Dynamics Of Floating Ice

Polare områder, særlig Arktis, har fått økt oppmerksomhet innen forskning de siste 10 år. Klimaendringer og i parallell teknologiske nyvinninger gir nye muligheter i disse sårbare områdene for menneskelig aktivitet, inkludert bærekraftig utvikling av råvarebasert industrier, havbruk, turisme og kortere ruter for skip mellom Europa og Asia. Økt kunnskap om de Arktiske områdene vil føre til bedre prediksjon av farer ved havis og som vil gi muligheter for tryggere og mer miljøvennlige aktiviteter i nord. I dette prosjektet vil vi utvikle metodologi som vil føre til tryggere operasjoner i Arktiske hav. De viktigste temaene; -Utvikle autonome sensorer tilpasset polare områder som vil monitorere bevegelse til is og isfjell, prosessere data lokalt og sende data over satellitt. -Studere kilder til energitap under sjøis som er en viktig mekanisme for bølgedempning til havs. Bedre forståelse av fysikken vil gi bedre modeller for bølger i et Arktis i endring. -Utvikle metoder og teori for monitorering av 3D bevegelse av isfjell, overvåkning av drift og analyse av stabilitet som er nødvendig for tauing av isfjell. -Studere bølgers påvirkning av isfjell, strømninger og vind ved å benytte moderne beregningsverktøy ("computational fluid mechanics" (CFD)); både kommersielle og forskningsbaserte koder. -Utvikle numeriske verktøy i samarbeid med Metrologisk institutt, for å forbedre varsling av drivis med fokus på å bedre sikkerheten ved aktiviteter i Arktis. Forskningsgruppen; -University of Alaska; Mark Johnson -CEMEF Mines-ParisTech; Thierry Coupez -University Center in Svalbard; Aleksey Marchenko -Norwegian Meteorological institute;Kai Christensen, Jean Rabault -University of Oslo; Yiyi Whitchelo, Trygve Løken, Reyna Ramirez, Jan Erik Weber, Olav Gundersen og Atle Jensen Underveis i prosjektet har vi utviklet et instrument for måling av bølger og is. Drift og vertikal bevegelse av isen måles med stor nøyaktighet. Bølgeamplituder ned til noen få millimeter detekteres og hvordan bølger forplanter seg under isen registreres. Instrumentet har blitt validert ved et pilot studie på Svalbard og sammenlignet med mer etablerte metoder. Instrumentene har blitt brukt ved 4 anledninger. De første målinger ble utført på en seilas i "Nansen legacy" prosjektet, i det nordlige Barnetshavet i 2018. Andre og tredje utplassering ble gjort vinteren 2019/2020 i Arktis og Antarktis. Disse målingene ble utført av forskere fra Australia som besluttet å benytte vårt design i sine eksperimenter. Det fjerde eksperimentet ble satt ut i Barentshavet sommeren 2020, igjen i Barentshavet. Målinger som utføres av isdrift og bølger, blir benyttet for å kalibrere havmodeller ved Metorologisk institutt. To av disse sensorene ble funnet på Island i 2021 og 2022. All rådata er lagret lokalt på sensorene. Disse sensorene vil bli hentet og det blir spennende å undersøke all data som er samlet inn. En ny transportmodell for MIZ ble utviklet med to nye funksjoner for å bidra til å redusere usikkerheten i is- og havprediksjonssystemer. Denne nye transportmodellen er funnet å redusere feilen med en faktor på 2 til 3 for de drifterne lengst inn i MIZ ved bruk av isbaserte transportmodeller. Hovedresultater; -ny matematisk modell - to-lags modell for bølgedempning i havis; Sutherland et al. (2019) -ny versjon av bølgesensoren; satellittkommunikasjon, solcelle og prosessering av data lokalt på sensoren. Sensorer er distribuert nå i Arktis og Antarktis. -3 MSc -studenter som jobber med DOFI -emner. -Trygve Løken forsvarte sin avhandling 24/9-2021 og er nå ansatt som førsteamanuensis på Nord Universitet. -CFD-simuleringer på bølge/legeme interaksjon pågår internt og sammen med våre franske partnere. Det er publisert 56 artikler, 7 populærvitenskapelige artikler og det er holdt 12 vitenskapelige foredrag.

A new transport model is developed and will reduce the error by a factor of 2 to 3 for drifters furthest in the MIZ using ice-based transport models in trajectory location after 48h. Furthermore, in this project, we released the next iteration of our open-source drifter and wave-monitoring instrument, which follows these solution aspects. The new design is significantly less expensive (typically by a factor of 5 compared with our previous, already cost-effective instrument), much easier to build and assemble for people without specific microelectronics and programming competence, more easily extendable and customizable, and two orders of magnitude more power-efficient (to the point where solar panels are no longer needed even for long-term deployments).

We will study the dynamics of floating ice in order to allow better risk management of human activities in the Arctic. The main milestones of the project will be to: - Develop affordable instruments that measure waves and 3D dynamics of icebergs, process the data in-situ, and transmit the processed data by satellite. This will allow for the assessment in real time of the stability of icebergs regarding the risk of tipping when operations such as towing are to be performed. - Investigate the damping of waves by sea ice, to allow further developments of models for wave predictions in the polar regions. - Develop models describing the 3D dynamics of thick ice floes and icebergs, to improve predictions of icebergs drift and tipping, and therefore help reduce risks for human activity. We will use the combination of theory, field measurements, and laboratory experiments, to improve the current state of knowledge of ocean-ice dynamics. We will help improve the ability to predict ice hazards for human activities in the Arctic.