Bølgenes mørke bakside skal frem i lyset

Radarsignaler som skal gi bilder av bølgene på havet, sliter med å kartlegge baksiden av bølgene. Matematiker Susanne Støle-Hentschel kan ha funnet en vei ut av bølgeskyggenes dal.

by Eivind Torgersen - 21. june, 2019

De minste klukker bare lekent mot bryggekanten, svaberget eller mot plasten i fritidsbåten. De største er monstre som med voldsom kraft rammer skip, plattformer og kystlinjer. Felles for dem alle er at det er vinden som har skapt dem.

– Når de blir eldre, blir de lengre og ser annerledes ut, men alt starter med vind, sier Susanne Støle-Hentschel.

En bølge som har blåst en stund, kan bli til en stor, duvende dønning som ruller dovent over verdenshavene.

Jordskjelv og skred kan også sette i gang både store og små bølger, men ikke bølger som varer, ikke slik vinden gjør.

– Bølgene fra skred eller jordskjelv er tsunamier, og de forsvinner fort fordi de er så lange og har så høy hastighet at de når kysten nokså fort, forklarer hun.

Det er vinden som er den viktigste drivkraften, og det er vindbølgene Støle-Hentschel har studert i doktorgraden hun nylig avla ved UiO.

Nærmere bestemt har hun funnet ut hvordan vi bedre kan forutsi hvordan bølgene kommer til å bli.

Kan forutse hvordan bølgene utvikler seg

– Hvis vi vet hvordan bølgen ser ut i utgangspunktet, vet vi også hvordan den forplanter seg videre. Vi vet hvordan de vil forandre seg, sier Støle-Hentschel til Titan.

Både styrken og retningen på vindene, hvor lenge bølgene har holdt det gående og hvor langt de har reist påvirker hvor og hvordan de beveger seg videre.

– Modellene som viser hvordan bølgene forplanter seg, er ganske bra, sier Støle-Hentschel.

– Utgangspunktet for modellene og simuleringen er uendelig mange. Derfor må vi bruke statistikk for å se hvordan det vil se ut i gjennomsnitt. Da får vi en idé om hvor sannsynlig visse bølgehøyder er.

Det aller største problemet er å ha et godt nok bilde i utgangspunktet. Dette bildet har Støle-Hentschel gjort bedre.

Ut av bølgeskyggenes dal

Bildene kommer fra radarer som sender ut signaler og som setter sammen signalene de får i retur til et bilde. Siden bølger kan komme fra flere retninger, både rett fram og på skrå, må dette bildet være ganske bredt. Og det må være bredere jo lengre unna man er.

En radar av god nok kvalitet kan fortelle noe om både hvor høye bølgene er og hvor fort de beveger seg.

Men bare fra den siden som vender mot radaren. Det er bare derfra den får signaler som kan tegne et bilde av bølgen. Baksiden sender ingen signaler tilbake.

Forskerne kaller det «skyggen». Og en bølge ser ikke alltid lik ut på begge sider.

– Skyggen ødelegger for radarbildet vårt. Vi får ikke et ordentlig signal tilbake, sier Støle-Hentschel.

Jo lenger unna du er bølgene, desto mer skygge blir det. Jo lavere radaren er plassert, jo mer skygge blir det. Jo høyere bølger det er, jo mer skygge blir det.

Støle-Hentschel har funnet en metode for å fjerne skyggene. Komme seg rundt dem. Finne ut hvordan bildene egentlig skulle vært der radaren ikke gir svar.

Hun har laget en algoritme, en oppskrift, som datamaskinen bruker til å «oversette» de ufullstendige skyggebildene.

Hvis dataene fra radaren kjøres gjennom hennes antiskygge-algoritme, vil bildet bli bedre. Og dermed vil modellene og simuleringene av bølgenes bevegelser også fungere bedre og gi riktigere forutsigelser.

Plattformer, skip og helikoptre

En oljeplattform er bygget for å tåle enormt store bølger. De vil neppe merke de snaut ti meter høye bølgene Støle-Hentschel har undersøkt.

– Men for et skip som skal legge til en plattform, tror vi det kan være nyttig å bruke dette, sier hun.

– Å kunne forutsi bølgene kan fortelle oss når vi får et tidsvindu med lave bølger, slik at en operasjon er enklere.

Også for helikoptre som skal lande på skip, vil det være veldig nyttig å vite hvordan bølgene kommer til å oppføre seg.

Støle-Hentschel har forsket på bilder fra en radar som er plassert 45 meter oppe i en plattform i Nordsjøen. Det er høyt nok til at bildet hun får er bra nok. Særlig hvis skyggefjerningen viser seg å fungere.

Bildene blir ikke like bra for et skip som har radaren plassert betydelig lavere. Støle-Hentschel håper hun kan finne en oversettelse av radarbildene som kan brukes overalt, uavhengig av radartype og hvor høyt den henger, og uavhengig av hvor høye bølgene er.