Spesialbygde værstasjoner takler arktisk sprengkulde og mørke

I år er et nettverk av sensorer som tåler arktiske forhold og samler inn pålitelige isbredata i lite tilgjengelige områder i Arktis på plass.

«Værstasjonene er bygd av billige deler som er enkle å få tak i. Flere av delene har man kanskje til og med hjemme,» forteller forskerne.

– Var veldig tungvint

En gruppe forskerne fra Norsk Polarinstitutt og Universitetet i Oslo har overvåka isbreer rundt Ny-Ålesund forskningsstasjon i årevis. Svalbard er en nøkkelregion for å studere klimaendringer og for å studere hvor mye smeltende isbreer her bidrar til havnivåstigning.

For å finne svar overvåker forskerne massebalansen, altså hvor mye snø isbreene legger på seg om vinteren og hvor mye snø og is som smelter om sommeren. Til det trenges kontinuerlig data om vær, vind og snødybde fra værstasjoner gjennom sesongen. Infrastrukturen og instrumentene har vært både dyre og vanskelige å håndtere, og det har derfor vært vanskelig å gjøre disse målingene i de avsidesliggende områdene på Svalbard.

«Batteriene til en værstasjon alene har veid opptil 40 kilo. Frakt og vedlikehold har vært veldig tungvint, spesielt i områder som er langt unna sivilisasjon og kronglete å komme til», sier isbreforsker Simon Filhol.

Dessuten har batteriene ofte gått tomme for strøm om vinteren. Fuktigheten har ødelagt den dyre elektronikken i værstasjonene og rimfrost har blokkert målesensorene. Dessuten har høye fjell sperret for kommunikasjonen mellom værstasjonene, slik at de ikke får sendt signaler seg imellom.

«Konsekvensene var at vi ikke fikk sikkerhetskopiert minnet til enkelte værstasjoner. Da minster vi verdifulle data og får hull i datasettet», forklarer isbreforsker Pierre-Marie Lefeuvre.

Forskerne som jobber sammen i Ny-Ålesund, har dermed utvikle en ny type isbreovervåkning. Filhol forteller:

«Vi har bygd opp et nettverk av enkle værstasjoner og flere basestasjoner som gir grunnleggende data om hvordan isbreer vokser og minker, hele året rundt, med kontinuerlig sikkerhetskopiering av data. Det viktigste for oss er at nettverket skal være enkelt å drive og vedlikeholde. Det mener vi at vi nå har klart.»

Resultatene er publisert i en studie i tidsskriftet Frontiers Technology and Code.

Teknologisk nybrottsarbeid

Artikkelforfatterne studerer isbreer som ligger i områdene rundt Ny-Ålesund forskningsstasjon. Her har Norsk Polarinstitutt lange tidsserier med overvåkning, der den lengste går tilbake til 1967. Alle breene har tapt masse i periodene de har blitt overvåket.

Til tross nesten 60 år lange tidsserier, har ikke den teknologiske revolusjonen innen geovitenskap kommet langt. I studien skriver forskerne at geovitenskap er en nisje som ikke er et attraktivt marked for private selskap å investere i. Dermed utvikler feltet seg lite, og med lite investering blir teknologien begrenset og kostbar.

«Det er få forskerne og teknikerne som utvikler teknologi som dette i polare strøk. De fleste jobber isolert, og forskningsmiljøet mangler kunnskapsoverføring i faget», sier Filhol.

Får å utvikle feltet, trengs en kombinasjon av isbreforskere og fagfolk med ekspertise innen elektronikk og programmering. Og det trengs tid. Man må jobbe langsiktig over flere år.

«Det er ikke bare-bare å få til hvis man ikke har penger, tid eller nettverk.»

Billigere og bedre

Suksessfaktoren for forskerne i Ny-Ålesund var at de allerede hadde et godt etablert samarbeid og den drivkraften som skulle til for å ta saken i egne hender. De første prototypene ble testet av Universitetet i Oslo på Finse for sju år siden. Prosjektet starta for alvor i Arktis i 2019 da forskerne begynte å teste ut det nye instrumentnettverket på breene Kongsvegen og Midtre Lovénbreen. Året etter så forskerne at systemet fungerte. Værstasjonene samla inn pålitelige data og batteriene overlevde fire-fem måneder med polarnatt. Nettverket har også basestasjoner plassert ute i felt, som kommuniserer med værstasjonene og sikkerhetskopierer dataene kontinuerlig.

I 2023 kom ilddåpen, og i vårsola på Kongsvegen ble de siste vær- og basestasjonene montert, og det nye systemet for isbreovervåkninga er nå godt i gang.

«De nye værstasjonene er enklere å frakte og drifte, og er billigere enn før. En person med snøskuter, slede og enkle verktøy er det som skal til for å montere og vedlikeholde dem. Dermed har vi råd og kapasitet til å sette opp flere stasjoner og dekke større områder, og vi får flere og mer nøyaktige målinger», sier Lefeuvre.

Kan forbedre klimamodeller

Utviklinga av værstasjonsnettverket er støttet av Norges Forskningsråd og Universitetet i Oslo siden 2016 og har siden 2019 vært en del av et større infrastrukturprogram i SIOS (Svalbard Integrated Arctic Earth Observing System) som jobber for å utvikle bedre overvåkninga av miljøet og å gi en systemforståelse av naturen på hele Svalbard. Det nye nettverket sklir rett inn i dette arbeidet, og kan gi et mer representativt bilde av isbreenes massebalanse enn vi har hatt før.

«Med den nye teknologien vil vi få det nøyaktige tidspunktet isbreene er på sitt største og på sitt minste. Samtidig får vi kontinuerlige detaljer om hva som skjer mellom de to ytterpunktene, også i lite tilgjengelige områder, noe som er helt nytt», sier Lefeuvre.

Disse detaljerte dataene fra mange ulike breer, kan brukes til modellering av massebalanse og fremtidsscenarioer for Svalbards isbreer og havnivå. Kim Holmén er fagdirektør i Norsk Polarinstitutt, og har vært med å starte og etablere SIOS. Han mener teknologi som dette viser veien for hvordan miljøovervåkning bør gjøres i framtida:

«Denne teknologien fører til mer og bedre data, samtidig som forskningens miljøpåvirkning reduseres. Mer detaljerte data gir mer pålitelige modeller, som igjen reduserer usikkerhet om risikoen (f.eks. havnivåstigning) som menneskeheten står overfor», sier Kim Holmén.

Åpen metode og åpne data

En gang i året blir forskernes nye, kvalitetssikrete data fra værstasjonsnettverket publisert i den åpne og tilgjengelige for alle i databasen Arctic Data Centre (ADC), som ligger under Meteorologisk institutt. I tillegg er dataene tilgjengelige i SIOS dataportal (SIOS Data Management System).

«I SIOS dataportal finnes i tillegg data fra alle fagområder som er tilgjengelige på Svalbard. Dette gir nye muligheter til å koble ulike prosesser og endringer til hverandre og dermed gi ny tverrfaglig kunnskap raskere», sier Holmén.

Nettverket er basert på en såkalt åpen kildekode-teknologi, som betyr at kodingen i programmet er åpent og tilgjengelig for alle å lese og lære av.  

«Vi beskriver det i detalj de teknologiske valgene og kombinasjonene. Vi håper at andre som jobber innenfor samme felt kan dra nytte av våre erfaringer», avslutter Filhol.

Referanse:

Resultatene av forskningsprosjektet med det nye værstasjonsnettverket er publisert i denne studien i tidsskriftet Frontiers Technology and Code:

Filhol S, Lefeuvre P-M, Ibañez JD, Hulth J, Hudson SR, Gallet J-C, Schuler TV and Burkhart JF (2023) A new approach to meteorological observations on remote polar glaciers using open-source internet of things technologies. Front. Environ. Sci. 11:1085708. doi: 10.3389/fenvs.2023.1085708

Forskerne bak studien er:

• Simon Filhol, isbreforsker, Universitetet i Oslo
• Pierre-Marie Lefeuvre, isbreforsker, Norsk Polarinstitutt
• Juan David Ibañez, programmerer
• John Hulth, tekniker, geofag, Universitetet i Oslo
• Stephen R. Hudson, atmosfæreforsker, Norsk Polarinstitutt
• Jean-Charles Gallet, snøfysikkforsker, Norsk Polarinstitutt
• Thomas Vikhamar Schuler, professor i glasiologi, Universitetet i Oslo
• John F. Burkhart, tidl. professor hydrologi, Universitetet i Oslo