Ising på skip

Ising på skip oppstår når vann fra ulike kilder fryser på overflaten til fartøyer som oppholder seg på havet i minusgrader. Isingen deles typisk opp i sjøsprøytising (saltvannsising) eller atmosfærisk ising avhengig av vannkilden som er opphavet til isen.

Sjøsprøytising (saltvannsising):

  • Bølge-båt interaksjon. Dvs. vann som føres opp på båten som en følge av sjøsprøyten som genereres i sammenstøtet mellom båten og bølgene. Vind vil her bidra både til transport av sjøsprøyt og senere avkjøling av vannet. Dette er den farligste formen for ising siden den gir opphavet til de største islastene.
  • Vinddrevet sjøsprøyt. Små sjøsprøytdråper som transporteres av vinden direkte opp fra toppen av havbølger som har brutt, fester seg på båten, og fryser.

Atmosfærisk ising:

  • Snø.
  • Frysende eller underkjølt regn.
  • Frysende eller underkjølt tåke. Her er det nesten utelukkende snakk om frostrøyktåke eller konveksjonståke (kald luft over varmt hav). Adveksjonståke oppstår når det er varm luft over kaldt hav, og da oppstår sjeldent ising.

I tillegg er ofte isingen et resultat av kombinasjonen av ulike vannkilder. Særlig er et typisk scenario at sjøsprøyt er hovedvannkilden og bidraget fra snø eller frostrøyk kommer i tillegg, og kan sånn sett bidra til mer ising enn sjøsprøyten alene både i form av økt vannbidrag, økt ferskvannsmengde som endrer frysepunktet, og økt avkjøling siden lufta partiklene i lufta er kaldere enn sjøvannet.

Frysepunktet for saltvann

En vesentlig og kompliserende faktor for ising som oppstår på havet sammenlignet med ising som oppstår i ferskvann eller på land, er at saltholdigheten er en viktig faktor for å bestemme frysepunktet på vannet som fryser. Siden salt frigjøres i forbindelse med fryseprosessen, vil som regel saltvannslaken som fryser på en båt være langt saltere enn det innkommende sjøvannet. I ekstreme tilfeller kan frysepunktet for saltvann bli så lavt som ned mot minus 7 grader Celsius ombord på en båt ut i fra følgende formel:

Frysepunktformel

Dette har som konsekvens at man i utgangspunktet trenger noe lavere temperatur på sjøen for å få ising enn på land. Modellberegninger fra observerte isingssituasjoner i Barentshavet, Norskehavet og Grønlandshavet viser et gjennomsnittlig frysepunkt på minus 4 grader ved ren sjøsprøytising (Tabell 3 i Paper 2 (Samuelsen et al., 2017)).

Konsekvenser

Is som bygger seg opp på en båt gir mye tilleggsvekt som hever tyngdepunktet til båten, og kan derfor gjøre den mindre stabil. Kraftig isvekst gjør at det blir vanskeligere å få fjernet isen raskt, og gir derfor større sannsynlighet for slike kraftige islaster. For mindre båter vil tilleggsvekten utgjøre en stor del av totalvekten og risiko for stabilitetsproblemer er følgelig større enn for store båter. I verste fall kan slike båter kantre og synke som følge av slik kraftig ising. Det er dokumentert at 100 skip sank som følge av ising i de første tiårene etter andre verdenskrig (PhD avhandling (Samuelsen, 2017) med referanser). I de senere årene er båtene blitt bedre, men fortsatt er det registrert forlis med påfølgende dødsfall som har direkte tilknytning til ising. Siste registrerte forlis med dødsfall som skyldtes ising i Norge skjedde i forbindelse med kraftig, kald fralandsvind utenfor Bodø i januar 1999 (Figur 1) på et skip som heter MF Borgøygutt (PhD avhandling (Samuelsen, 2017) med referanse til Sjøfartsdirektoratets database).

ising-pa-fartoy


For større båter er ikke havari et stort problem, men problemene er mer knyttet til fare for personell ved operasjoner på dekk pga. glatte gangveier, stiger, gelender, i tillegg til fare for at redningsutstyr kan ise ned og kommunikasjonsproblemer hvis antennene fryser. I tillegg er avising vha. varme svært kostbart, og derfor energikrevende. Det å kunne unngå områder med mye ising vil derfor kunne spare selskapene for penger, og miljøet for drivstoffutslipp.

Isingsmodellen

Isingsmodellen som ligger til grunn for isingsvarslingen er beskrevet i detalj i Paper 2 (Samuelsen et al., 2017). I korte trekk handler det om å beregne potensiell isvekst på bakgrunn av beregnet varmetap ut i fra fra forventet sjøsprøyt på et bestemt sted på kystvaktfartøyet KV Nordkapp. Sjøsprøyten og varmetapet beregnes ut i fra de meteorologiske og oseanografiske forholdene hentet ut fra høyoppløselige atmosfære, bølge og havmodeller som kjøres daglig på Meteorologisk Institutt.. Det antas at skipet går med en bestemt hastighet på 4 m/s og en vinkel på 150 grader mellom vinden og skipets retning. Det antas at bølgene går i samme retning som vinden. Det er mulig å justere varslingen basert på andre hastigheter og vinkler enn disse standardene.

Basert på statistikk over observert isingshastighet og anslått faregrad i de samme situasjonene, er det gjort en vurdering om at moderat ising eller mer oppstår i over 50% av tilfellene, og grenseverdien er satt ved 0.5 cm/h (Paper 3).

Grenseverdien for sterk ising er satt ved de 10% øverste tilfellene av ising, noe som tilsvarer 1.34 cm/h basert på referansemålingene til KV Nordkapp og en antatt log-normal statistisk fordeling av isingsobservasjonene (Paper 3).

Det er dokumentert at til tross for fortsatt store usikkerheter knyttet til varsling av ising på båt, verifiserer den nye metoden atskillig bedre enn alle tidligere brukt metoder (Paper 3). Det er i særdeleshet dokumentert at metoden til Overland et al. (1986) og Overland (1990) ikke bør brukes til varsling av ising siden den overdriver isingen i områder med lav sjøtemperatur nær iskanten der bølgene er lave når vinden blåser fra isen. I tillegg undervarsler metoden også ising i andre områder med relativt høy sjøtemperatur, men samtidig lav lufttemperatur og potensielt mye vind og høye bølger.

I modellen tas det pr. i dag ikke hensyn til bidraget fra nedbør eller kortbølget stråling, men det er åpnet for å implementere dette inn i modellen ved senere behov. Det er vist at kortbølget stråling kan ha en betydning for isingsgraden på nordlige breddegrader i april og mai (Paper 2).

Referanser

Populærvitenskapelig nyhetssak Eirik Mikal Samuelsen:
https://uit.no/nyheter/artikkel?p_document_id=560838&p_dim=88131

Doktorgradsavhandling Eirik Mikal Samuelsen:
https://munin.uit.no/handle/10037/11801

Paper 1: http://www.poac.com/Papers/2015/pdf/poac15Final00087.pdf

Paper 2: http://dx.doi.org/10.1016/j.coldregions.2016.11.002

Paper 3: https://doi.org/10.1002/qj.3174

Paper 4: Manuscript.