TUTKIMUS: Millä todennäköisyydellä alukset juuttuvat jäihin arktisilla merialueilla?

Tilastotieteilijät kehittivät mallin, jonka avulla jäähän juuttumisen riskiarviointi voidaan tehdä joka päivälle ja kaikille Koilisväylän pisteille. Mallin suunnittelussa käytettiin ensimmäisen kerran laivaliikenteen avointa dataa.

Kuva: Arctia Oy

Tilastotieteilijät laskivat todennäköisyyksiä, joilla eri jääkategorioihin kuuluvat alukset juuttuvat jäihin matkatessaan Pohjoisella Jäämerellä. Äskettäin Cold regions science and technology-lehdessä julkaistun tutkimuksen tulokset auttavat turvallisempien merikuljetusten suunnittelua ja öljyonnettomuuksien ennaltaehkäisyä.

Koillisväylä on yhä houkuttelevampi reitti ja liikenteen odotetaan kasvavan siellä, kun ilmasto lämpenee.

Koillisväylän laivaliikenteen kehitys vuosina 2013-2017. Lähde Cold Regions Science and Technology,

Ensimmäinen avoimeen dataan perustuva mallinnus

– Tämä on ensimmäinen kerta, kun kattava jäähän juuttumisen riskiarviointi tehtiin kokonaan avoimesti saatavilla olevan datan perusteella, kertoo tilastotieteen apulaisprofessori Jarno Vanhatalo, joka on Environmental and ecological statistics- tutkimusryhmän vetäjä ja Life Science Informatics- maisteriohjelman johtaja Helsingin yliopistosta.

Tutkijat käyttivät satelliittipohjaista informaatiota jääolosuhteista arktisilla merialueilla sekä laivaliikenteen avoimia tietolähteitä.

– Yksi isoimmista työvaiheista oli avointen aineistojen yhdistäminen siten, että analyysi pystyttiin tekemään. Tämä työvaihe tehtiin Aalto yliopistossa. Tilastolliset analyysit tehtiin Helsingin yliopistossa ja niissä käytimme hyvin perinteistä yleistettyä lineaarimallia, joka analysoitiin bayesilaisittain, Vanhatalo kertoo.

Ennuste kertoo todennäköisyyden

– Jos tiedetään vallitsevat jääolosuhteet, jotka yleensä saadaan satelliittikuvien perusteella, niin ennuste voidaan tehdä vaikka tälle päivälle ja jokaiselle koillisreitin pisteelle, sanoo Vanhatalo. Ennuste kertoo todennäköisyyden, jolla tietyn tyyppinen laiva jää jumiin liikkuessaan tietyllä alueella.

Analyyseissa tarkasteltiin jääkonsentraatio vaikutusta kiinnijäämistodennäköisyyteen. Jääkonsentraatio kuvaa kuinka iso osa merestä on jään peitossa. Talvella jääkonsentraatio on 100 prosenttia ja keväällä ja kesällä 0-100 prosenttia eli silloin merialueella voi olla jäälauttoja ja sulia alueita.

Kiinnijäämistodennäköisyys kasvaa sitä suuremmaksi mitä pidempään laivat kulkevat jäiden peittämällä alueella ja on huomattavasti suurempi isoilla kuin pienillä jääkonsentraatioilla.

A-jääkategorian laivojen todennäköisyys jäädä jumiin jäihin viidellä Karanmerellä kulkevalla laivareitillä eri vuodenaikoina. Luvut kuvaavat todennäköisyyttä 5 km matkalla.

Eri jääluokkien laivojen väliset erot ovat huomattavat. Parhaan eli A-luokan aluksien todennäköisyys juuttua jäihin 3000 merimailin matkalla (NM) 90-100 prosentin jääkonsentraatiossa on vain 0.04. Vastaavasti B-luokan aluksen todennäköisyys on 7.5 kertaa suurempi eli 0.3 ja C-luokan aluksen todennäköisyys on 22.5 kertaa suurempi eli 0.9.

 

Jäihin kiinnijäämistodennäköisyys etäisyyden ja jääkonsentraation (musta = 90-100 prosenttia ja harmaa = 60-70 prosenttia) mukaan.

Julkaistu artikkeli on osa monivuotista kansainvälistä Lloyd’s Register säätiön rahoittaa tutkimushanketta, jossa tavoitteena on parantaa arktisen meriliikenteen turvallisuutta. Vuonna 2003 alkanut tutkimushanke päättyy vuoden 2021 lopussa. Aalto-yliopiston vetämissä CEARCTIC ja CEPOLAR hankkeissa on mukana Helsingin yliopiston lisäksi Norjasta NTNU Trondheim, Kanadasta Memorial yliopisto ja Saksasta TUHH (Technishe Universitet Hamburg, Hamburg).

Arktisella merialueella tutkimiseen liittyy paljon epävarmuutta

Helsingin yliopiston tutkijoiden vastuulla on myös ollut arvioida mahdollisen öljyonnettomuuden vaikutuksia arktiseen ympäristöön ja eliöyhteisöihin. Jo aiemmin on julkaistu tutkimuksia Karanmeren eliölajeista ja miten mahdollinen öljyvuoto vaikuttaisi alueella.

Tutkimushanke on päättymässä, mutta vuoden loppuun mennessä on tulossa lisää tilastollista analyysia mallinnuksiin liittyvistä epävarmuustekijöistä.

– Koska arktisilta merialueilta on vain rajallisesti mittausaineistoa, laivaliikenteeseen, eliöstöön tai öljyn käyttäytymiseen liittyvät epävarmuudet ovat isoja. Iso epävarmuuden lähde on myös ympäristöolosuhteet, jotka vaihtelevat voimakkaasti, siitä tulee luontaista stokastisuutta, Vanhatalo toteaa.

– Toinen työn alla oleva artikkeli käsittelee kokonaisriskiin vaikuttavien osatekijöiden suhteellisia merkitsevyyksiä ja sitä, miten riskianalyysiä pitäisi tehdä ja miten johtopäätökset vaihtuvat, kun vaihdetaan tarkastelukohdetta. Tarkastellaanko pelkästään laivojen onnettomuusriskiä vai myös riskiä meren eliöyhteisöille? Riski on erilainen, jos tarkastellaan molempia erikseen tai yhtä aikaa.

Vanhatalo kertoo, että tulossa on myös koko projektin yhteenvetoraportit ja tutkimuksen pohjalta tehtyjä suosituksia.

Lähde:
Probability of a ship becoming beset in ice along the Northern Sea Route – A Bayesian analysis of real-life data. Jarno Vanhataloa , Juri Huuhtanen, Martin Bergström, Inari Helle, Jussi Mäkinen, Pentti Kujala https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2021.103238Cold regions science and technology, Volume 184, April 2021, 103238

Teksti: Vaula Aunola

Kiinnostaako merenkulku? – Tilaa Navigator-lehden uutiskirje

Jaa artikkeli
Freja