Polart lavtrykk 2020 04 02 Earth nullschool net

Vil forbedre varslingen av polare lavtrykk

Polare lavtrykk er uvær som kommer som sluppet ut av en sekk, og det er utfordrende for meteorologene å levere presise værvarsler. Nå skal forskere ved NORCE finne ut om man kan forbedre varslingen av polare lavtrykk ved hjelp av bilder fra radarsatellitter og kunstig intelligens.

Polare lavtrykk er små, intense lavtrykk som dannes i arktiske luftmasser på nordsiden av polarfronten om vinteren. De fleste opptrer i perioden januar til mars, og i Norge er de vanligst langs kysten av Nord-Norge og Trøndelag. Vinden kan øke fra vindstille til storm i løpet av et kvarter og medføre kraftig snøfall, noe som skaper farlige situasjoner for de som ferdes både til sjøs og på landjorda.

I tidligere tider var de uberegnelige polare lavtrykkene årsaker til forlis og andre alvorlige ulykker vinterstid. Nå har meteorologene bedre verktøy å støtte seg til, blant annet satellittbilder. Men fremdeles er det mange utfordringer knyttet til varsling av polare lavtrykk.

Skal bruke radarsatellitter

Nå har det Europeiske romfartsbyrået (ESA) gitt klarsignal om at de støtter et forskningsprosjekt ved NORCE i Tromsø hvor forskere skal se på nye muligheter knyttet til varslingen. ESA står bak det omfattende romforskningsprogrammet Copernicus, hvor en rekke satellitter i Sentinel-serien inngår.

Værsatellittene som brukes i dag er i hovedsak optiske og termiske satellitter, og kartlegging av skyer er viktig. Når de polare lavtrykkene oppstår, tar det noe tid før det dannes skyer. Radarsatellitter er ikke påvirket av sikt og skyer, og er godt egnet til å kartlegge vind i havoverflaten, slik at man kan oppdage de polare lavtrykkene tidligere. Forskerne ved NORCE har tro på at dette kan gi nyttige bilder av polare lavtrykk som fyller ut de værdataene man allerede bruker i værvarslingen.

- Det høres kanskje ut som en selvmotsigelse at vi studerer atmosfæren med et instrument som ikke påvirkes av den. I virkeligheten er det havoverflaten vi ser på, fordi den på en måte fungerer som atmosfærens fingeravtrykk, forklarer prosjektleder Jakob Grahn i NORCE.

- Vind og nedbør skaper små krusninger og bølger på havoverflaten. Gjennom å observere disse med avansert radarteknologi, såkalt Syntetisk Apertur-Radar eller SAR, kan vi kartlegge storskala værfenomen slik som polare lavtrykk med en oppløsning på et titalls meter. Konvensjonelt benyttes optiske satellitter med en oppløsning på en til flere kilometer, sier Grahn.

Fra manuelt arbeid til kunstig intelligens

På værvarslinga sitter meteorologene og analyserer bilder av polare lavtrykk manuelt. Dette er tidkrevende arbeid, og NORCE-forskerne har derfor tenkt å teste om kunstig intelligens kan automatisere denne jobben. Kunstig intelligens har vist seg å være svært effektivt til å gjenkjenne mønster på bilder.

NORCE skal samarbeide med Meteorologisk institutt om å bygge en database basert på data fra tidligere polare lavtrykk. En slik database brukes til å trene opp algoritmene til å gjenkjenne billedmønstre.

- Vi vil bruke maskinlæring til å identifisere plasseringen av polare lavtrykk, med sikte på å forutsi når de oppstår og hvordan de utvikler seg i Arktis, forteller forsker Filippo Bianchi i NORCE.

For å løse denne oppgaven, vil forskerne utvikle en modell for dyp læring som utnytter moderne teknikker for datasyn (computer vision) til å analysere radarbilder fra Sentinel-satellitter.

- I tillegg til bilder, vil dyp lærings-modellen også inkludere værdata og klimavariabler for å forbedre kartleggingen av de polare lavtrykkene, forteller Bianchi.

Vil utvikle prototype

- Dette er jo forskning og nybrottsarbeid. Vi har en plan og ESA har tro på oss, og målet er å utvikle en automatisert prosess som oppdager, kartlegger og følger polare lavtrykk. Lykkes vi med å utvikle en prototype, er vi mange steg nærmere et operasjonelt system. Det vil kunne gi værvarslerne betydelig bedre data om polare lavtrykk, oppsummerer forsker Jakob Grahn.

Og blir værvarslene mer presise, får befolkningen i nord et tryggere liv fordi de kan være bedre forberedt når de polare lavtrykkene slippes ut av sekken.