Sjávarfallalíkan

Sjávarfallalíkan Siglingastofnunar nær yfir allt hafsvæðið umhverfis Ísland. Með því má spá fyrir um sjávarhæðir og sjávarfallastrauma alls staðar innan líkansvæðisins, þar sem bæði er tekið tillit til stjarnfræðilegra og verðurfarslegra áhrifa.

Hjá Siglingastofnun er líkanið keyrt daglega með veðurgögn frá Veðurmiðstöð Evrópuríkja í Englandi (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts), sem gefur út spá fyrir svæðið með upplausn 1,5° í lengd og breidd.

Sjávarfallalíkan Siglingastofnunar reiknar sjávarföll út frá sjö sterkustu sjávarfallaþáttunum við Ísland (M2, S2, N2, K2, O1, Q1 og K1). Það byggir á tvívíðum hluta Princeton Ocean Model, sem notað er við útreikninga á sjávarföllum víða um heim. Líkanið leysir saman grunnsjávarlíkingar og randskilyrði. Lokið er við kvörðun á reiknunum sjávarföllum og eru niðurstöður líkansins bornar saman við mæld sjávarföll í höfnum.

Niðurstöður líkanreikninga eru birtar á klukkustundarfresti á hafsvæðinu umhverfis Ísland, bæði í 10x10 km og 2x2 km upplausn og sem tímaraðir við valdar hafnir.
Lokið er vinnu við að koma öllum dýptarmælingum Sjómælinga Íslands og Siglingastofnunar Íslands á stafrænan gagnagrunn og hafa báðar stofnanirnar unnið að þessu verkefni undanfarin ár. Utan landgrunnsins eru upplýsingar um dýpi úr alþjóðlegum gagnagrunni. Þannig byggir sjávarfallalíkanið á bestu fáanlegu dýpisgögnum.

Spá um sjávarföll, sjávarfallastrauma og áhlaðanda

Sjávarfallalíkanið er keyrt daglega. Veðurgögn berast um miðnætti og hefjast þá strax reikningar. Um kl. 9 um morguninn liggur fyrir spá um sjávarhæð og strauma næstu tvo sólarhringa á öllu líkansvæðinu. Tímaraðir eru gerðar sem innihalda spá um sjávarfallahæð, áhlaðanda og sjávarflóðahæð á völdum stöðum í kringum landið. Einnig eru gerðar myndir af öllu líkansvæðinu á tilteknum tímum, bæði fyrir stóra líkanið og landsfjórðungalíkönin. Þar koma fram sjávarhæð og straumar, með eða án áhrifa veðurs. Lituðu svæðin merkja sjávarhæð miðað við meðalsjávarborð og merkir hver litur 0,165 m sjávarhæðabreytingu. Örvar merkja straumstefnu og straumhraða og er straumhraðinn miðaður við örina neðst til hægri á hverju korti.

Sjávarflóð

Niðurstöður öldumælinga í Atlantshafi benda til þess að hæstu öldur hækki eftir því sem norðar dregur allt að 65° breiddargráðu. Mesta hækkun sjávarborðs við ströndina verður þegar djúpar lægðir koma upp að landinu samfara miklu brimi. Loftþrýstingur við yfirborð sjávar veldur straumum þ.a. sjórinn leitar inn að lægra loftþrýstingi og sjávarborð hækkar þar sem loftþrýstingur er lágur. Við hvert hPa sem loftvog fellur niður fyrir meðalloftvægi, hækkar sjávarstaðan að jafnaði u.þ.b. 1 cm. Vindur veldur kröftum á yfirborð sjávar sem leitast við að auka strauma í vindstefnuna. Þetta, samhliða áhrifum brimsins, snúnings jarðar, sjávardýpi, lögun strandlínu og ýmsum öðrum þáttum veldur flóknu samspili sem leitt getur til hækkunar sjávarborðs við ströndina og sjávarflóða af þess völdum. Mesta hætta á ágangi sjávar er þegar þessar aðstæður eru við stórstraumsflóð. Í aftakabrimi hækkar þannig sjávarstaðan innan brimgarðsins mest og ná þá hærri öldur lengra á land áður en þær brotna. Í slíku aftakaveðri getur sjávarborð hækkað milli 40 til 80 cm vegna lækkunar á loftþrýsingi, um 20 til 40 cm vegna vindáhlaðanda og um 50 til 200 cm vegna grunnbrota. Vindáhlaðandi og hækkun sjávarborðs vegna grunnbrota eru háð aðstæðum á hverjum stað.

Með áhlaðanda er átt við frávik (hækkun eða lækkun) frá meðalsjávarborði vegna loftþrýstings eða vinds og merkir hver litur 0,165 m sjávarhæðabreytingu.

Reklíkan

Reklíkan til að spá fyrir um rek og útbreiðslu olíumengunar, hefur verið tengt við sjávarfallalíkanið. Líkt er eftir útbreiðslu olíunnar með því að fylgja eftir færslu tiltekins fjölda agna. Rek og útbreiðsla er reiknuð með hliðsjón af vindi og sjávarstraumum úr sjávarfallalíkaninu, auk þess sem stuðst er við reynslulíkingar fyrir rek og útbreiðslu olíuflekks ásamt veðrun og niðurbroti olíunnar. Er þetta gert til að auðvelda viðbrögð ef olía eða mengandi efni fara í sjóinn.

Hér er sýnt tilbúið dæmi um rek olíuflekks eftir að 10.000 tonn af olíu fór í sjóinn um 30 km frá ósum Þjórsár. Á öðrum degi rekur olíuna upp í fjöru. Viðbragðstíminn er innan við tvo daga og magn sem berst á hvern km er um 900 t/km. Ströndin sem mengast nær yfir um 11 km. Þetta dæmi er fengið úr meistaraverkefni Önnu Fanneyjar Gunnarsdóttur við Háskóla Íslands, 2002.

Hér fyrir neðan er sýnt annað tilbúið dæmi um rek ímyndaðs olíuflekks. Í þessu dæmi fóru 10.000 tonn af olíu í sjóinn um 70 km frá ósum Þjórsár. Myndin sýnir rek olíu yfir 3 daga, frá 10. - 12. janúar 2001. Staðsetning agna er sýnd á hádegi á hverjum degi. Olíuna rekur á land á þriðja degi. Hana rekur upp í fjöru við ósa Ölfusár. Öll olían berst upp í fjöru og mengar 13 km langa strandlengju austan megin við ósa Ölfusár. Á þriðja degi eru 1200 tonn komin upp í fjöru en á fjórða degi hefur alla olían rekið upp í fjöru.

Einnig er hægt að fylgjast með reki fljótandi hluta s.s. gúmmíbáta, skipa og hafíss.

Rek hafíss

Þegar hafís rak upp að landinu í mars 2005 var ákveðið að kanna hvort hægt væri að nota reklíkanið til að spá fyrir um rek hafíssins. Upphafsskilyrði ísjaðarsins voru settur í reklíkanið þann 7. mars 2005. Þann 11. mars var lega ísjaðarsins eins og myndin sýnir.

Á myndinni hér að neðan er sýndur samanburður á hafísspá byggt á reklíkani Siglingastofnunar og ískorti Landhelgisgæslunnar þann 16. mars 2005.

Á myndinni hér að neðan er sýndur samanburður á hafísspá byggt á reklíkani Siglingastofnunar og ískorti Landhelgisgæslunnar út af Vestfjörðum þann 16. mars 2005.

Þessi samanburður lofar góðu og er ljóst af meðfylgjandi mynd sem sýnir yfirlit af hitastigi sjávar um þetta leiti að í reklíkanið vantar bráðnun hafíssins vegna hærri sjávarhita upp við landið. Gögnin um sjávarhita eru aðgengileg í reklíkaninu en eftir er að setja jöfnur um bráðnun hafís í líkanið. Hafísverkefnið er samvinnuverkefni Háskóla Íslands, verkfræðistofunnar VST og Siglingastofnunar Íslands.

Kvörðun

Á árinu 2002 var unnið að kvörðun sjávarfallalíkansins og gerður samanburður á mældum og reiknuðum tímaröðum á 10 stöðum umhverfis landið. Meginniðurstaða þessara kvörðunar var að mælingar við Suðvesturland og niðurstöður líkansins var í góðu samræmi. Þá var einungis farið að keyra 2x2 km líkanið fyrir Suðvesturland. í kaflanum hér á eftir um Sjávarfallatengt atferli þorska er gerð grein fyrir áætlun um kvörðun líkansins á landgrunninu á næsta ári.

Sjávarfallatengt atferli þorsks

Hafrannsóknastofnun hefur merkt fiska í mörg ár og er mikilvægt að geta staðsett fiska milli merkingar og endurheimtu. Ýmsar leiðir hafa verið reyndar, og sem stendur virðast staðsetningar með sjávarfallalíkaninu lofa góðu við íslenskar aðstæður. Sjávarfallastaðsetning ætti að vera möguleg í hvert skipti sem fiskurinn heldur sig við botn í nokkrar klukkustundir samfellt. Athuganir á sjávarföllunum eru einnig mjög mikilvægar fyrir atferlisrannsóknir á fiskum í sjó vegna þess að sjávarföll og straumar ráða miklu um atferli og takt sjávarlífsins. Aðferð við staðsetningu á fiskum þar sem notuð er þekking á sjávarföllum, hefur áður verið reynd í Norðursjó. Nákvæmni sem fengist hefur með sjávarfallastaðsetningum er misjöfn eða frá 40 km niður í 10 km. Í Norðursjó hafa nokkur DST-merki sett við baujur mælst innan 15.7 km frá réttri staðsetingu.

Hafró hefur tekið þátt í þróun DST-merkja með Stjörnu-Odda og hefur á sama tíma þróað merkingaaðferðir og safnað miklu af gögnum í formi tímaraða hita og dýpis sem nú eru á úrvinnslu og birtingarstigi. Þessi tækniþróun hefur aðallega orðið á fáum stöðum við Norður Atlantshaf á Íslandi, Bretlandi og í Kanada, en þeir möguleikar sem hún skapar í rannsóknum hafa m.a. orðið til þess að fjölþjóðlega verkefnið CODYSSEY fór af stað árið 2002.

Sett var af stað sérstakt forverkefni fyrrihluta árs 2005. Þar var gerð tilraun með að tengja sjávarfallastaðsetningakerfið sem þróað var í Lowestoft í Englandi við sjávarfallagagnagrunn Siglingastofnunar eins og hann er í dag og voru sjávarfalla mynstur með þekktum staðsetningum (DST merki á veiðarfærum) notuð til að reyna notagildið. Útkoman var nokkuð góð miðað við að engar sérstakar aðlaganir höfðu verið gerðar. Skekkjur í staðsetningum sem þetta bráðabirgðatæki fyrir sjávarfalla-staðsetingakerfi fann miðað við rétta staðsetningu voru 3 til 40 sjómílur og voru allar sömu megin við rétta staðsetningu sem bendir til skekkju í fasa eða að núverandi sjávarfallalíkan sé á eftir miðað við rétta staðsetningu. Í þessu formi er samt hægt að staðsetja merki við landshluta (landsfjórðung).

Ekki er gerð krafa um mjög nákvæma staðsetningu í þessu tilfelli. Hins vegar er það að geta rakið verustað fiska með nokkurra km eða örfárra tuga km nákvæmni mjög mikilvægt og mikil framför frá því að ekkert var vitað um merkta fiskinn milli merkingar og endurheimtu.

Mikið liggur við að sem allra fyrst verði unnið að kvörðun á landgrunninu á sjávarfallalíkani Siglingastofnun auk þess sem þörf er á að þróa staðsetningakerfið miðað við íslenskar aðstæður.

Siglingastofnun Íslands, Hafrannsóknastofnun, Verkfræðistofa VST, Háskóli Íslands og Háskólinn á Akureyri hafa sótt um verkefnastyrk til Rannsóknasjóðs til að geta kvarðað sjávarfallalíkan Siglingastofnunar.

Stefnt er að því að mæla sjávarföll með 10 Stjörnu-Odda mælitækjum á landgrunninu í 10 þversniðum á einu ári, eins og sést á á meðfylgjandi mynd og velja 3-4 staði í hverju þversniði, og mæla í 2-3 mánuði á hverjum stað.

Horft fram á veginn

Með tilkomu Sjávarfallalíkans Siglingastofnunar fæst yfirsýn yfir allt hafsvæðið umhverfis Ísland og þar með einnig staðbundnar aðstæður á landgrunninu og við ströndina og þá sérstaklega við straumrastir. Einnig gefst möguleiki á að spá fyrir um sjávarföll á stórum hluta norður Atlantshafs. Spá um sjávarflóð við strendur landsins er í stöðugri þróun.

Sjávarfallalíkanið er í dag tvívítt líkan en með því að reikna strauma í þrívídd opnast möguleikar á að taka tillit til breytinga á eðlismassa sjávar vegna áhrifa breytilegu hitastigi og seltu sjávar á mismunandi dýpi. Þar með yrði hægt að reikna hafstrauma og strandstrauma við landið og fá yfirlit yfir umhverfisaðstæður í öllu hafinu umhverfis landið.

Þróun sjávarfallalíkans Siglingastofnunar

Vinna við þróun reiknilíkans fyrir sjávarföll umhverfis Ísland hófst hjá Verkfræðistofnun Háskóla Íslands á árinu 1993 en frá árinu 1997 hefur verkfræðistofa VST unnið að þróun sjávarfallalíkans fyrir Siglingastofnun. Auk VST og starfsfólks Siglingastofnunar hafa fjöldi einstaklinga og verkfræðistofa og háskóla, innlendra sem erlendra, tekið þátt í þróun upplýsingakerfis Siglingastofnunar.

Á alþjóðlegri ráðstefnu sem haldin var á Höfn dagana 5–8. júní 2005 voru haldin mörg erindi sem tengjast Upplýsingakerfinu. Þessar greinar má finna á vef ráðstefnunnar icecoast.is eða undir “Abstracts and papers”.