Havmodellering – hvorfor trenger vi det?

Havet er et viktig og prioritert satsingsområde for Norge. Vi må sikre at bruken og verdiskapningen er bærekraftig, og dette krever at vi har kunnskap og verktøy som gjør at vår forståelse om havet og hvordan det påvirkes er mer forutsigbart. Havmodeller kan gi et helthetlig bilde der man kobler sammen fysiske, biologiske og kjemiske prosesser og ser hvordan de påvirker hverandre og økosystemet som en helhet. Et godt eksempel på havmodellering i bruk, er trafikklyssystemet for lakselus.

Havmodelleringens bakgrunn

Havet har alltid fascinert oss mennesker. Vi har alltid hatt et ønske om å forstå hvordan livet i havet henger sammen med fysikken, og hvordan små endringer et sted kan føre til store endringer et annet sted.

Frem til for bare noen årtier siden var det kun ved hjelp av målinger og observasjoner, godt hjulpet av fysiske og matematiske formler som kunne gi oss svar på disse store spørsmålene. For eksempel, ga måleprogrammer der man satte ut instrumenter i havet kun informasjon om forholdene i et lite område rundt selve måleriggen – og kun en del av det større bildet. I tillegg var, og fremdeles er, slike måleprogram kostbare å gjennomføre. Observasjoner var som regel kun gjeldene for de øverste delene av havet, men hva som skjedde lengre nede i dypet var vanskeligere å studere.  

Med datamaskinens inntog, kunne det lages numeriske modeller for havet og disse ble brukt til å studere og forstå havets dynamikk på en helt ny måte. Utviklingen av havmodeller startet allerede på 1970-tallet i USA. I løpet av de siste 50 årene har det vært en rivende utvikling, og man kan si at det er et hav av forskjeller mellom de første enkle modellene og dagens mer sofistikerte modeller. Denne utviklingen er forventet å fortsette, i takt med teknologiutviklingen ellers i samfunnet.

SINMOD

Her i Norge startet Trondheims-miljøet, med NTNU og SINTEF i spissen, utviklingen av havmodellen SINMOD på 1980-tallet. Det som skiller SINMOD fra andre norske- og internasjonale havmodeller er dens helhetlige tilnærming til havets økosystem. SINMOD er en koplet økosystemmodell som integrerer fysiske, kjemiske og biologiske prosesser i havet, inkludert karbonsystemet og utveksling av oksygen og CO₂ med atmosfæren. Modellen har spesialiserte moduler for blant annet lakselus, spredning av virus, tare og maneter. I tillegg fungerer den som et fleksibelt forskningsverktøy, der nye prosesser enkelt kan implementeres for å teste hypoteser og studere ulike scenarioer: «hva skjer hvis..?». En sentral drivkraft bak utviklingen har vært å forstå hvordan endringer i fysiske forutsetninger påvirker havets økosystem.

I de senere årene har utviklingen av havmodellering gått i retning av økt bruk av dataassimilering, der observasjoner fra satellitter, bøyer, autonome farkoster og manuell prøvetaking brukes til å korrigere modellens tilstand. SINMOD benytter blant annet et ensemble Kalman-filter (EnKF) for assimilering og har operativt assimilert data fra både satellitter og autonome farkoster, noe som forbedrer modellens realisme og prediksjonsevne.

Hva bruker vi SINMOD til i dag?

I dag brukes SINMOD til utallige ulike formål. Det være seg å studere ulike scenarier for klimaendringer, hvordan en vindpark til havs kan påvirke økosystemet, hvordan smitte eller begroing fra et akvakulturanlegg kan påvirke nærliggende anlegg, å finne en god lokasjon for et nytt oppdrettsanlegg eller bistå fiskenæringen i å forstå hvor man bør lete etter for eksempel raudåte. Hvordan lavtrofisk akvakultur, som taredyrking eller blåskjellproduksjon, vekselvirker med økosystemet og bidrar i karbonomsetning i havet er også sentrale temaer.

Et eksempel på bruk av SINMOD, er trafikklyssystemet for vurdering av lakseluspåvirkning. SINTEF Ocean deltar i ekspertgruppen, og vi bidrar med å utarbeide en statusrapport for de ulike produksjonsområdene for oppdrettsnæringen i Norge. I dette arbeidet er modellering med SINMOD sentralt, da den er en av tre havmodeller som benyttes for å se på spredning av lakselus og hvordan påvirkningen på villaksen er. Dette gjøres blant annet med å modellere spredning av lakselus fra oppdrettsanlegg. Disse spres så hovedsakelig med strømmen, og vi bruker deretter modellresultatene til å beregne smittepresset og den lakselusinduseret dødelighet på smolt i de ulike lakseelvene i Norge.  

Hva med fremtiden?

Matematisk modellering er en uunnværlig del av moderne forskning, og dette gjelder i høy grad for studier av havet. Havmodeller vil være viktig for at vi skal få den kunnskapen vi trenger for å kunne forvalte havområdene bærekraftig.

Det har vært en stor utvikling de siste tiårene av nye teknologier for å kunne observere livet i havet fra de aller minste cellene til større fisk. Ved å bruke og kombinere disse dataene med modeller vil vi få ny kunnskap om havets tilstand og hvordan det påvirkes av ulike stressorer. Dette vil igjen kunne gi oss en ny generasjon av havmodeller som også kan gi oss havvarsel tilsvarende som man har for værvarsling gjennom Yr. Her vil det være viktig at data assimilering av observasjonsdata fra hele observasjonspyramiden brukes til havmodellering i et integrert overvåkingssystem for å gi best mulige varsler. Det legger også et viktig grunnlag for fremtidens beslutningsstøttesystem. For eksempel kan man se for seg bruk av virtuelle havrom både for beslutningstagere, men også for å bidra med generell kunnskap om havet. Varsler basert på kunstig intelligens og maskinlæring krever også mindre dataressurser for å kjøre og dermed også være mer bærekraftig.

For å få til dette er gode rammevilkår nødvendig, og det må legges til rette for en kunnskapsutveksling mellom fagfelt og ulike sektorer. Samarbeid mellom forskningsmiljøene, offentlig sektor og privat næringsliv er nøkkelen til videre utvikling og forståelsen vår av havet.

Gemini-senter Havmodellering

For å sette ytterligere fokus på viktigheten av havmodellering og en flerfaglig tilnærming, opprettet SINTEF og NTNU et Gemini-senter innen havmodellering i 2024. I dette senteret er miljøene som jobber både direkte og indirekte inn mot havmodellering representert. Ønsket med denne satsingen var å få styrket og samlet fagmiljøene som jobber med utvikling og bruk av koblede havmodeller og havforskning i videre forstand. Vi ønsker at dette samarbeidet skal gjøre oss mer synlig og at vi får utdannet nye studenter innen dette spennende området, og at studenter innen ulike faggrener kan bli kjent med hverandre og bidra inn i dette flerfaglige området