Forsker for å forutsi «monsterbølgene»

Inne på kontoret i fjerde etasje på brutalistiske Realfagbygget sitter Yan Li foran dataskjermen og peker fascinert på et sorthvittbilde av et transportskip ved Biscayabukta som går i møte en gigantbølge, ikke ulik bølgen i det verdenskjente Hokusai-maleriet «Den store bølgen ved Kanagwa».

Katsushika Hokusai sitt mest kjente naturmaleri: «Under bølgen ved Kanagawa» (Kanagawa oki nami ura) – også kjent som «Den store bølgen» – fra serien Trettiseks utsikter over Mount Fuji (Fugaku sanjūrokkei)

Foto/ill.:

Katsushika Hokusai/Metropolitan Museum

Slike brutale monsterbølger oppstår fra intet, og er mye høyere enn gjennomsnittsbølgen i omgivelsene. Faktisk kan de bli tre ganger høyere enn gjennomsnittsbølgehøyden. Det er hverken snakk om tsunami eller tidevannsbølge. De er ikke utløst av jordskjelv eller skred. Hittil er det ingen som kan si for sikkert hvordan de oppstår. Men nå er Li på sporet av en modell som skal være til hjelp for å forutsi slike fryktinngytende bølger.

Li har flyttet fra Shanghai til Bergen for å forske på disse mystiske bølgene. Det er nemlig her, utenfor Norge og sør for Island, at verdens høyeste bølger oppstår. Som eksempel på fenomenet nevner hun bølgen som nyttårsnatten til 1. januar 1995 traff de ubemannede norske Draupner-plattformene i Nordsjøen.

Bølgen ble av Statoil målt til 25,6 meter, og er med dette den høyeste enkeltbølgen som noen gang er målt av en fast installasjon – altså på størrelse med et ni etasjers høyhus. Gigantbølgen satte for alvor fart på forskningen på dette hittil uforklarte mysteriet, og det er i kjølvannet av dette Li utfører sin nybrottsforskning.

- Havoverflaten utgjør mer enn 70% av jordens overflate, og overflatebølgene er overalt. Det slo meg: Hvorfor tar ikke havforskere hensyn til effekten av overflatebølger? Det var dette som fikk meg til å innse at vi faktisk trenger en bedre modell der både strøm, turbulens og vind tas med i betraktningen, sier Yan Li.

Hun la merke til forskningsemnet underveis i sin master ved Science School of Naval Architecture, Ocean, and Civil Engineering (NAOCE) på Shanghai Jiao Tong University (SJTU). Der studerte hun hvilke effekter ekstreme bølgehendelser fører til lokalt på offshore-strukturer som rammes av dem, men innså samtidig at det hun arbeidet med hadde potensiale til å forutsi forekomsten av ekstremt store bølger. Hennes arbeid gikk ikke upåaktet hen, da hun mottok pris som fremragende ung forsker fra det kinesiske kunnskapsdepartementet.

Banebrytende bølgeforskning

- Mens dagens modeller baserer seg på en helt flat havoverflate, er OceanCoupling-modellen jeg utvikler den første som tar utgangspunkt i en realistisk havoverflate som er i bevegelse. Så i hovedsak handler det om å ta hensyn til de avgjørende fysiske prosessene i atmosfære-bølge-strøm-koblinge, sier hun.

Med prosjektet OceanCoupling foreslår Li en ny og banebrytende tilnærming, som tar sikte på å løse de ekstreme bølgehendelsene og deres samspill med store miljøfaktorer. Det kan bare oppnås gjennom i et system hvor man tar for seg helheten med bølger, strømninger og atmosfære – Wave-Current-Atmosphere-systemet (WCA-systemet).

- Et viktig neste skritt er å forstå hvordan disse fenomenene kan være fysisk forbundet, som jeg nylig har skrevet om i Geophysical Research Letters sammen med Amin Chabchoub, sier Li.

Ekstremt store havbølger og Langmuir-sirkulasjoner er fascinerende naturlige fenomener, som har tiltrukket seg oppmerksomheten til bølgeforskere og oseanografer i mange år. Men visste du at forekomsten deres kan ha en fysisk sammenheng? Yan Lis nye publikasjon i Geophysical Research Letters, laget i samarbeid med Amin Chabchoub, forklarer hvordan og hvorfor: https://lnkd.in/d29YskFj

Foto/ill.:

Yan Li

Nå er hun ivrig etter å utforske potensialet i denne tilnærmingen for å modellere det mer komplekse WCA-systemet. Dette innebærer en detaljert fysisk studie av overflatebølgeprosessene, hvor vinden produserer bølger som bærer energi og overfører bevegelsesmengde og energi fra atmosfæren til det dypere havet. Forståelsen er avgjørende for å korrigere feil i klimamodeller, som havoverflatetemperatur og hvordan vannmasser i havet blandes fra overflaten til dypere lag. I denne vertikale blandingen pågår det kontinuerlig en prosess – viktig for å distribuere varme, næringsstoffer og oksygen gjennom hele havet – og som videre påvirker klimaet og økosystemene.
 
Hun utvikler i første omgang modellen, for så å kunne skape et produkt som kan være nyttig for geofysikere, oseanografer og andre som ønsker bedre beregninger. Vi går inn i en kritisk periode for bærekraftig havutvikling og netto nullutslipp. Begge aspektene har stimulert til rask vekst av innovative teknologier for å tilfredsstille vårt behov for fornybar energi og store internasjonale oppdrag for overvåkning av havet.
 
OceanCoupling-prosjektet vil gi mer pålitelige data ved å overvåke hendelser. Innsikten kan brukes til å optimalisere turbinenes ytelse og sikkerhet ved utbygging av offshore vindparker. Og Li tar sikte på å samarbeide med store pågående prosjekter som NASA og CNES sitt satelittprosjekt, The Surface Water and Ocean Topography mission (SWOT), som overvåker havoverflaten. Målet deres er å oppnå presisjon på millimeternivå.
 
- Min modell kan bidra med verdifulle inndata i denne sammenhengen. Vi kan overvåke hendelser i sanntid og bruke modellene til å gi tilbakemelding til slike prosjekter, sier Li 

Foto/ill.:

Eivind Senneset/ UiB

Høyere, brattere, oftere

Monsterbølgene forekommer i to former, både enkeltvis eller som «tre søstre». De enorme bølgene kan forårsake alvorlige konsekvenser som død og store ødeleggelser. Det er knyttet stor bekymring til hvordan klimaendringene kan føre til at bølgene blir stadig høyere, brattere og forekommer oftere.

- En viktig ting å merke seg er at når vi snakker om ekstremvær, tenker folk på kuldebølger eller hetebølger, eller ekstreme værforhold som regn. Men det betyr også at havbølgene kan bli brattere, og hendelser med bølger i dypet kan bli enda hyppigere. Dette har ikke fått så mye oppmerksomhet som det burde, så jeg vil gjerne løfte fram dette poenget til offentligheten, sier Li.

Forsker i Bergen

Hun ble ansatt ved Universitetet i Bergen i 2022, etter en periode som ansatt ved NTNU og University of Oxford. Til daglig med å undervise, og veilede en gruppe mastergrads- og doktorgradsstudenter. Hun ser fram til å etablere en egen forskningsgruppe, og er i ferd med å ansette en doktorgradskandidat som skal arbeide med samspillet mellom bølger og havstrømninger.

- Jeg setter virkelig pris på forskningsfriheten og arbeidsmiljøet her, særlig med tanke på hvor støttende, dyktige og engasjerte mine forskerkolleger er her. Jeg liker svært godt å jobbe sammen med min veileder, professor Simen A. Ådnøy Ellingsen, som i stor grad har inspirert meg til å jobbe med dette feltet og fra første dag har inkludert meg som en kollega. Støtten fra forskningsfellesskapet her setter jeg stor pris på, fordi det tar bort noe av presset og bidrar til å gi meg styrke i forskningsarbeidet, sier Li.

Foto/ill.:

Eivind Senneset/ UiB