Data fra glidere i havet

I dette oppgavesettet skal vi finne ut hvilken informasjon glidere gir. I tillegg ser vi på hvordan informasjonen blir brukt til forskning.

Fjernstyrte undervannsfarkoster kan gjøre jordens minst utforskede hav tilgjengelig for forskning.

Kilde: Neste stopp Polhavet | Universitetet i Bergen

Videoen over beskriver satsingen UiB har for fjernstyrte glidere for å ta målinger i havet. En glider er et ubemannet fartøy som blir brukt til havforskning. Gliderne blir programmert av forskere til å ta dykk til flere hundre meters dyp, og så etter å komt til overflaten sender de innsamlet havdata til en satellitt. De dataene forskerene samler inn er om saltholdighet, temperatur og tetthet. Det er også mulig å måle strømmer med gliderne, men for øyeblikket har en bare 2 glidere med ADCP-målere. Siden gliderne tar kortere dykk (i tid) enn Argo-bøyene, får en oftere få målinger oppover i vannsøylen, istedenfor å bare holde seg på et dyb.

For å se på kartet med data klikk på gliderside. Her har vi valgt ut observasjoner ved Svinøy mellom 2013-2014, markert med hvilke menyer som er viktige for å navigere.

Gliderkart med dykkposisjoner. Foto: NACO.

Hvis du trykker på «Graphs» kan en klikke på «dive plot» for å se hvordan glideren beveger seg i dykket, sammen med mange andre parametre (vertikal hastighet, horisontal hastighet osv) som beskriver bevegelsen av glideren.

Den rød linjen med sorte punkter beskriver posisjonen til glideren. Mens den rød grafen over og under beskriver beregnet retningen glideren beveger seg i kompassretning. Hvor dypt og hvor lenge har glideren under havoverflaten vært på figuren nedenfor?
dadad
På grafen for horisontal hastighet ser vi at glideren beveger seg med omtrent i konstant fart på 30 m/s. Det er et hopp i grafen for den vertikale hastigheten midtveis, hvorfor er det et hopp her? Hvorfor skifter hastigheten fortegn?

Parametre for gliderbevegelse, grafen med trekantene er posisjonen. Foto: NACO.

Hvis vi trykker på CTD (som står for Conductivity, Temperature og Density) nedenfor, kan vi se på hvordan temperaturen, saltinnholdet og tetthet forandrer seg, dette er de tre egenskapene oseanografer er mest interessert i. Her er det valgt ut et punkt nært kysten, og der er det ikke så mye saltvann i de øverste metrene siden det kommer mye ferskvann fra vassdragene i Norge. I tillegg bidrar kyststrømmer helt fra Østersjøen med ferskvann, 50% av den norske kyststrømmens ferskvann kommer derfra.
På figuren nedenfor, i koordinatsystemet for «salinity», er det to kurver som viser saltholdighet i neddykket og oppstigningen. Siden det ikke er så lang tid imellom fra neddykk til oppstigning, er grafene relativ like. Enheten på x-aksen er i psu, som er en spesiell enhet. Det er ikke slik at 35 psu betyr at det er 35 gram salt per liter. Grunnen til dette er at temperaturen spiller inn, det skal vi se på i neste oppgave. Fra overflaten til 1000 meters dyp, hvordan utvikler grafen med saltholdighet og hvorfor tror du endringene skjer?
dadad
Når vi ser på «temperature» ser vi at det varmere i overflaten, det kan ha vært solen som har varmet de øvre havmassene, eller at det har vært en fersk overflatestrøm. Videre ser vi forandringene i temperatur ikke er så store nedover i dypet. Påvirkningen temperaturen har på tettheten, er at varmere havvann blir lettere enn kaldere. Saltholdighet gjør havvannet blir tyngre, dessto saltere det blir (mer psu). Temperatur påvirker generelt mer enn saltholdighet. Sammenlign grafene for saltholdighet og temperatur i forhold til grafen for tetthet («density»), og prøv å forklar endringene i tettheten, fra overflaten til 1000 meters dyp.
Kystnært temperatur, saltholdighet og tetthetsmåling. Foto: NACO.

Området ved Svinøy er populært å måle, fordi der kan en måle en forgreining av Golfstrømmen kalt den Nordatlantiske strømmen (NAC). Denne strømmen er mye saltere og varmere enn havmassene som ligger rundt den. Grafene under er for ett dykk midt i strømmen ved Svinøy. De viser at det er mer saltere og varmere i de øverste havmassene enn det er nærmere kysten.
Det er mindre forskjell i tetthet fra dypet til overflaten enn i den forrige tetthetsgrafene. Hvorfor er det sånn? Sammenlign spennet i verdiene for saltholdighet og temperatur også, for å se om det er en sammenheng.
Midtstrøms temperatur, saltholdighet og tetthetsmåling. Foto: NACO.

Et valg under CTD er density. Disse diagrammene er populært blant oseanografer også, fordi de gir god indikasjon om vi har med forskjellige vannmasser å gjøre. En kaller dette for T-S diagrammer, og de viser vannmassenes tetthet i forhold til temperatur og saltinnholdet. Grafen begynner fra toppen og går nedover. Tettheter er vist som kurvete linjer, og i T-S diagrammer vil grafene krysse tetthetslinjer med høyere og høyere verdier, ettersom tyngre vannmasser vil legge seg under lettere. I diagrammet under er det de samme dataene som i CTD-grafene midtstrøms, men de organisert annerledes.
Vi ser lettere forskjellen i salt og temperatur med T-S diagram. Bjørn Helland-Hansen, introduserte det da han studerte strømmer som dette. Ser vannmassene på toppen av grafen (som er overflatevann) forskjellig ut en vannmassene bunnen av grafen (vannmasser på 1000 meters dyp) med tanke på
a) saltholdighet (Salinity)?
b) temperatur?

Midtstrøms T−S diagram. Foto: NACO.
Se på flere forskjellige dykk, finner du steder hvor en har forskjellige typer vannmasser bare ved å se på T-S diagrammer?
dadad
På siden NACO er det listet opp alle gliderdata over oppdrag som er utført. Her kan vi finne ut data fra glideroppdragene som har vært i Nordsjøen, i Lofoten, Svinøy og Svalbard. Vi ruller ned til Svinøy og klikker på «contour» som viser data for ett av glideroppdragene. Det er noenlunde over samme område, de ser vi på start- og sluttposisjonen. Dette dataarket gir oss en oversikt over alle data som er samlet inn over ca. en måned. Nedenfor ser vi data fra dykk som var i juli-august. Vi får en oversikt over temperatur, saltholdighet og potensiell tetthet. Potensiell tetthet er tettheten vannmassen ville hatt, viss det hadde blitt brakt opp til overflaten, som har lavere trykk. Vann er svakt kompressibelt, men det spiller en rolle når det er store volumer havvann på flerfoldige tonn som presser ovenifra. Derfor kan 1 liter vann på 1000 meters dyb ha forskjellig tetthet en ved overflaten. Potensiell tetthet er best å bruke til vannmasser på cirka samme dyp.
dadad
Her kan du lese mer om potensiell tetthet. Hva er en adiabatisk prosess og hvorfor må det være med for å sammenligne tettheter på ulike dyp?
Svinøy-tverrsnittet i juli-august, øverst med temperatur, saltholdighet og potensiell tetthetsprofiler. I nedre del, strømretninger, posisjonskart og utvalgte profiler langs posisjonskartet Foto: NACO.

Videre ser vi strømretningen og styrken til strømmene glideren passerer i tverrsnittet. Det neste kartet viser ruten glideren har tatt med 7 punktene som er markert på det neste kartet. De siste grafene er temperatur, saltholdighet og potensiell tetthet for de 7 punktene, og er egentlig bare et utvalg av de 3 diagrammene over. På de tre øverste diagrammene ser vi et tynt lag med ferskvann, som enten har kommet som lokal nedbør eller strømmet fra vassdragene ved kysten. Men hovedtrekket med profilene er at det er kjernen til den Nordatlantiske strømmen som vi ser her. Den kjennetegnes med en saltholdighet på over 35,2 og temperaturer mellom 7 og 9 grader.
Kan du markere hvor kjernen til den nordatlantiske strømmen er på profilene ovenfor? Strømmen kan dele seg.
dadad
Sammenlign potensiell tetthetsprofilen med temperaturprofilen for Svinøy-tverrsnittet, så med saltholdighetsprofilen («Salinity»), hva har mest påvirkning på den potensielle tettheten for dette stedet?
dadad
En profil for data i vintermånedene november-desember 2013 vises under. Her ser vi at det ser ut som den salte kjernen er mer jevnere fordelt enn i juli-august. Dette kommer nokk av mer blanding i de øvre havmassene av hyppige stormer. Fargeforskjellene kan være litt misvisende, siden det er forskjellige skalaer som er brukt for vinter og sommerprofilene.

Svinøy-tverrsnittet i november-desember, øverst med temperatur, saltholdighet og potensiell tetthetsprofiler. I nedre del, strømretninger, posisjonskart og utvalgte profiler langs posisjonskartet. Foto: NACO.

dadad
Et annet område som blir studert av gliderene er Lofoten-bassenget, hvor det er store virvler i havet.
For Lofoten er profilene slik at de øvre og nedre lagene er godt blandet både i temperatur og saltholdighet. det ser relativt uniformt ut helt til 1000 meters dyp, spesielt i midten. Det er en gyre, en stor virvel, utenfor Lofoten, og vi ser at glideren blir fanget av virvelen i havstrøms- og posisjonskartene.

Lofoten tverrsnitt, øverst med temperatur, saltholdighet og potensiell tetthetsprofiler. I nedre del, strømretninger, posisjonskart og utvalgte profiler langs posisjonskartet. Foto: NACO.

På oversikten av oppdrag ser vi at det er mange ganger gliderne har vært ute og samlet data. Hva er formålet med disse observasjonene og hvorfor blir det gjort i disse spesielle områdene? Kan du finne ut hva som det blir forsket på? Hvilke hypoteser som blir satt frem? Under er en del vitenskaplige artikler som kan gi forslag til en rapport om dette. Det er teknisk språk i slike artikler, men prøv å finn figurer i tekstene som viser tydelig hva det handler om. En annen idé kan være å oversette abstractet eller avhandlingsbeskrivelsen til hverdagslige ord. Dette er velfunderte avsnitt, som kort skal beskrive hva avhandlingen handler om. Konklusjonen eller oppsummeringen skal prøve å gi svar på hypotesene, eller gi noen resultater. Her kan det være greit å sammenligne med de observasjonene som vi har fra gliderne, for å se om de støtter opp konklusjonene.