. Cold Regions Science and Technology, 2020. (Sammendrag) Doi.org/10.1016/j.coldregions.2019.102955

Arven etter Nansen

Arven etter Nansen er et arktisk forskningsprosjekt som skal gi kunnskap om et havklima og økosystem i rask endring.

Forskningsgruppen består av rundt 210 forskere fra ti norske forskningsinstitusjoner, og har arktisk kompetanse innen fysisk, kjemisk og biologisk oseanografi.

Prosjektet varer i seks år (2018–2023) og finansieres av Norges forskningsråd og Kunnskapsdepartementet, i tillegg til institusjonenes egeninnsats.

Powered by Labrador CMS