Ny kartteknologi gjør det tryggere å seile i arktiske farvann

Vi er på broen til KV Svalbard, et sted nord for Svalbard. Med på seilasen er forskere og studenter fra forskningssenteret CIRFA som jobber med å utvikle overvåkningsteknologier i Arktis. Toktet er ledet av Nansen Environmental and Remote Sensing Center, og er en del av prosjektene Useful Arctic Knowledge (UAK), Integrated Arctic Observation System (INTAROS) og Digital Arctic Shipping. 

Det er midten av juni, og gårsdagens sol og klare vær har endret seg til tåke. Sikten er kort, havet er flatt, og vi kan knapt skille havet fra himmelen. Noe ser ut til å dukke opp i horisonten. Er det et skip, et isfjell eller havis? Kikkerten hjelper ikke mye, så fartøyet bremser. Øynene våre beveger seg mellom den store gråheten og de flimrende skjermene ved kommandobroen. Hva har vi i vente? 

Havis er fascinerende, men kan skade fartøy

Havis er en fascinerende del av polområdene og jordens klimasystem. Polhavet har et havisdekke som endrer seg med årstidene. Isen danner flak og rygger og blir tykkere i løpet av vintermånedene, men sprekker og smelter i løpet av den arktiske sommeren.

Fra isbreene rundt Grønland og Svalbard, brytes det ofte av små og store isfjell. Isfjellene flyter gjennom de iskalde farvannene og kan være skadelige for fartøyer og offshoreanlegg.

Både havis og isfjell driver over store avstander ved hjelp av havstrømmer, vind og bølger, før de blir presset til tykkere is eller smelter.

Utfordrende for polarreiser

Ledere for historiske ekspedisjoner til Arktis og Antarktis ble raskt klar over at havis og isfjell kan skade og knuse skip. Et kjent eksempel er Nansens Fram-ekspedisjon fra 1893–1896, der skipet frøs fast i havisen. Ekspedisjonen er en viktig del av norsk polarhistorie, og motivet av skuta i isen, har inspirert mange kunstnere. 

Et annet eksempel er jomfrureisen til Titanic i 1912. Skipet forliste på grunn av en kollisjon med et drivende isfjell, sannsynligvis fra en grønlandsk isbre.

Den maritime aktiviteten øker i Arktis

Mindre og tynnere havis gjør arktiske farvann stadig mer attraktive for menneskelig aktivitet som skipsfart, fiske, turisme og leting etter mineraler. Havområder som tidligere var dekket av tykk og tett havis, har nå et tynnere isdekke og blir stadig mer tilgjengelig.

Men isen kan bevege seg raskt. I løpet av få timer kan den drive inn i åpent vann eller bygge opp rygger som kan fange og skade fartøy og offshoreanlegg. 

Vi trenger bedre kart for å navigere trygt

Langt fra sivilisasjonen i fare for å bli innelukket av havisen og med få isbrytere som kan hjelpe – hvordan kan fartøyene navigere trygt?

For å sikre en trygg ferdsel i Arktis, trenger vi bedre og mer effektive måter å kartlegge isen på. Og vi trenger å vite: Hvilke typer havis finnes det i Polhavet? Hvor befinner de seg, hvor driver de, og hvor raskt beveger de seg? Hvordan kan vi hjelpe skip med å finne den beste og sikreste kursen? Hvordan gjør vi dette effektivt for store og avsidesliggende områder?

Forskere ved UiT og CIRFA jobber med nettopp dette, og det var også utgangspunktet for sommerens tokt.

En ny algoritme tolker satellittbilder og lager kartene raskt

Den tradisjonelle måten å kartlegge havis på, ved hjelp av visuell analyse og tolkning av radarsatellittbilder, er tidkrevende og kan bare gjøres av eksperter.

Derfor har forskere ved CIRFA og MET utviklet en ny algoritme som raskt tolker satellittbilder og gjenkjenner ulike typer havis og åpent vann. 

Vi bruker data som fanges opp av et radarinstrument i satellitter som SENTINEL-1 og RADARSAT-2. Satellittene krysser Arktis flere ganger om dagen og skanner havoverflaten. Områdene kan være opptil hundre kilometer brede, og skyer og mørke er ingen hindring for å få tatt bilder.

Den nye algoritmen analyserer de reflekterte radarsignalene som kommer fra ulike typer havis og vann. Styrken på radarsignalet er ulik for is og vann, og for is som er grov og glatt. På den måten kartlegger den hvor det er åpent vann og hvilke typer havis som befinner seg hvor.

Algoritmen er utviklet av CIRFA-forskerne Johannes Lohse, Wenkai Guo og Anthony Doulgeris, og kan i løpet av 15 minutter lage et kart basert på satellittbildene. Dette gjelder for eksempel kart over Barentshavet. For større områder eller områder med færre satellitter, tar det litt lengre tid. 

Testing under virkelige forhold

Under toktet med KV Svalbard i juni 2021 ble de automatisk genererte haviskartene testet. Kartene ble sendt til mannskapet om bord på skipet, slik at de kunne sammenligne kartene med virkeligheten rundt fartøyet. 

De nye metodene for å lage kart fungerer

Resultatene fra toktet var positive: Algoritmen tolker satellittdataene godt og oppdager forskjellige istyper. Basert på den umiddelbare tilbakemeldingen, kunne forskere ved CIRFA og MET forbedre algoritmen i løpet av det pågående toktet.

Selv om mer forskning og feltarbeid er nødvendig før automatisk genererte iskart kan bli en helt pålitelig informasjonskilde, er det ingen tvil om at metoden fungerer. I framtiden vil kartene gjøre det lettere å seile og drive maritim virksomhet i fjerntliggende, isdekte farvann, men vi kan allerede nå begynne å ta de i bruk. 

Samarbeidspartnere: Kystvakten, Nansen Environment and Remote Sensing Center, Meteorologisk Institutt (MET), Integrated Arctic Observation System (INTAROS), prosjektet Digital Arctic Shipping og Norwegian Research Center (NORCE).

Bidragsytere til denne teksten: Andrea Schneider, Thomas Kræmer, Kristian Hindberg og Johannes Lohse fra CIRFA. Alistair Everett og Nick Hughes fra Istjenesten, MET. Tom Rune Lauknes fra NORCE. Elisabet Aaraas fra seksjon for kommunikasjon, UiT.