Tatt av vinden

Det er tidlig morgen i vintermørke Trondheim. På et rommelig kontor, i hjertet av «tekno-campusen» Gløshaugen, sitter en gråhåret kar i skigenser foran PC’en. Derfra ser han inn i framtida – med lupe.

– Her, sier Karl Johan Eidsvik og peker langs en svart strek på skjermen. – Dette er innflygingen til Hammerfest lufthavn. Det lyserøde området er vindfeltet som venter ved 3000 fot klokka ni i dag. Litt vestavind. Nesten ikke vind eller turbulens…

SINTEF-forskerens finger kryper nedover streken, som ligger over et gult kart.

– Først ved 1000 fot blir det litt turbulens. Men ikke noe å bry seg om, forsikrer Eidsvik. Så peker han på et nytt skjermbilde. – Varselet for innflyginga klokka 12. Økende sidevind fra høyre, men ikke mer turbulens enn før…

Han henter informasjonen fra et unikt lokalt værvarslingssystem: Det første som forutsier når fjell og åser vil skape farlige luftstrømmer for fly på vei opp eller ned.

Terrengskapt turbulens, som strømmene kalles, kan være intens fra bakkenivå til langt opp i atmosfæren. Fenomenet utgjør en mulig fare ved flyving i alle fjelland – Norge inklusive. Til nå har meteorologene brukt tolkninger av vindmålinger og andre data til å varsle turbulensfaren rundt norske flyplasser. Dette gir kun kvalitative (ikke tallfestede) varsler.

Det nye systemet utnytter i tillegg de grunnleggende fysiske lovene som er basis for all vanlig værvarsling. Av den grunn kan det tallfeste turbulens- og vindvarslene. Det ventes derfor at systemet vil gi flygerne sikrere beslutningsunderlag når de skal velge innflygingstrasé eller vurdere om landing eller avgang er tilrådelig.

«Turbulens skapt av terrenget er, nest etter feilnavigering, den viktigste årsaken til større flyhavarier her hjemme.»

Lars Furuseth, konsulent med flysikkerhet som spesiale

Med Eidsvik som prosjektleder har SINTEF og Meteorologisk institutt utviklet systemet. Et etterlengtet verktøy i norsk luftfart. For terrengskapt turbulens nær flyplassen kan ha vært medvirkende årsak til tre fatale ulykker og åtte andre større havarier i Norge (se faktaboks), ifølge ekspertvurderinger.

– Turbulens skapt av terrenget er, nest etter feilnavigering, den viktigste årsaken til større flyhavarier her hjemme, opplyser Lars Furuseth, konsulent med flysikkerhet som spesiale.

TRAGEDIE I LOFOTEN

12. april 1990: Fra Værøy i Lofoten letter et Widerøe-fly med kurs for Bodø. Under utflygingen kommer flyet trolig ut for vindforhold det ikke er konstruert for å tåle. Haleflate/høyderoret får antakelig et brudd som gjør at flyet ikke kan kontrolleres.

Ett minutt etter avgang styrter Twin Otteren i sjøen. Alle fem om bord omkommer.

Luftfartsverket vil vite om flyplassen på Værøy er farlig. Etter ulykken blir landskapet rundt den gjenskapt i miniatyr hos SINTEF/NTNU. Én av modellene plasseres i en vanntunnel der farget vann simulerer luftstrømmer, og fargen synliggjør virvler som oppstår. En annen landskapsmodell utsettes for liknende forsøk i vindtunnel.

Parallelt blir kimen til det lokale varslingssystemet for vind og turbulens skapt.

PREMIERE SIST HØST

Blant tilskuerne til laboratorieforsøkene er Eidsvik og kollega Torbjørn Utnes. Noen kontorkvartaler unna jobber også de med Værøy-saken. I en matematisk strømningsmodell som Utnes er far til, blir både laboratoriestrømmene og fullskalastrømmene over Værøy beregnet.

Laboratorieeksperimentene og regnemaskinmodellen viser hvilke vindkrefter flyene vil møte under ulike vindforhold ved inn- og utflyging på Værøy. Det ender med at Luftfartsverket legger ned flyplassen.

Værøy-prosjektet innleder et langt, fruktbart samarbeid mellom Luftfartsverket og SINTEF, opplyser Eidsvik. Kollega Utnes videreutvikler regnemodellen som beregner vindforhold lokalt i fjellterreng. Den får navnet Simra. De to forskerne regner på turbulensfaren ved flere flyplasser: Store regnestykker på datamaskiner med datidens begrensede regnekraft. I starten kan Simra derfor kun brukes til å analysere tidligere hendelser. Beregningene går for seint til å gi varsler.

Arbeidet med å klargjøre systemet for varsling, starter rundt år 2000. Luftfartsverket, nå Avinor, er en viktig økonomisk bidragsyter. Høsten 2005 installerer Avinor det ferdige systemet som en prøveordning på flyplassene i Hammerfest, Sandnessjøen og Molde. I norsk luftfart er forventningene store.

REVOLUSJONERENDE

11 HAVARIER

Terrengskapt turbulens kan ha vært medvirkende årsak til 11 større flyhavarier i Norge de siste 25 årene.

• Mehamn, 11. mars 1982:
  Twin Otter fra Widerøe styrter. 15 omkomne. Kombinasjon av turbulens og tretthetsbrudd kan være årsaken.
  
• Hammerfest, 20. nov. 1987:
  Dash 7 fra Widerøe skades ved hard landing.
• Fornebu, 27. jan. 1989:
  DC 9 fra SAS, hard landing.
• Værøy, 12. april 1990:
  Twin Otter fra Widerøe ødelegges trolig i lufta av vindkrefter. Flyet styrter. Fem omkomne.
• Honningsvåg, 29. okt. 1990:
  Militær Twin Otter slås i bakken foran rullebanen.Tre omkomne.
• Sørkjosen, 7. des. 1990:
  Ambulansefly mister løftet ved landing.
• Hammerfest, 4. sept. 1991:
  Ambulansefly kjører utfor etter hard landing.
• Vigra, 5. jan. 1995:
  Fokker 27 fra Norwegian Air Shuttle kjører utfor i sterk sidevind.
• Hammerfest 12. februar 1999 og 11.februar 2000:
  Dash 8-fly fra Widereøe kjører utfor etter harde landinger.
• Hammerfest 1. mai 2005:
  Dash 8-fly fra Widerøe slås i bakken i sterk vind. En hjullegg brekker, og flyet buklander.

– Systemet er et viktig bidrag til økt flysikkerhet. Enda bedre blir det den dagen varslingstiden kan reduseres, sier systemplanlegger Erling Bergersen i Avinor. Også Widerøe er glad for systemet. – Vi har god tro på dette, sier Bjørn Johansen, flykaptein og sjef for «flight safety» i selskapet.

Johansen forklarer at risikoforhold etter risikoforhold i luftfarten er brakt under kontroll. – Men varsling av terrengskapt turbulens gjensto. Systemet er derfor ganske revolusjonerende, sier han.

Systemet er primært beregnet på meteorologer ved Meteorologisk institutt. Om nødvendig kan de justere varslene, som hvis flygere rapporterer om endringer i været. Det endelige varslet går til tårnet.

Også flygerne studerer skjermbildene. – Gutan har fått et nytt planleggingsverktøy, sier Widerøes Bjørn Johansen. – Ser vi at vi får problemer med vinden på en flyplass utover dagen, kan vi i god tid sette opp alternative ruter.

MILLIONER AV UKJENTE

Utenfor kontoret til Karl Johan Eidsvik i Trondheim viker vinternatta for det første lyset. I Hammerfest har morgenflyet fra Tromsø akkurat landet. Mens Widerøe-pilotene og SINTEF-forskeren sov, har datamaskinene Embla og Gridur i Trondheim løst likninger med millioner av ukjente.

Svarene er underlag for værvarslene du får – og de lokale vind- og turbulensvarslene for luftrommet over Hammerfest.

Ved midnatt, Greenwich-tid, har en hær av sensorer verden over samlet data om lufttrykk, temperatur, vindforhold og nedbør. Fra bakkeinstrumenter, satellitter, værballonger og fly har en flodbølge av informasjon tikket inn i datamaskiner – blant annet i Europas meteorologiske regnesenter i Reading i England. Her lages en tidagers værprognose for hele kloden, med grov oppløsning.

Fra Reading og Meteorologisk institutt på Blindern går en datastrøm til NTNUs tungregnesenter som også er regnesentral for Meteorologisk institutt. I et betongbygg ved Lerkendal stadion tar tallknuserne Embla og Gridur, parallellmaskiner med totalt 896 prosessorer, imot sin nattlige dose.

FRA GROV TIL FIN OPPLØSNING

De to maskinene «ser» luftrommet over jorda som lag på lag med bokser, og beregner været boks for boks. For hver boks løses likninger som beskriver grunnleggende fysiske lover, som Newtons «kraft = masse x akselerasjon». Tilstanden i boksene påvirker hverandre. Derfor blir likningssystemene kolossale.

Embla starter – med bokser som har ei grunnflate på 20×20 kilometer. De nærmest bakken er rundt 100 meter høye.

Meteorologene tolker resultatene for varslingsformål, mens Embla bruker svarene til nye beregninger. Nå har boksene 10×10 kilometers grunnflate.

Så får hun hjelp av broder Gridur. Duoen benytter de siste resultatene til å regne på bokser med grunnflate 4×4 og så 1×1 kilometer. Da blir daler og fjorder tydelige – og regneoperasjonene krevende. Du og jeg ville ikke hatt nubbekjangs, om vi så brukte hele livet. Embla og Gridur bruker to timer på hver av de siste to nedskaleringene!

Resultatene går til Meteorologisk institutt, som tolker dem og lager værvarsler. I tillegg blir de «input» til Simra, den mest lokale og ressurskrevende modellen.

SPRINTTRENING FOR LIKNINGER

I Simra har «boksene» en grunnflate ned mot 100×100 meter. De nærmest bakken er kun to meter høye. Terrenget blir derfor detaljert beskrevet.

Modellen var anvendbar i 1996. Da gikk de lokale beregningene for seint for varslingsformål. Skulle de speedes opp, måtte de parallelliseres – fordeles på flere prosessorer som løser hver sin del av regnestykket samtidig. Oppsplittingen ble gjort i 2001-2004, i regi av et nasjonalt tungregneprogram Forskningsrådet støttet.

Hva parallellisering går ut på? – Det er som å hjelpe hundre mann med å bygge et Lego-tårn av en million klosser, sier seniorforsker Eidsvik. – Hver enkelt må vite hva som skjer i randsonen mot naboen. Ellers blir det 100 tårn, og ikke ett.

KORTERE VARSLINGSTID NESTE

I praksis er det umulig å forutsi mange av de minste virvlene som oppstår i atmosfæren. I all værvarsling vil derfor varslingsfeil oppstå. Med henblikk på mulige forbedringer skal Simras varslingsfeil kvantifiseres.

Kortere varslingsintervall er en av forbedringsmulighetene. I dag blir Simras varsler tilgjengelige først ni timer etter at dataene er samlet inn. – Drømmen er å avgi oppdaterte, lokale vind- og turbulensvarsler for hver halvtime. Og den er realistisk, sier Eidsvik.

HJELP TIL VINDKRAFTMILJØET

I Trondheim er det blitt dag. I Eidsviks hyller står tidsskrift om vindkraft sammen med luftfartslitteraturen. Vindberegningssystemet vil gi gevinst, også om det brukes til å oppnå best mulig plassering og drift av vindmøller, poengterer han.

– Forskjellen mellom gal og riktig plassering av ei vindmølle kan utgjøre store summer i kraftinntekter, sier seniorforskeren.

Systemet kan også brukes til å anslå vindpåkjenningen som planlagte bygninger, bruer og kraftledninger vil bli utsatt for – eller til vindvarsler for Færder-seilasen og hopprenn i Granåsen.

Moralen er åpenbar: Vinden er det uklokt å blåse i!

Av Svein Tønseth