Sjøis kartlagt med «ekko» fra verdensrommet

03.07.18 Vibeke Os

Fysiker Jakob Grahn har studert sjøis med samme prinsipp som flaggermusa bruker i sin navigering, nemlig med radarbølger.

Nye radarmålinger med lengre bølgelende (L-band) gjør at forskerne nå kan få informasjon om isens kvalitet i dybden og kan studere den fasen der sjø møter is, altså undersiden av isen. Her et bilde fra N-ICE 2015 kampanjen da forskningsskipet LANCE ble frosset inn i isen i et halvt år, og forskere fra mange ulike fagfelt jobbet intensivt med å samle både felt- og radardata. Foto: Peter Leopold

Flaggermusa sender ut lydbølger og registrerer ekkoet av dem når de slynges tilbake eller absorberes og danner seg et virkelighetsbilde ut fra det, mens lyd/radarbølgene som Grahn har brukt i sitt forskningsprosjekt sendes og mottas fra satellitter i verdensrommet. Men ulikt flaggermusas intuitive tolking av de reflekterte bølgene, vet vi ikke automatisk hva som avleses på radarbildene fra verdensrommet. Men det har Jakob Grahn sett nærmere på i en doktorgradsavhandling ved UiT.

Svensken Jakob Grahn oppdaget Tromsø etter en ferietur til Lyngen, og tenkte at her kan jeg godt bo! Her er friskusen avbildet på en av sine mange skiturer. Foto: Privat Foto: Privat
Oppdaget Tromsø etter skitur
Svensken har ved UiT kombinert sin interesse for snø og skikjøring med forskning på sjøisens mange nyanser og kvaliteter. Ifølge forskeren var det etter en skitur til Lyngen at han oppdaget Tromsø og forskningen som pågikk her.

–Jeg er nok mer enn gjennomsnittlig interessert i snø og is, smiler han, kikker ut av vinduet i Forskningsparken på regnet som pisker og nysnøen som har lagt seg på Tromsdalstinden – men det er samtidig helt OK om det ikke er snø i juni!

Forskere har lenge brukt radarmålinger til å kartlegge sjøis, men det er fortsatt mye som er uklart i tolkingen av slike data.

–Jeg har studert hvordan radarbølger reflekteres fra sjøis og jobbet med å finne ut hva kan vi faktisk lese ut av et radarbilde og hva kan vi ikke lese av bildet, forklarer han.

–Sjøis er veldig kompleks, det er ikke åpenbart akkurat hvilke egenskaper i isen som påvirker radarbølgene og det er derfor ikke åpenbart hva vi kan måle. Jeg har studert is i ulike tilstander og sammenlignet radarmålingene fra ulike istyper. For eksempel ser vi at tykkelsen på isen, som er en av de absolutt viktigste parameterne å måle, har mye mindre å si enn strukturen på isoverflaten.

Her har vi et tverrsnitt av en iskjerne drillet opp fra sjøisen i Arktis der to kryssete polarisasjonsfilter er benyttet for å fremheve krystallstrukturen i iskjernen. Strukturen er avhengig av hvordan isen er formet, og i dette tverrsnittet ser vi to typer is. De forskjellige fargene gjenspeiler hvordan iskrystallene er orientert. Dette gir informasjon om isens historikk og hvordan den har blitt påvirket av blant annet temperatur, vind og havstrømmer. Foto: Martine Espeseth
Bølgelengde avgjør

Grahn forklarer at også lengde på radarbølgene har mye å si for hva som kan leses ut av bildene.
Her er radarfrekvens en nøkkelparameter, og radar med ulik frekvens, såkalt multi-frekvens radar brukes til å avlese ulike strukturer på jordoverflaten, blant annet sjøis.

Grahn fant ut at overflatestrukturen på isen, som store snøkrystaller eller sørpe, har mer å si og gir større utslag på bilder enn for eksempel saltkonsentrasjon og tetthet. Her er et eksempel på istyper som kan skilles på et radarbilde. Illustrasjon: Jakob Grahn

Tradisjonelle radarinstrumenter på satellitt gir en bølgelengde på 5-6 cm ( C-band), mens det nå er mulig å laste ned data fra satellitter som bruker forskjellige bølgelengder, for eksempel en Japansk satellitt ALOS-2 der bølgelengden er 25-30 cm (L-band). En viktig del av Grahn sitt arbeid har vært å beskrive hvordan disse frekvensene komplementerer hverandre og kan gi mer informasjon om isen hvis de kombineres.

Fasinerende fagfelt

Kombinasjonen av teoretiske beregninger og muligheten til å beskrive jordkloden og dens fenomener fasinerer fysikeren. Men selv for en is-ekspert kan naturen by på overraskelser.

Som at sjøis ved 20 minusgrader fortsatt inneholder flytende vann. Det nederste snølaget som er i kontakt med isen, blir vått og sørpeaktig, noe som er i sterk kontrast til temperaturen i lufta. Dette vannholdige laget som dekker isen vil også «kamuflere» den på radarmålingene og gjøre det vanskelig å estimere for eksempel tykkelse.

–Vi forsøker hele tiden å finne metoder som med størst mulig sikkerhet kan beskrive jordens overflate og tilstand og samtidig gjøre dette effektivt. Radarmålinger fra satellitt gir oss muligheten til å ekstrahere ut mye informasjon, oppsummerer han.

Grahn forsvarte sin avhandling 8. juni 2018, tittel på avhandlingen var: «Multi-frequency radar remote sensing of sea-ice – Modelling and interpretation of polarimetric multi-frequency radar sinatures of sea-ice». Han ble veiledet av Camilla Brekke og Torbjørn Eltoft ved CIRFA - Centre for Integrated Remote Sensing and Forecasting for Arctic Operations, et senter for forskningsdrevet innovasjon (SFI) ved UiT Norges arktiske universitet og Wolfgang Dierking ved Alfred Wegener Institutt i Tyskland. Han jobber nå for Norut, lokalisert i Forskningsparken i Tromsø.

Les mer:

Radarmålinger gir 3D-kart av snø og is

Centre for Integrated CIRFA - Remote Sensing and Forecasting for Arctic Operations

Norwegian Young Sea Ice Cruise i regi av Norsk Polarinstitutt (N-ICE2015)

 

På Twitter   #norgesarktiske
Skip to main content