Gå til innhold

Det lukter røyk her…

Illustrasjonsfoto: Colourbox

Er det mulig at folk i Bodø kan kjenne røyklukt fra en skogbrann i Sverige, mer enn hundre mil unna?

Ja, sier NILUs forskere, og bygger oppunder svaret med en simulering som viser hvordan røyk- og sotpartiklene føres med vinden over flere dager.

Forsker Nina Iren Kristiansen jobber på avdeling for atmosfære og klima (ATMOS) på NILU, og laget simuleringen av røyken fra skogbrannen i Västmanland da forespørselen fra media først kom.

En boks full av røyk

Simuleringen ser ut som en film, som i dette tilfellet viser hvordan røyken fra skogbrannen beveger seg i atmosfæren. Bildene filmen er satt sammen av blir skapt av en transportmodell som heter Flexpart, som blant annet baserer seg på vind- og værvarsel.

Det første Kristiansen gjorde var å definere området der røyken fra skogbrannen kommer fra, og hvor høyt røyken blir løftet opp i atmosfæren (i dette tilfellet 2 kilometer). En slik definisjon av bredde, lengde og høyde for et område kalles en utslippsboks.

En slik utslippsboks kan fylles med ulike virtuelle partikler eller gasser. Noen partikler er tunge nok til å synke raskt som følge av gravitasjon, andre er så lette at de kan føres tusenvis av mil før de synker til bakken. I tillegg kan regn og andre typer nedbør ta med seg partikler ned til jorda.

I dette tilfellet fylte Kristiansen utslippsboksen med røykpartikler. Disse partiklene er så små at de fleste forsvinner fra atmosfæren hvis det kommer litt nedbør, men i tørt vær synker de veldig langsomt.

Simulering som viser hvordan røyken fra skogbrannen i Västmanland beveger seg i atmosfæren
Simulering ved hjelp av Flexpartmodellen viser hvordan røyken fra skogbrannen i Västmanland beveger seg i atmosfæren i perioden 2. – 12. august 2014. Copyright: NILU

Nyttig for hvem?

Nina Iren Kristiansen
Forsker Nina Iren Kristiansen, NILU Foto: Ingar Næss

Når forskerne vet hvor kraftig et røyk- eller askeutslipp har vært, må de anta noe om hvordan det vil fortsette. Til dette bruker de meteorologiske data, som viser hvordan vind og vær transporterer utslippet videre. I simuleringene vises dette som bevegelige skyer med ulik fargeintensitet, som forteller både hvordan partiklene i atmosfæren beveger seg, og hvor mye det er av dem.

Simuleringer av typen Nina Iren Kristiansen, Andreas Stohl og de andre kollegaene i ATMOS lager brukes stort sett som en del av forskningsprosjekter – for eksempel for å modellere transport av persistente organiske miljøgifter (POPs), sotutslipp fra bl.a. fakling eller utslipp av drivhusgass i atmosfæren.

NILU har flere ganger laget simuleringer for å vise utviklingen av ulike typer utslipp, de mest kjente er askeskyen etter vulkanutbruddet på Island i 2010 og det radioaktive utslippet fra Fukushima-anlegget etter jordskjelvet i Japan i 2011.

Vanskelige beregninger

Som vi alle vet er været ikke alltid like pålitelig, og det er da også en av faktorene Kristiansen trekker fram som spesielt utfordrende når simuleringene skal gjøres. Endringer kan skje fort, og i tillegg kan ulike værvarslingsfirmaer rapportere ganske forskjellige forhold for samme tidsrom. Derfor kjører forskerne av og til de samme simuleringene med værvarslingsdata hentet fra ulike kilder, så de kan sjekke eventuelle variasjoner.

En annen utfordring er selve utslippet, om det er fra en skogbrann, et atomkraftverk eller en vulkan. Hvor stort er det? Hva består det av? Hvor høyt over bakken stiger det? For å få svar på disse spørsmålene benytter forskerne ulike typer beregningsmodeller, og henter inn data fra satellitter og andre observasjonsposter.

I tillegg kommer såkalt «utvasking av partikler», der gasser og partikler fra et utslipp transporteres gjennom et nedbørsområde. Hvor mye som føres ned til bakken av regnet er vanskelig å modellere, og ulike transportmodeller utfører dessuten denne beregningsprosessen svært forskjellig. Mange forskere jobber spesielt med å forbedre nettopp denne typen beregning for mer presise simuleringer i fremtiden.

Modeller viktige for framtida

Nina Iren Kristiansen har selv utdanning innen meteorologi, men blant de som jobber med Flexpart finnes det også atmosfærefysikere og –kjemikere. Det er også nyttig med programmeringsbakgrunn, sier Kristiansen, da de bruker ulike script i arbeidet med både Flexpart og andre transportmodeller.

– I denne sammenhengen er såkalt «invers modellering» nyttig, forklarer Kristiansen. – Inversitet betyr å gå tilbake, og i modelleringssammenheng betyr det at vi benytter for eksempel satellitt- eller bakkeobservasjoner til å beregne hvor mye røyk, drivhusgass eller aske som befinner seg i atmosfæren på et gitt tidspunkt. Så regner vi oss bakover for å finne ut hvor kraftig skogbrannen, utslippet eller vulkanutbruddet må være for at vi skal klare å gjenskape observasjonene med modellen. Slike beregninger basert på atmosfæriske målinger kan også være viktige for å verifisere utslipp av klimagasser fra ulike land, som ellers beregnes fra økonomiske statistikker.

Kristiansen understreker videre at denne type beregninger er en vitenskap under stadig utvikling, men at modeller kommer til å bli stadig viktigere for atmosfære- og klimaforskningen framover. Derfor er det også viktig å koble transportmodeller med observasjoner for justering og kalibrering. Målet er at simuleringene ikke bare skal kunne bekrefte antakelser, men gi et reelt kunnskapsgrunnlag.

Historien bak Flexpart

Det finnes mange ulike transportmodeller, men NILUs forskere benytter i hovedsak Flexpart når de vil simulere hvordan ulike typer partikler beveger seg i atmosfæren.

Flexpart ble laget av seniorforsker Andreas Stohl ved NILU da han var i militærtjeneste i Østerrike, og ble opprinnelig brukt til å beregne partiklenes trajektorier – bevegelseslinjer. Per i dag er Flexpart utvidet til å også beregne konsentrasjoner av gasser og partikler i atmosfæren, og den utvikles stadig av forskere over hele verden.

I Østerrike brukes Flexpart operasjonelt i overvåkningen av bl.a. radioaktive utslipp, det vil si at modellen er satt opp til å starte automatisk dersom enkelte observasjonsverdier overstiger en visse grenseverdier. Dette kan også gjøres for for eksempel vulkanutbrudd, og ett av målene i det europeiske VAST-prosjektet (Volcanic Ash Strategic initiative Team) er å få til et tilsvarende operasjonelt Flexpart-oppsett for overvåkning og modellering av vulkanaske.