Modeller og modellering
Sjekker du været på yr.no før du beveger deg utenfor døren? Da har du, som mange andre, brukt en modell. Værvarselet er et eksempel på resultater fra en numerisk modell, og slike modeller har vært i bruk i lang tid.
Modeller for hav, fiskebestander og økosystem fungerer på samme måte som slike værmodeller. Ved hjelp av matematiske ligninger beskriver de hvordan ulike arter fungerer sammen, hvordan økosystemet kan påvirkes av fiskerier, eller hvordan havstrømmene endrer seg.
Hvordan brukes modeller ved HI?
Ved Havforskningsinstituttet er det utstrakt bruk av modeller i forskningen og rådgivningen vår. Bruksområdene for modellene er mange, og varierer fra en ren beskrivelse av havstrømmene og hvor varmt vannet er, til modeller som ser på spredning av smittestoffer fra oppdrettsanlegg eller modeller som beskriver vekselvirkninger mellom havmiljøet, plankton og fisk.
Et eksempel på en modell er spredningsmodellen for lakselus i vannmassene langs kysten. Der inngår kunnskap om lakselusas vekst og adferd, vannets strømning, temperatur og saltholdighet og dessuten i tillegg opplysninger fra oppdretterne om hvor mye lus de har i anlegget sitt som vil produsere nye lakselus som klekkes ut i vannet. Meteorologisk institutt er en viktig samarbeidspartner for Havforskningsinstituttet siden de leverer daglige modellresultater av strøm, saltholdighet og temperatur fra den landsdekkende strømmodellen NorKyst800.
Lakselusmodellen gir oss viktig kunnskap når HI skal levere informasjon til myndighetene som regulerer oppdrettsvirksomheten. Smittepresset fra lakselus på vill laksefisk avgjør om oppdrettsanleggene i produksjonssonene landet er delt opp i får øke eller må redusere produksjonen av laks.
Ved hjelp av lakselusmodellen klarer vi å overvåke smittepresset langs hele kysten, og dette utgjør et nødvendig supplement til dataene om smittepress fra feltarbeid som bare dekker utvalgte stasjoner. Modellen fungerer nærmest som en værmelding for lakselus:
En animasjon som viser hvordan Havforskningsinstituttet samler og bruker data ved faste målingspunkt i fjordene våre.
Trenger vi modeller?
Modeller spiller en stadig viktigere rolle i vår forståelse av økosystemet, alene og mer foretrukket i samspill med observasjoner.
Observasjoner gir oss informasjon om naturen for en begrenset tid og i et begrenset område. Variasjoner i tid og rom som ikke fanges opp av observasjonene blir derfor ikke beskrevet - det er her modellene kommer inn. Modellresultater vil beskrive naturen med større omfang i tid og rom, og dermed fylle inn med informasjon som observasjonene ikke dekker. Den beste og mest kostnadseffektive måten å skaffe informasjon om naturen på er å finne en optimal kobling mellom observasjoner og modellering. De fleste modeller fungerer dessuten uten behov for observasjonene, og resultatene representerer derfor en uavhengig beskrivelse.
Hvilke modeller bruker HI?
Grovt sett kan vi dele modellene vi bruker inn i fem kategorier:
Havforskningsinstituttet benytter mange ulike modeller for å bedre vår forståelse og kvantifisering av prosessene i havområdene. Grovt sett kan vi dele de modellene vi benytter inn i fem ulike kategorier:
- Strømmodeller beregner det fysiske miljøet i havet på samme måte som en værvarslingsmodell for atmosfæren. Resultatene fra strømodellen er blant annet strøm, saltholdighet, temperatur og vannstand. Strømmodeller danner grunnlaget for mye av den andre modelleringen ved instituttet.
- Spredningsmodeller bruker resultatene fra en strømmodell til å beregne hvordan ulike stoffer eller organismer spres fra en kilde. Havet er transportvei for blant annet forurensing, olje, fiskelarver, lakselus eller mikroplast. En spredningsmodell vil beregne hvor fort dette sprer seg, hvordan det fortynnes og hvor det til enhver tid befinner seg og til slutt ender opp.
- Økosystemmodeller brukes for å beskrive større eller mindre deler av økosystemet, og hvordan disse delene påvirker hverandre. En økosystemmodell kan inkludere sjøpattedyr, fisk, plankton og ulike typer næringssalter. Økosystemmodeller inkluderer ofte informasjon fra strømmodeller.
- Klimamodeller beregner hvordan klimaet vil utvikle seg i fremtiden. Klimamodellene våre bruker strømmodeller for havet og modeller for atmosfæren. I tillegg inkluderer vi modeller som beskriver andre vær-relevante fenomener, som fordampning over land, isbreer og karbonkretsløpet.
- Bestandsmodeller beregner hvordan fiskebestander vil utvikle seg framover i tid. Data fra fiskeriene, tokt og feltarbeid knyttet til gytebestand og rekruttering brukes sammen med våre andre modeller til å beregne hvordan bestander vil se ut flere år frem i tid.
Kan vi stole på modellene?
I dag er alle moderne modeller gode til sitt bruk, og de blir stadig bedre etter hvert som de utvikles og valideres. Modeller for det fysiske miljøet er i dag svært presise, og på samme måte som moderne værvarslingsmodeller gir de som regel tilnærmet riktig beskrivelse av forholdene.
Modellresultatene testes/valideres kontinuerlig for å avdekke hvor presise de er og hvilken usikkerhet de har. Den vanligste måten er å sammenligne med observasjoner. Observasjonene er heller ikke alltid representative for forholdene generelt, og sammenligningen med modellresultatene trenger ikke nødvendigvis være helt presis for at modellresultatene skal ha god kvalitet.
Et eksempel på modellresultatvalidering er en sammenligning mellom modellert og observert vanntemperatur er fra Etnefjorden i Vestland fylke. Resultater dag for dag fra januar 2008 av temperatur i 5 m dyp beregnet med strømmodellen NorKyst800 og observasjoner fra tokt med en såkalt ctd-sonde, viser godt samsvar og bare unntaksvis med avvik. Dette eksempelet viser også at modellresultatene kan utfylle observasjoner med informasjon om variabilitet i tid.
