ESA:s radarsatelliter visar farliga jättevågor

Ett av få foton på en jättevåg
23 juli 2004

Gigantiska vågor motsvarande tiovåningshus har tidigare avfärdats som sjömanshistorier. I dag anses de vara en av de främsta orsakerna till att stora skepp förliser. ESA:s satellit ERS har kunnat fastställa att dessa jättevågor förekommer i större omfattning än vad man tidigare trott. Satelliten används nu för att studera hur vågorna uppkommer.

Över 200 supertankers och containerfartyg på över 200 meter har sjunkit under de senaste 20 åren till följd av hård väderlek. Jättevågor tros vara den främsta orsaken i många av fallen.

Sjömän som har överlevt möten med dessa jättevågor har anmärkningsvärda historier att berätta. I februari 1995 mötte kryssningsfartyget Queen Elizabeth II en 29 meter hög våg under en orkan på Nordatlanten. Kaptenen Ronald Warwick beskriver den som ”en enorm mur av vatten... det såg ut som om vi var på väg in i Dovers vita klippor.”

Inom loppet av en vecka, mellan februari och mars 2001, fick två vana turistkryssningsfartyg – Bremen och Caledonian Star – fönstrena på kommandobryggorna krossade av 30 meter höga vågor i Sydatlanten. Det förstnämnda fartyget drev dessutom omkring helt okontrollerat i två timmar.

Skador orsakade av en jättevåg

”Det var inte ens tusen kilometer mellan de båda olyckorna,” säger Wolfgang Rosenthal, som är ansvarig forskare på forskningscentret GKSS Forschungszentrum i Geesthacht i Tyskland. Han har studerat jättevågorna i många år. ”All elektronik var avstängd på Bremen när fartyget drev parallellt med vågorna. Besättningen trodde att det var deras sista dag i livet.

”Ett fartyg med mindre tur kunde mycket väl ha förlist. I genomsnitt sjunker två stora skepp i veckan och ändå studerar man aldrig orsakerna lika ingående som vid en flygkrasch. Man nöjer sig helt enkelt med att ge förklaringen ”dåligt väder”.”

Oljeplattformar har också drabbats. Den 1 januari 1995 råkade oljeriggen Draupner i Nordsjön ut för en våg som enligt ett mätverktyg ombord var 26 meter hög. De högsta vågorna runtomkring var 12 meter.

Merchant ship
En enorm våg i Biscayabukten

På oljeriggen Goma i Nordsjön har man registrerat 466 jättevågor på 12 tolv år. Objektiva radaruppgifter från Draupner, Goma och andra plattformar har nu lyckats övertyga skeptiska forskare. Tidigare statistik visar nämligen att sådana avvikelser från de normala havsförhållandena bara bör ske en gång vart tusende år.

Uppgifterna som visar att jättevågor uppkommer ganska ofta har betydande konsekvenser för säkerhetsfrågor och ekonomi eftersom dagens skepp och plattformar byggs för att klara vågor på max 15 meter.

I december 2000 inledde Europeiska unionen ett forskningsprojekt kallat MaxWave för att fastställa huruvida jättevågor är ett vanligt förekommande fenomen, skapa modeller för hur de uppkommer och studera konsekvenserna för utformning och konstruktion av skepp och plattformar. ESA:s ERS-radarsatelliter användes först inom ramen för MaxWave för att göra en världsomspännande beräkningsstudie av jättevågor.

ERS-1 and 2
ERS-satelliten

”Utan radarbilder från luften skulle vi inte kunnat hitta någonting,” tillägger Rosenthal, som ledde det treåriga MaxWave-projektet. ”Det enda vi hade att gå efter var radardata från oljeplattformar. Därför var vi intresserade av att använda ERS-satelliterna redan från början.”

ESA:s två satelliter, ERS 1 och 2, sköts upp i juli 1991 respektive april 1995. De har båda en SAR-radar (Synthetic Aperture Radar) som huvudinstrument.

SAR-radarn har flera olika inställningar. Över havet kan man välja en havsinställning som gör att radarn tar bilder av havsytan på tio gånger fem kilometer med 200 kilometers mellanrum.

Exempel på en bild från ERS-2

Bilderna omvandlas sedan på matematiskt väg till en form av genomsnittliga analyser av vågenergi och vågriktningar som kallas vågspektra. Dessa spektra är tillgängliga för allmänheten. De är användbara för väderstationer då de hjälper dem att förbättra modellerna för att ställa väderprognoser till havs.

”Själva bilderna finns tyvärr inte att tillgå. Med deras upplösning på tio meter så tror vi nämligen att de innehåller en mängd användbar information,” säger Rosenthal. ”Vågspektra ger genomsnittlig data om havsvågor medan bilderna visar enskilda vågtoppar, bland annat de extremt höga vågor som vi är intresserade av.”

”ESA gav oss data motsvarande tre veckors fotografering – omkring 30 000 separata bilder – från tiden då Bremen och Caledonian Star drabbades av jättevågor. Den tyska rymdorganisationen, DLR, behandlade bilderna och gjorde en automatisk sökning efter jättevågor.”

En jättevåg som upptäckts med ERS-2-data

Trots att bilderna hade tagits under en relativt kort tidsperiod, kunde MaxWave-teamet hitta över tio enskilda jättevågor på över 25 meter på världens hav.

”Nu när det är bevisat att vågorna är vanligare än vad man tidigare trott, är det dags att undersöka om det går att förutsäga dem,” tillägger Rosenthal. ”MaxWave-projektet avslutades i slutet av förra året, men det finns två delprojekt som fortsätter. Det ena handlar om att försöka förstå hur det går till då skepp förliser för att förbättra skeppens utformning. I det andra projektet undersöker man satellitdata för att se om det är möjligt att förutsäga uppkomsten av jättevågor.”

Ett nytt forskningsprojekt kallat WaveAtlas kommer att använda ERS-bilder som tagits under två års tid för att skapa en karta över jättevågorna och göra statistiska beräkningar. Ansvarig forskare är Susanne Lehner, professor i tillämpad marinfysik på University of Miami, som även deltog i MaxWave-projektet tillsammans med Rosenthal.

”Det känns som att flyga när man tittar på bilderna eftersom man kan iaktta havet längs den linje som satelliten flyger,” säger Lehner. ”Man kan också se andra saker som isflak, oljefläckar och skepp. Bilderna är därför intressanta för andra forskningsområden.”

”Det är bara radarsatelliter som kan samla in den data som krävs för att göra statistiska analyser av jordens hav eftersom dessa kan göra observationer genom moln och mörker till skillnad från optiska satelliter. I hårt väder är det därför bara radarbilder som kan ge relevant information.”

Man har hitintills hittat ett antal mönster i vågornas uppkomst. Jättevågor uppstår ofta i områden där vanliga vågor möter havsströmmar och strömvirvlar. Strömmen är så stark att den koncentrerar vågenergin och skapar större vågor. Lehner jämför fenomenet med en optisk lins där energi koncentreras till ett begränsat område.

En jättevåg i en vågtank

Fenomenet är särskilt tydligt vid den farliga Agulhasströmmen nära Sydafrikas östkust. Jättevågor kan också iakttas i närheten av andra strömmar som Golfströmmen i Nordatlanten då den möter vågor från Labradorhavet.

Uppgifter om jättevågorna visar emellertid att de även kan uppstå långt från strömmar, ofta i närheten av fronter och lågtryck. Ihållande vindar i samband med stormar som varar över 12 timmar kan göra vågorna större och få dem att röra sig mycket snabbt och i takt med vinden. Om de rör sig för snabbt kommer de att komma före stormen och plana ut. Rör de sig för långsamt kommer de efter stormen.

”Vi känner till några av orsakerna bakom jättevågor, men vi känner inte till alla,” säger Rosenthal. WaveAtlas-projektet kommer att pågå fram till första kvartalet 2005.

Copyright 2000 - 2014 © European Space Agency. All rights reserved.