Nr. 61
Självständigt arbete i miljö‐ och
vattenteknik 15 hp, 1TV017
Juni 2017
En jämförelse mellan
fjärranalystekniker och vågbojar för
mätning av oceanografiska
parametrar i svenska vatten
David Bennich, William Bredberg, Jimmy Olsson, Louis
Rulewski Stenberg, Malin Smith och Johnny Söderqvist
Handledare: Erik Nilsson
Institutionen för geovetenskaper, UU
Självständigt arbete i miljö- och vattenteknik 15 hp
Ärendelogg
Projekt: KUSTRADAR
Nr. Datum Ärende / uppgift Resultat Ansvarig(a) person(er) Ärendet slutfört
1 28-03-2017 Skapa ett Gantt-schema för tidsplanering Jimmy 29-03-2017
2 28-03-2017 Bokar grupprum inför varje möte Louis 22-05-2017
3 28-03-2017 Skriver administrativ rapport för första mötet W-17-61/P-01 William 29-03-2017
4 28-03-2017
Sammanstället ett gruppkontrakt i form av en
arbetsrapport W-17-16/A-02 William 29-03-2017
5 28-03-2017 Mailar handledare Erik och bokar handledarmöte Malin 28-03-2017
6 29-03-2017 Mailar uppdragsgivare om diverse frågor Malin 29-03-2017
7 29-03-2017 Skriver administrativ rapport för andra mötet W-17-61/P-02 William 29-03-2017
8 29-03-2017 Tidsplanering Jimmy, Louis 29-03-2017
9 29-03-2017 Formulerar en projektplan efter mall W-17-61/A-01 Malin och David 29-03-2017
10 29-03-2017 Skriver om "Rapportering" i projektplanen Jimmy 30-03-2017
11 29-03-2017
Skriver "metod och genomförande" i
projektplanen Louis 30-03-2017
12 29-03-2017 Skriver bakgrunden i projektmallen David 30-03-2017
13 29-03-2017 Fyller i saknade uppgifter David 29-03-2017
14 29-03-2017 Skriver syfte till projektplan Malin 30-03-2017
15 30-03-2017 Skriver reflektion för vecka 1 David 30-03-2017
16 30-03-2017 Skapat en presentation David och Johnny 31-03-2017
17 30-03-2017 Skriver sammanfattning till projektplan Jimmy 30-03-2017
18 30-03-2017 Gör en dagordning för fredagens möte
Färdigställt. Andra medlemmar fyller på
21 31-03-2017
Reviderar "metod och genomförande", skapa PPT
slide om det Louis 31-03-2017
22 31-03-2017 Maila projektplan till Etrik JImmy 31-03-2017
23 31-03-2017
Reviderade tidsplanen i projektplanen efter
kontakt med handledare Jimmy 31-03-2017
24 31-03-2017 Skriver administrativ rapport för tredje mötet W-17-61/P-03 William 31-03-2017
25 31-03-2017 Uppdaterar kommunikation i gruppkontraktet W-17-61/A-03 William 31-03-2017
26 31-03-2017
Förbereder för delen om grupporganisation i
presentationen William 31-03-2017
27 31-03-2017
Går igenom Datawell, hittar relevant information
rörande vågbojar David 31-03-2017
28 31-03-2017
Reviderar projektplan och
powerpointpresentation Malin 31-03-2017
29 31-03-2017 Bokar handledarmöte till nästa vecka Malin 31-03-2017
30 31-03-2017
Påbörjar litteraturstudie; fokus på SMHI:s
befintliga, historiska och kommande teknologi. Malin 02-03-2017
31 31-03-2017 Påbörjar litteraturstudie, fokus på ny teknik Louis 05-04-2017
32 03-04-2017
Formulerar en metod att värdera teknologiska
lösningar mot varann W-17-61/L-01 David 04-04-2017
33 03-04-2017 Färdigställer mötesprotokoll W-17-61/P-04 Jimmy 04-04-2017
34 03-04-2017 Påbörjar L-rapport om WERA W-17-61/L-02 Jimmy 04-04-2017
35 03-04-2017 Skriver L-rapport om SAR W-17-61/L-07 William 05-04-2017
36 03-04-2017
Skriver L-rapport om HF-radar (en
sammanfattning) W-17-61/L-08 William 06-04-2017
37 03-04-2017
Gör ett dokument med frågor till handledaren
inför andra mötet Alla medlemmar fyller på vid behov William 03-04-2017
39 03-04-2017 Skriver L-rapport om X-band radar och WaMoS W-17-61/L-03 Louis 04-04-2017
40 03-04-2017 Skriver L-rapport om CORAD W-17-61/L-04 Jimmy 05-04-2017
41 04-04-2017 Reviderar metoddelen i projektplanen W-17-61/A-04 David 04-04-2017
42 04-04-2017 Skriver L-rapport om DWR MKIII W-17-61/L-05 Malin 05-04-2017
43 05-04-2017
Påbörjar litteraturstudie om studier om DWR
MKIII W-17-61/L-09 David 06-04-2017
47 07-04-2017 Mailar Cecilia om möte angående rapportformalia Jimmy 07-04-2017
48 05-04-2017 Sammanställer litteraturstudie W-17-61/G-01 Jimmy, William 07-04-2017
49 07-04-2017 Skriva syfte till litteraturstudien Johnny 07-04-2017
50 07-04-2017 Skapa en struktur i driven Johnny 07-04-2017
51 07-04-2017 Skriver en sammanfattning till litteraturstudien W-17-61/L-11 William 07-04-2017
52 07-04-2017 Boka grupprum för torsdagens möte Johnny 07-04-2017
53 07-04-2017 Färdigställer mötesprotokoll W-17-61/P-05 Jimmy 09-04-2017
54 07-04-2017 Flytta fredagens möte till torsdag i Gantt-schemat Johnny 08-04-2017
55 07-04-2017 Lägga upp en dagording till måndagens möte Johnny 09-04-2017
56 08-04-2017
Reviderar litteraturstudie med avseende på
facktermer W-17-61/L-12 David 10-04-2017
57 10-04-2017
Sammanställer slutlig litteraturstudie och laddar
upp på studentportalen Jimmy 10-04-2017
58 10-04-2017 Mailar Erik ang. möte på onsdag Möte inbokat ons kl 08.45 Jimmy 10-04-2017
59 10-04-2017 Korrekturläser och styckeindelar litteraturstudie William 10-04-2017
60 10-04-2017 Skriver mejl till beställare William 10-04-2017
61 10-04-2017 Skriver administrativrapport från möte 10-04-2017 W-17-61/P-06 Johnny 11-04-2017
62 10-04-2017
Mejlar företag bakom WaMoS, WERA, CODAR och
DWR-MKIII angående kostnader David 10-04-2017
63 09-04-2017
Skriver mini-litteraturstudien om
popuplärvetenskapliga sammanfattningar W-17-61/L-16 Louis 12-04-2017
64 10-04-2017 Mailar beställare för förtydligande om "kringdata" Jimmy 10-04-2017
65 10-04-2017 Läser på om LCA och kopplar till miljöaspekter Malin 10-04-2017
66 11-04-2017 Laddar upp dokument iför mötet på torsdag Johnny 11-04-2017
67 11-04-2017 Fyller i skanade uppgifter i specifikationtabellen Johnny 11-04-2017
68 11-04-2017
Utvecklar metod och prioriteringsfaktorer av
parametrar W-17-61/L-15 William 11-04-2017
69 11-04-2017 Mailar beställare för förtydligande om "kringdata" Jimmy 10-04-2017
70 11-04-2017 Förbereder presentationen för mittredovsiningen Jimmy 10-04-2017
71 11-04-2017 Skriver L-rapport om teknologins miljöeffekter W-17-61/L-14 Malin 03-05-2017
72 11-04-2017 Kontaktar Elsevier ang. att använda deras bilder William 11-04-2017
73 11-04-2017
Ansöker om licens till ArcGIS och börjar sätta mig
76 13-04-2017 Skriver administrativrapport från möte 13-04-2017 W-17-61/P-07 Johnny 13-04-2017
77 24-04-2017
Ordförande och sekreterare under veckans
inledande gruppmöte W-17-61 / P-08 David 24-04-2017
78 24-04-2017 Utvärderar tankar kring miljöaspektsrapporten
Malin, Johnny och
Jimmy 24-04-2017
79 24-04-2017
Fortsätter emailkontakt med företag för att
erhålla prisuppgifter David 25-04-2017
80 24-04-2017 Skriver teoridelen i sluttrapporten Louis 05-04-2017
81 25-04-2017 Kontaktar Erik för diskussion om dataanalys Jimmy 25-04-2017
82 25-04-2017 Skapar ett Latex-dokument för slutrapport Jimmy 25-04-2017
83 25-04-2017 Skriver metod för uppskattning av datatillg. Jimmy 26-04-2017
84 25-04-2017 Skriver metod för kostnadssammanställningen David 26-04-2017
85 25-04-2017 Utvecklar metodik för teknikernas räckvidd William 25-04-2017
86 26-04-2017
Reviderar litteraturstudie efter kommentarer från
handledare W-17-61/G-02 Johnny 26-04-2017
87 26-04-2017 Skriver teori och metod för konduktivitet William 26-04-2017
88 26-04-2017
Uppdaterar kostnader och fortsätter emailkontakt
med företag David 18-05-2017
89 27-04-2017 Tar fram resultat för konduktivitet William 27-04-2017
90 27-04-2017 Skriver om resultatet på datatillg. Jimmy 28-04-2017
91 28-04-2017
Skriver ihop en beskrivning om de aktuella
platserna Johnny 02-05-2017
92 28-04-2017 Skriver teori om isbildning och räckvidd William 02-05-2017
93 28-04-2017
Ordförande och sekreterare under veckans
avslutande gruppmöte W-17-61 / P-09 David 28-04-2017
94 02-05-2017 Bokar handledarmöte till nästa vecka Malin 04-05-2017
95 02-05-2017 Ansvarar för mötesprotokollen denna vecka Malin 05-05-2017
96 02-05-2017 Designar kartbild med arcgis David 02-05-2017
97 02-05-2017 Skriver P-rapport för projektmöte 10 W-17-61/P-10 Malin 04-05-2017
98 02-05-2017 Skriver teori om frekvensvalets betydelse William 03-05-2017
99 02-05-2017 Skriver ihop ett förslag till bakgrund Johnny 05-05-2017
100 03-05-2017 Skriver P-rapport för projektmöte 11 W-17-61/P-11 Malin 03-05-2017
103 08-05-2017 Skriver P-rapport för projektmöte 12 W-17-61/P-12 Louis 08-05-2017
104 08-05-2017 Korrekturläsning hela rapporten Malin 11-05-2017
105 08-05-2017 Reviderar teori i räckvidd. William 08-05-2017
106 09-05-2017 Skriver diskussion William, Jimmy 10-05-2017
107 09-05-2017 Skriver Slutsats Johnny och David 10-05-2017
108 09-05-2017 Reviderar bakgrund Malin 09-05-2017
109 10-05-2017 Fixar kartbild från öppen källkod William 10-05-2017
110 10-05-2017 Reviderar metod och resultat för räckvidd William 10-05-2017
111 10-05-2017 Börjar korrekturläsa teori och metod, vända 2 William 11-05-2017
112 10-05-2017 Reviderar kostnad i resultat och metod David 10-05-2017
113 10-05-2017 Korrekturläsning av hela rapporten David 10-05-2017
114 10-05-2017 Korrekturläser teori JImmy 10-05-2017
115 10-05-2017 Skriver sammanfattning till slutrapporten Malin och Louis 10-05-2017
116 10-05-2017 Korrekturläsning Louis 12-05-2017
117 11-05-2017 Reviderar slutsats William 11-05-2017
118 11-05-2017 Korrekturläsning slutsats och sammanfattning David 11-05-2017
119 11-05-2017 Reviderar källor David 11-05-2017
120 11-05-2017 dubbelkollar Eriks kommentarer för räckvidd William 11-05-2017
121 11-05-2017 Skriver om Sammanfattning Louis 11-05-2017
122 11-05-2017 Reviderar miljödel Malin 11-05-2017
123 12-05-2017 Skriver P-rapport för projektmöte 13 W-17-61/P-13 Louis 12-05-2017
124 12-05-2017 Gör redovisnings ppt, olika delar Alla 18-05-2017
125 18-05-2017 Skriver P-rapport för projektmöte 14 W-17-61/P-14 Johnny 18-05-2017
126 23-05-2017 Övar på redovisning och opponering Alla 23-05-2017
127 24-05-2017 Redovisning och opponering Alla 24-05-2017
128 29-05-2017 Reviderar efter opponering W-17-61/S-04 Alla 29-05-2017
129 29-05-2017 Sammanställer totalrapporten Jimmy, Louis 30-05-2017
130 30-05-2017 Sammanställer reflektionsdokument William, David 30-05-2017
Självständigt arbete i miljö- och vattenteknik 15 hp
Rapportlogg
Projekt: KUSTRADAR
Rapporttyp Dokumentkod Dokumentnamn Datum Ersätter Författare
S W-17-61/S-01 Slutrapport 1 12-05-2017
W-17-61/S-02 Slutrapport 2 17-05-2017 W-17-61/S-01 Jimmy, Louis, David, Malin, Johnny, William W-17-61/S-03 Slutrapport 3 18-05-2017 W-17-61/S-02 Jimmy, Louis, David, Malin, Johnny, William W-17-61/S-04 Slutrapport 4 30-05-2017 W-17-61/S-03 Jimmy, Louis, David, Malin, Johnny, William W-17-61/S-05 Slutrapport 5 01-06-2017 W-17-61/S-04 Jimmy, Louis, David, Malin, Johnny, William
A W-17-61/A-01 Projektplan 31-03-2017 Jimmy, Louis, David, Malin
W-17-61/A-02 Gruppkontrakt 29-03-2017 William Bredberg
W-17-61/A-03 Gruppkontrakt 2.0 31-03-2017 W-17-16/A-02 William Bredberg
W-17-61/A-04 Projektplan 07-04-2017 W-17-61/A-01 David Bennich
W-17-61/A-05 Mall för företagskontakt 05-04-2017 William Bredberg
P W-17-61/P-01 Projektgruppsprotokoll 1 29-03-2017 William Bredberg
W-17-61/P-02 Projektgruppsprotokoll 2 29-03-2017 William Bredberg
W-17-61/P-03 Projektgruppsprotokoll 3 31-03-2017 William Bredberg
W-17-61/P-04 Projektgruppsprotokoll 4 04-04-2017 Jimmy Olsson
W-17-61/P-05 Projektgruppsprotokoll 5 09-04-2017 Jimmy Olsson
W-17-61/P-06 Projektgruppsprotokoll 6 11-04-2017 Johnny Söderquist
W-17-61/P-07 Projektgruppsprotokoll 7 13-04-2017 Johnny Söderquist
W-17-61/P-08 Projektgruppsprotokoll 8 24-04-2017 David Bennich
W-17-61/P-09 Projektgruppsprotokoll 9 28-04-2017 David Bennich
W-17-61/P-13 Projektgruppsprotokoll 13 12-05-2017 Louis Rulewski Stenberg
W-17-61/P-14 Projektgruppsprotokoll 14 18-05-2017 Johnny Söderquist
G W-17-61/G-01 Litteraturstudie 10-04-2017 Jimmy, Louis, David, Malin, Johnny, William
W-17-61/G-02 Litteraturstudie 29-05-2017 W-17-61/G-01 Jimmy, Louis, David, Malin, Johnny, William W-17-61/G-03 Svar på opponering 29-05-2017 Jimmy, Louis, David, Malin, Johnny, William
L W-17-61/L-01
Tekniksammanställnings - och
värderingstabell 04-04-2017 David Bennich
W-17-61/L-02 Teknisk rapport om WERA 04-04-2017 Jimmy Olsson
W-17-61/L-03 Teknisk rapport om X-Band 04-04-2017 Louis Rulewski Stenberg
W-17-61/L-04 Teknisk rapport om CODAR 05-04-2017 Jimmy Olsson
W-17-61/L-05
Vågbojen som idag används på SMHI- Directional Waverider
MkIII 03-04-2017 Malin Smith
W-17-61/L-06
Sammansställning av
radartekniker 06-04-2017 Johnny Söderquist
W-17-61/L-07 SAR-radar 05-04-2017 William Bredberg
W-17-61/L-08 Sammanfattning om HF-radar 06-04-2017 William Bredberg
W-17-61/L-09
Studier rörande DWR-MKIII eller
andra av Datawells vågbojar 06-04-2017 David Bennich W-17-61/L-10
Tillämpningsområden för
HF-radar 06-04-2017 Jimmy Olsson
W-17-61/L-11
Sammanfattning till
litteraturstudie 07-04-2017 William Bredberg
W-17-61/L-12 Lista på termer 10-04-2017 David Bennich
W-17-61/L-14
Teknikernas miljöpåverkan ur
ett livscykelanalysperspektiv 02-05-2017 Malin Smith
W-17-61/L-15 Prioriteringar 11-04-2017 William Bredberg
W-17-61/L-16
Mini-litteraturstudie om
En jämförelse mellan fjärranalystekniker och vågbojar för
mätning av oceanografiska parametrar i svenska vatten
Självständigt arbete i miljö- och vattenteknik, 15 hp Beställare: SMHI
Handledare: Erik Nilsson
Författare: Bennich, David Bredberg, William
Olsson, Jimmy Rulewski Stenberg, Louis
Smith, Malin Söderquist, Johnny
Självständigt arbete miljö- och vattenteknik 15 hp Dokumenttyp Slutrapport DokumentkodW-17-61/S-05 Datum 1 juni 2017 ErsätterW-17-61/S-04 Författare
Bennich David, Bredberg William, Olsson Jimmy,
Rulewski Stenberg Louis, Smith Malin, Söderquist Johnny Handledare
Erik Nilsson
Rapportnamn
En jämförelse mellan fjärranalystekniker och vågbojar för mätning av oceanografiska parametrar i svenska vatten
Sammanfattning
För övervakning av svenska vatten krävs noggranna mätningar av oceanografiska parametrar såsom våghöjd, vågriktning, ytvattentemperatur och ytströmmar. Mätdata för parametrarna samlas in av Sveriges Meteorologiska och Hydrologiska Institut (SMHI) och används till prognoser, sjöfart samt forskning. I denna studie undersöktes möjligheten att ersätta eller komplettera vågbojarna av modellen Directional Waverider MkIII som SMHI använder idag, med ny kommersiellt tillgäng-lig fjärranalysteknik. Projektet begränsades till att studera två högfrekvens-radartekniker och en X-bandradar. Studien är platsspecifik och utreder kvalitetsmässiga, ekonomiska och miljömässiga för- och nackdelar med de utvalda radarteknikerna i relation till vågbojarna. En litteraturstudie och modellering av data över parametrar som påverkar radarteknikernas räckvidd och datatillgänglighet genomfördes. Ur modelleringen drogs slutsatsen att det är möjligt att erhålla likvärdig datatillgäng-lighet med vågradar som med vågboj. Vidare modellering ledde till slutsatsen att radarteknikerna begränsas till ungefär hälften av sin optimala räckvidd i Östersjön på grund av den låga salthalten, och därför är Sveriges västkust bättre lämpad för placering av radarteknik. Undersökning av isbild-ning i havsvatten, som kan begränsa radarteknikernas räckvidd, ledde till slutsatsen att Sveriges västkust också är att föredra utifrån detta perspektiv. Med anledning av radarteknikers möjlighet att utföra mätningar över större områden, finner studien att det finns goda grunder för att motivera en ersättning eller komplettering av vågbojarna med modern radarteknik. Vidare talar radartek-nikernas goda anpassningsförmåga, lägre inverkan på miljön och enklare underhållskrav jämfört med vågbojarna till dess fördel. Att övergå till radarteknik medför däremot högre installations- och driftkostnader i jämförelse med vågbojar.
Förord
Detta projektarbete utfördes inom civilingenjörsprogrammet i miljö- och vattenteknik på Uppsala universitet, och motsvarar ett kandidatarbete på 15 högskolepoäng.
Det har varit ett nöje att samarbeta med Sveriges Meteorologiska och Hydrologiska Institut, som har varit till stor hjälp när det kommer till att ta fram projektets syfte och mål, samt tillhandahålla uppgifter och mätdata. Ett stort tack framföres till företagen Helzel Messtechnik, CODAR Ocean Sensors, och Sea Image för deras bidrag med prisuppgifter och specifikationer. Ännu ett stort tack framföres till Erik Nilsson för den handledning som projektgruppen har erhållit under projektets gång.
Innehåll
1 Inledning 1
1.1 Syfte och mål . . . 1
1.2 Projektets avgränsningar . . . 1
2 Bakgrund 1 2.1 SMHI:s mätningar av oceanografiska parametrar . . . 1
2.2 Positioner . . . 2
3 Teori 4 3.1 Vågbojen Directional Waverider MkIII . . . 4
3.2 Vågradar . . . 5 3.2.1 Högfrekvensradar . . . 5 3.2.2 X-Bandradar . . . 5 3.3 Radarteknikernas räckvidd . . . 6 3.3.1 Frekvens . . . 7 3.3.2 Konduktivitet . . . 7 3.3.3 Isbildning i havsvatten . . . 8 3.4 Kommersiella radertekniker . . . 9 3.4.1 CODAR SeaSonde . . . 9 3.4.2 WERA . . . 10 3.4.3 WaMoS II . . . 11 3.5 Livscykelanalys . . . 13 4 Metod 13 4.1 Datatillgänglighet . . . 13
4.1.1 Nuvarande datatillgänglighet med vågboj . . . 14
4.1.2 Uppskattad datatillgänglighet med vågradar . . . 15
4.2 Radarteknikernas räckvidd . . . 16
4.2.1 Konduktivitet . . . 16
4.2.2 Isbildning . . . 17
4.3 Radarsystemens specifikationer och koppling till resultat . . . 18
4.4 Teknikernas miljöpåverkan . . . 18 4.5 Kostnader . . . 19 5 Resultat 19 5.1 Datatillgänglighet . . . 19 5.2 Radarteknikernas räckvidd . . . 22 5.2.1 Konduktivitet . . . 22 5.2.2 Isbildning . . . 24
5.3 Radarsystemens specifikationer och koppling till resultat . . . 25
5.4 Teknikernas miljöpåverkan . . . 28
6 Diskussion 31
6.1 Kvalitet och tillgänglighet av data . . . 31
6.2 Radarteknikernas räckvidd . . . 32 6.3 Miljöperspektiv . . . 34 6.4 Kostnader . . . 35 7 Slutsats 35 8 Appendix 42 8.1 Fysikaliska principer . . . 42 8.1.1 Braggs lag . . . 42 8.1.2 Dopplereffekten . . . 43
8.2 Konstanter för beräkning av förhållandet mellan konduktivitet och salinitet. . . 44
1 Inledning
En vågboj utplacerad i havet mäter bland annat vågors höjd och riktning i den punkt den befinner sig i. I dagsläget använder Sveriges Meteorologiska och Hydrologiska Institut (SMHI) fyra sådana. Vågradar är en kommersiellt tillgänglig fjärranalysteknik, som mäter liknande parametrar som en vågboj, men kartlägger dessa över ett stort område i realtid. Vågradar öppnar även upp möjligheten för nya tillämpningar, som exempelvis mätning av ytströmmar för övervakning av oljespill. SMHI är intresserade av en eventuell investering i vågradarteknik och denna studie utfördes för att utgöra ett bedömningsunderlag till detta.
1.1 Syfte och mål
Syftet med studien var att utreda huruvida det är motiverat för SMHI att byta ut befintliga vågbojar mot fjärranalysteknik, för övervakning av svenska vatten. Målet med projektet var att systematiskt jämföra olika radartekniker med vågbojar för att bedöma om det är lämpligt med ett teknikbyte, och om möjligt formulera en rekommendation. Ytterligare ett mål var att rapporten skulle utgöra ett bra bedömningsunderlag för beställaren när det kommer till val av ny teknik. Rapporten skulle ge svar på följande frågeställningar:
• Vad finns det för alternativ radarteknik som kan ersätta vågbojar för mätning av
oceanogra-fiska parametrar i svenska vatten?
• Hur förhåller sig den alternativa tekniken till vågbojen ur ett datakvalitets- och
tillgänglig-hetsmässigt, ekonomiskt och miljömässigt perspektiv?
1.2 Projektets avgränsningar
I detta projekt var de fjärranalystekniker som skulle studeras avgränsade till enbart konventionella radartekniker. De som valdes var Codar SeaSonde (CODAR), Wellen Radar (WERA) och Sigma s6 WaMoS II (WaMoS II). Utöver vågbojar utnyttjar SMHI havsbojar för mätning av oceanografiska parametrar, en teknik som inte undersöktes närmre.
2 Bakgrund
2.1 SMHI:s mätningar av oceanografiska parametrar
Mätning av vågparametrar har utförts av SMHI sedan 1978. Teknologin bestod till en början av bottenplacerade instrument som fungerade som uppochnedvända ekolod. För att få elförsörjningen att fungera så att data kunde överföras via mobilnätet hade utrustningen mycket begränsade ut-placeringsmöjligheter. Den placerades ofta intill kassunfyrar eller på andra relativt kustnära platser (SMHI, 2017e). Enklare bojar sattes i bruk under början av 1990-talet och mer avancerade bojar utvecklades i början av 2000-talet. De enklare bojarna var begränsade till att endast kunna mäta vågornas höjd och period medan de mer avancerade bojarna klarade av att mäta ytterligare några oceanografiska parametrar som till exempel vågriktning. Sedan år 2005 används de typer av vågbo-jar som är i bruk idag (SMHI, 2017h).
SMHI använder sig idag av vågbojen Directional Waverider MkIII för mätningar av oceanografiska parametrar. Vågbojen mäter signifikant våghöjd, maximal våghöjd, medelvågperiod, maximal våg-period samt maximal vågriktning; dessa parametrar möjliggör en modellering av havets beteenden. Signifikant våghöjd (Hs) är en vanlig parameter för att beskriva ett vågtillstånd och är medelvärdet av den tredjedel av vågorna som är högst under ett 30 minuters intervall (SMHI, 2017f). Förutom vågegenskaper mäter vågbojen dessutom ytvattentemperaturen (SMHI, 2017j).
Figur 1. Vågbojen Directional Waverider Mk III i drift. Foto: Erik Udéhn, 2016.
År 2005 togs SMHI:s första tre Directional Waverider MkIII i bruk, med stationsnamnen Finngrun-det, Södra Östersjön och Väderöarna. (SMHI, 2017d). Vågbojen Södra Östersjön är idag nedlagd (SMHI, 2017l). 2011 sattes en vågboj i bruk vid Knolls grund (SMHI, 2017j). Den senast tillkomna vågbojen sattes i bruk 2017 vid Brofjorden och ägs av Sjöfartsverket (SMHI, 2017m).
Oceanografiska mätningar är betydelsefulla inom ett antal områden. SMHI använder mätningarna främst för att skapa prognoser av olika slag. Ett av de uppdrag SMHI haft är att mäta våghöjd i skärgården för att sedan göra en klassificering av områdena efter hur höga vågor som kunde förvän-tas (Waldh, 2017). Mätningarna används även för havsmiljöforskning, till exempel med syftet att utvärdera hur klimatförändringar skulle påverka området (SMHI, 2017c).
Det är viktigt att ha data på våghöjder vid konstruktion av objekt ute till havs, då kännedom behövs om vilka typer av vågor som kan förväntas uppstå i området. Vid anläggning av vindkraftsparker är det till exempel viktigt att konstruktionen ska kunna stå emot vågorna. En yrkeskategori som har stor nytta av att känna till vågornas utseende i området är lotsar. Lotsar behöver ha kunskap om vågförhållanden så att de kan borda fartygen under säkra förhållanden. Sjöfart är ett annat tillämpningsområde för oceanografiska mätningar (Waldh, 2017).
2.2 Positioner
I detta avsnitt följer en beskrivning av de aktuella områdena som potentiellt skulle kunna täckas upp av vågradar. Vid dessa positioner har SMHI sina vågbojar idag, samt en av deras havsbojar, se Figur 2.
Figur 2. Karta över de aktuella positionerna. Röda markeringar avser vågbojar och gul markering avser havsboj. Kartan publiceras med tillstånd från ©OpenStreetMap contributors, under deras licens för öppna databaser (OpenStreetMap, 2017). Bilden är sammansatt med uMap, som använder sig av öppen källkod.
Finngrundet
Position: 60 54’00.0”N, 18 37’00.1”E Avstånd från land: 48 km.
Finngrundet ligger i den sydvästra delen av Bottenhavet utanför Gävlebukten. Vid Finngrundet har det gjorts havsobservationer till och från sedan 1860. De första mätningarna som gjordes ute vid Finngrundet utfördes från det fyrskepp som låg placerat där. Det som mättes på den tiden var havstemperatur och salinitet (SMHI, 2017h). Idag utför SMHI sedan 2006 kontinuerliga mätningar med vågboj vid Finngrundet (SMHI, 2017l).
Huvudskär
Position: 58 55’59.9”N, 19 10’00.1”E Avstånd från land: 43 km.
Huvudskär ligger i södra Östersjöns nordvästra del. Vid Huvudskär har det gjorts observationer med havsboj sedan 2001 (SMHI, 2017a). En vågboj placerades ut av SMHI vid Huvudskär ost under en begränsad period år 2007 (SMHI, 2017k).
Knolls grund
Postion: 57 31’00.1”N, 17 37’00.1”E Avstånd från land: 30 km.
I västra delen av Östersjön, mer specifikt mellan Ölands nordspets och Gotland, ligger Knolls grund. SMHI utför sedan 2011 havsobservationer med vågboj vid Knolls grund (SMHI, 2017m).
Brofjorden
Position: 58 15’00.0”N, 11 13’00.1”E Avstånd från land: 12 km.
Vågbojen vid Brofjorden ligger placerad i Skagerrak, på västkusten strax norr om Lysekil. Vid Brofjorden har SMHI sedan 2017 en vågboj utplacerad (SMHI, 2017n). Vågbojen ägs av Sjöfarts-verket men SMHI sköter underhåll och service (SMHI, 2017g). Då denna vågboj nyligen är driftsatt finns inte några längre dataserier från denna plats.
Väderöarna
Position: 58 28’59.”N, 10 55’59.9”E Avstånd från land: 18 km.
Väderöarna ligger i den östra delen av Skagerrak, cirka tio kilometer utanför Bohuskusten. SMHI utför sedan 2005 mätningar med vågboj vid Väderöarna (SMHI, 2017j). Vid Väderöarna har SMHI även en havsboj utplacerad sedan 2013, som mäter fler parametrar än vad vågbojen gör (SMHI, 2017b). SMHI har under två tidigare perioder haft vågbojar utplacerade vid Väderöarna, mellan 1980 till 1982 och mellan juli och december 1986 (SMHI, 2017i).
3 Teori
I följande avsnitt beskrivs den nuvarande tekniken (vågbojen Directional Waverider MkIII). Av-snittet ger också en översiktlig bild av radarteknikernas funktion och några fysikaliska principer högfrekvensradar (HF) och X-bandradar bygger på. Radarteknikernas räckvidd i förhållande med istäckt vatten och konduktivitet undersöks. Dessutom presenteras tre kommersiella radartekniker: CODAR SeaSonde, Wellen Radar (WERA) och WaMoS II.
3.1 Vågbojen Directional Waverider MkIII
SMHI använder i Datawells vågboj Directional Waverider MKIII (DWR-MKIII). Vågbojen omges av ett aluminiumskal och förankras till havsbotten via en lina. Bojen mäter oceanografiska para-metrar såsom yttemperatur och signifikant våghöjd. Den kalibreras automatiskt med hjälp av en gravitationskraftsstabiliserad plattform i själva bojen. En accelerometer monterad på vågbojen mä-ter våghöjden medan en horisontell acceleromemä-ter kopplad till en kompass beräknar vågriktningen. Med denna teknik utförs mätningar varje timme, och data skickas via satellit till SMHI:s kontor i Norrköping för undersökning och analys (SMHI, 2017o). SMHI använder en vågbojmodell med
diametern 70 cm och en batteritid på 1,2 år (Datawell, 2017).
Vågbojen DWR-MKIII rör sig i det horisontella planet, vilket leder till en något förändrad bild om hur vågorna egentligen ser ut (Holthuijsen, 2007). Vid mätning av små vågor kan vågbojens massa och storlek ge upphov till resonans i frekvensen, och leda till felmätningar. Den maximala våghöjden kan dessutom underskattas för branta vågor (Rütten m. fl., 2013).
Vågbojen är i kontinuerlig kontakt med havsvatten, vilket betyder att bojen kräver underhåll året runt (Rütten m. fl., 2013). Vågbojens elektronik skyddas med ett aluminiumskal som måste by-tas vart tredje år i svenska vattenförhållanden. Upplösningen av aluminiumskalet sker snabbare i förorenat och varmt vatten, vilket kräver fortlöpande inspektioner. Dessutom krävs kontinuerlig kontroll av förankringen till havsbotten, ommålning och rengöring av vågbojen (för förebyggande och reducering av marin tillväxt) samt regelbunden kontroll av sensorer och antenner (Datawell, 2014). Vid isbildning behöver vågbojen tas ur bruk, en åtgärd som nämns i SMHI:s driftrapporter för vågbojsnätet (Lindh, 2013).
3.2 Vågradar
Användning av radarteknik medför möjligheten att utföra kontinuerliga mätningar över ett stort område i realtid. I följande avsnitt beskrivs de två radartekniker som är aktuella för studien. Vågra-dar bygger på två principer vid mottagning och analys av elektromagnetiska vågor: Braggs lag och Dopplereffekten. Dessa två förklaras kortfattat i avsnitt 8.1 Appendix.
3.2.1 Högfrekvensradar
Högfrekvensradar (HF-radar) sänder elektromagnetiska vågor inom frekvensintervallet 3-30 MHz, vilket motsvarar en våglängd mellan 100-10 m (Wyatt, 2000).
3.2.2 X-Bandradar
Ytterligare en radarteknik som undersöktes är X-bandradarn. Enligt tidigare forskning är X-bandradar ett lämpligt alternativ till vågbojar, och har bättre upplösning än HF-radarsystem såsom CODAR eller WERA (som verkar med en betydlig längre våglängd) (Ivonin m. fl., 2016). X-bandtekniken tillämpar en högre radiofrekvens och sänder elektromagnetiska vågor inom mikrovågsområdet (8-12 GHz) vilket motsvarar en våglängd inom intervallet 2,5-3,75 cm (Bell och Osler, 2011). Den kor-tare våglängden gör det möjligt att utföra mätningar med en betydligt högre upplösning än med tillgänglig radarteknik med längre våglängd som till exempel HF-radar.
X-bandradar har använts i ett flertal olika tillämpningsområden under de senaste 50 åren: från fartygstrafikservice till kommunikation med satelliter (Lund m. fl., 2015). Ett flertal kommersiella radarsystem som baseras på X-bandradar har utvecklats; i detta fall har analysen begränsats till ett system (WaMoS II) men flera alternativ finns tillgängliga såsom SeaDarQ och Consilium Selesmar Selux.
3.3 Radarteknikernas räckvidd
Räckvidden för högfrekvensradar beror på ett flertal olika saker. Radarteknik som används för att mäta vågparametrar fungerar genom att elektromagnetiska pulsvågor propagerar över havsytan. Dessa vågor påverkas av ett flertal olika parametrar. De elektromagnetiska vågor som skickas ut attenueras, och interferens med atmosfären och med andra radiovågor kan uppstå vilket leder till störningar. Med attenuering menas att elektromagnetiska vågor tenderar att bli svagare eller dämpas när dessa passerar olika medium. Denna attenuering beror främst på permittiviteten i havsvattnet. Permittiviteten är i detta fallet ett fysikaliskt mått på vattnets isolerande förmåga att påverka elektriska fält. Allt detta beskrivs av Gurgel, Essen och Kingsley (1999), och följande samband för havsvattnets permittivitet förklaras:
✏ = 80 + i /(✏0!) (1)
där är konduktiviteten, ! är radarteknikens vinkelfrekvens, och ✏0 är vakuumpermittiviteten
8, 85· 10 12 As/V m.
Över längre avstånd attenuerar de elektromagnetiska vågorna kraftigt beroende på permittivitetens imaginära del, vilken beror på den frekvens som används och konduktiviteten i vattnet, se ekvation 1. Därmed kan räckvidden av radarteknik påverkas avsevärt beroende på hur dessa parametrar varierar. Detta illustreras i Figur 14 i appendix, där det går att ungefärligt utläsa hur räckvidden kan tänkas variera. Förhållandena i figuren är teoretiskt modellerade och antar en helt plan havsyta, samt att radarteknikens sändare och mottagare är placerade i nivå med havsytan.
Barale och Gade (2008) har i sin bok använt sig av det samband som beskrivs av Gurgel, Essen och Kingsley (1999) för att undersöka hur räckvidden kan variera beroende på frekvens och salinitet. I tabell 1 nedan framställs den maximala räckvidden som en funktion av radarfrekvens vid olika värden på salinitet i havsvatten (Barale och Gade, 2008). Saliniteten anges i psu (Practical Salinity Unit). Psu hade på svenska direktöversatts till praktisk salinitetsenhet, men kommer för enkelhetens skull hänvisas till som psu genom hela rapporten. Notera att enheten är dimensionslös, trots att den är av samma storleksordning som när salinitet mäts i tusendelar, alltså anges som g salt / kg havsvatten. Salinitet angavs för det mesta i procent och promille fram till 1978, då psu etablerades (Perkin och Lewis, 1980). Psu är idag den enhet som används mest i oceanografiska forskningssammanhang.
Tabell 1. Räckvidd som funktion av frekvens och salinitet. Frekvens [MHz] Räckvidd [km]vid 8 psu Räckvidd [km]vid 16 psu Räckvidd [km]vid 35 psu
8,00 107,0 158,5 218,0 12,00 65,0 100,0 143,0 16,00 45,5 70,5 102,5 20,00 34,0 53,0 78,0 25,00 25,5 40,0 59,5 30,00 20,0 32,0 47,0
Sammanfattningsvis bestäms räckvidden av hur de elektromagnetiska radarvågorna dämpas - at-tenuering. Attenueringen bestäms av permittiviteten i vattnet, som beror på konduktiviteten i
havsvattnet och valet av frekvens för radartekniken. Permittiviteten kommer även att variera med isbildningen i havsvattnet eftersom isbildningen innebär en skillnad i temperatur. Konduktiviteten i sin tur, kan betraktas som en funktion av salinitet, temperatur, och tryck. Räckvidden varierar alltså med avseende på ett flertal olika parametrar. I följande avsnitt kommer olika parametrar att förklaras mer ingående, och hur räckvidden varierar med avseende på parametrarna i fråga. Figur 3 illustrerar översiktligt hur räckvidden beror på de olika begrepp som den här rapporten omfattar.
Figur 3. En översiktlig sammanfattning av de parametrar som påverkar radarteknikernas räckvidd.
3.3.1 Frekvens
En attenuering av de elektromagnetiska vågor som propagerar över havsytan uppstår i samband med användandet av radarteknik, för mätande av havsparametrar. Denna attenuering påverkas till stor del av vilken frekvens som används, vilket går att se i Figur 14.
Det går att se i Ekvation 1 att permittiviteten beror på konduktiviteten och den frekvens man använder sig av. Ju lägre frekvensen, desto större blir kvoten i ekvationen. Detta innebär ett högre värde på permittiviteten, vilken i sin tur innebär en lägre attenuering. Ju lägre attenueringen är, desto längre räckvidd kan erhållas med radartekniken. Med andra ord är ett lägre frekvensintervall att föredra med avseende på räckvidd. Detta går även att utläsa i Tabell 1. En lägre frekvens innebär dock i de flesta fall en sämre upplösning. Detta innebär att det måste göras en viss avvägning mellan räckvidd och upplösning vid eventuellt implementerande av radarteknik.
3.3.2 Konduktivitet
Då räckvidden kan begränsas kraftigt beroende på konduktiviteten, är kunskapen om vad som or-sakar denna särskilt viktig. Konduktiviteten i vattnet beror främst på salinitet, temperatur, och tryck (Fofonoff, 1985). Det är alltså möjligt att betrakta konduktiviteten som en funktion av
tem-peratur, salinitet, och tryck. Konduktiviteten kommer i regel att vara högre i varmare vatten med högre salinitet. Eftersom att radarteknik som använder sig av högfrekventa elektromagnetiska vå-gor upplever lägre attenuering när den används över vatten med högre konduktivitet, så finns det vissa begränsningar vad det gäller räckvidd. Radarteknik fungerar alltså sämre för vatten med låg salinitet med avseende på räckvidd. Däremot har saliniteten en större betydelse för konduktiviteten än ytvattentemperaturen.
Det finns en väletablerad metod för att beräkna saliniteten genom att mäta konduktiviteten i vattnet. Den beskrivs i ett flertal olika studier, och följer i en något förenklad version nedan (Perkin och Lewis, 1980). I metoden uttrycks saliniteten, S, i psu (Practical Salinity Unit). Notera dock att följande samband endast är framtaget för temperaturer mellan -2 C och 35 C. S uttrycks som:
S = 5 X j=0 ajRj/2T + (T 15) 1 + k(T 15) 5 X j=0 bjRj/2T (2)
där T är temperaturen i vattnet. För värden på alla konstanter se Tabell 13. För att kunna lösa ut saliniteten behöver först RT lösas ut. Detta görs på följande sätt:
RT =
R
rTRP (3)
För att lösa ut RT behöver alltså R, rT, och RP vara kända. Först och främst behöver
konduktivi-tetskvoten R beskrivas. R definieras som:
R = C(S, T, P )
C(35, 15, 0) (4)
där C(35, 15, 0) är konduktiviteten vid 15 C med en salinitet på 35 psu. Dessa förhållanden gäller när havsvattnet har samma konduktivitet som en standardlösning kaliumklorid vid den 15 C, och detta används som referensvärde. Detta anges som 42914 µS/cm. C(S, T, P) är den uppmätta konduktiviteten i vattnet. Variablerna rT och RP, som tar hänsyn till temperatur och tryck, löses
ut med de följande två formlerna nedan. För värden på alla konstanter, se Tabell 13 i appendix. rT = c0+ c1T + c2T2+ c3T3+ c4T4; (5)
RP = 1 +
A1P + A2P2+ A3P3
1 + B1T + B2T2+ B3R + B4RT (6)
Där P är tryck och T är temperatur. För värden på alla konstanter se Tabell 13 i appendix. 3.3.3 Isbildning i havsvatten
Det viktigt att ta hänsyn till eventuell isbildning inom mätområdet, då även denna påverkar räck-vidden för radarteknik. Detta blir extra betydelsefullt när det gäller att applicera radarteknik utmed Sveriges kuster, då det rådande klimatet är ganska kallt och vattnet därmed mer benäget att frysa. Det är svårt att hitta ett tydligt samband mellan isbildning och dess eventuella påverkan på olika typer av radartekniker. Det har gjorts studier på detta. En studie har gjorts där man genom att göra ett flertal olika tester på normaliserad räckvidd vid olika iskoncentrationer tagit fram ett ungefärligt
samband genom att göra en anpassning (Kamli, Chavanne och Dumont, 2016). Med normaliserad räckvidd menas kvoten för uppmätt räckvidd och det vid isfria förhållanden. Anpassningen gjordes med följande ansats:
= a + bC (7)
där är den relativa räckvidden, C är iskoncentrationen, a är iskoncentrationen vid helt frusna förhållanden, och b är en reduktionskoefficient som relaterar den relativa räckvidden till iskoncent-rationen.
Förhållandet har förenklats till ekvation 8 nedan eftersom att b till exempel är -1 och -0,95 för Wellen Radar (WERA) respektive Coastal Ocean Dynamics Application Radar (CODAR). Detta har man kunnat göra då reduktionskoefficienterna för majoriteten av radartekniker ligger nära -1, samt på grund av att anpassningens osäkerhet är så pass stor som den är. Anpassningen har ett R2-värde på 0,62. Detta gäller givet restriktionen, i vilken = 1 när C = 0 vid full normalisering, och T = 0 när C = 1 då det inte finns några Bragg-vågor.
= 1 C (8)
3.4 Kommersiella radertekniker
Tre radartekniker undersöktes djupgående under projektets gång: två HF-radar samt ett övervak-ningssystem som använder X-bandradar. Nedan sammanställs information om de två HF-radarna CODAR och WERA samt WaMoS II, ett övervakningssystem baserat på X-bandradar.
3.4.1 CODAR SeaSonde
CODAR är en HF-radar, och den dominerande radartekniken idag för analysen av oceanografis-ka parametrar. Wyatt (2005) påstår att tekniken är lättanvändbar, lätt att installera och pålitlig. CODAR produceras av Ocean Sensors Ltd och använder sig av tre riktade antennelement för mot-tagning av signaler, samt en separat rundstrålande antenn för utsändning av elektromagnetiska vågor (Liu, Weisberg och Merz, 2014). Enligt tillverkaren finns CODAR SeaSonde tillgänglig i fyra frekvensuppsättningar: 4,3-5,4, 11,5-14, 24-27, samt 40-45 MHz, och har en räckvidd inom inter-vallet 20-220 km (beror på frekvensinterinter-vallet) (CODAR, 2017). CODAR används bland annat för kartläggning av strömmar. Tekniken utvärderades i en studie som genomfördes i Florida (USA) där data från CODAR-tekniken jämfördes med referensdata från en Accoustic Doppler Current Profiler (ADCP, fungerar i princip som en sonar: den skickar ner ljudvågor, och mäter strömmar med hjälp av Dopplereffekten av ljudvågorna som återstrålas mot vattenpartiklar). Studien (Liu, Weisberg och Merz, 2014) visar att CODAR SeaSonde har en mycket bra kapacitet att mäta och kartlägga ytströmmar, jämfört med ADCP-tekniken.
Tidigare jämförelser mellan vågbojar och CODAR
I en studie (Atan m. fl., 2016) jämfördes data från vågbojar med data som erhölls från CODAR. Författarna drar slutsatsen att CODAR-mätningarna har relativt hög noggrannhet jämfört med vågbojar (vid mätning av signifikant våghöjd erhölls en korrelation mellan R2=0,72 och R2=0,92),
men noterar att data från radarn kan innehålla brus som kräver en extern datakälla (som till exempel en vågboj) för att korrigeras. Studien visar också att användningen av både HF-radar och vågbojar är fördelaktigt då radarn ger en bild i rummet, och vågbojen ger punktmätningar: en kombination av båda kan ge en bättre bild av området som undersöks (Atan m. fl., 2016).
3.4.2 WERA
WERA är en HF-radar som utvecklades vid universitet i Hamburg som svar på de tillkortakom-manden som finns hos CODAR (begränsad räckvidd och låg rumslig upplösning), och används för att mäta ytströmmar samt olika vågparametrar (Gurgel m. fl., 1999). Tekniken är endast landba-serad (Helzel m. fl., 2009), och bygger på en gruppantenn för mottagning (1-4 antenner) och en för sändning (12-16 antenner). Det går att välja mellan två frekvensuppsättningar, 16,5 och 24-26 MHz (Helzel Messtechnik, 2017), där den lägre frekvensen ger längre räckvidd men lägre upplösning. Den längsta studien genomfördes i Liverpool Bay (UK) 2006-2008. Studien (Robinson, Wyatt och Howarth, 2011) jämförde mätningar av strömmar utförda med WERA och en Accoustic Doppler Current Profiler (ADCP), och drar slutsatsen att strömdata från ADCP och WERA korrelerar väl (R2>0,9) med samma mätförutsättningar. WERA-tekniken visade sig dock vara bättre på att
kart-lägga ytströmmar, och bevisades även till att kunna utföra konsistenta och noggranna mätningar under en längre period. WERA är lättanvändbar och enkel att installera: enligt en utvärdering kan installation av mjuk- och hårdvara, drift och underhåll utföras av en grupp forskare utan någon tidigare radarutbildning (Savidge m. fl., 2011).
Förutom forskning kan WERA-tekniken användas inom en mängd olika områden som fartygstrafik, meteorologi, fiskeindustrin, bevakning av oljespill och säkerhet (kan detektera fartyg upp till 200 km bort) (Helzel Messtechnik, 2007). Figur 4 nedan visar ett tydligt exempel på mätningar och kartläggning av oceanografiska parametrar med WERA. I detta fall mäts signifikant våghöjd samt vågarnas medelriktning i ett kustområde i Brest (Frankrike).
Figur 4. Ett vågfält uppmätt med WERA HF-radar. Färgskalan representerar signifikant våghöjd och pilarna beskriver vågarnas riktning (Barale och Gade, 2008). Publiceras med tillstånd från Springer. Tidigare jämförelser mellan vågbojar och WERA
En jämförelse mellan vågbojar och radarsystemet WERA utfördes inom projektet European Radar Ocean Sensing (EuroROSE) år 2000 (Wyatt m. fl., 2003). För mätningar av signifikant våghöjd konstaterades det att data från WERA korrelerar väl med data från vågbojen, och även vågriktning hade hög korrelation trots störningar i radarns mätningar.
3.4.3 WaMoS II
WaMoS II är ett radarbaserat övervakningssystem som tillverkas av OceanWaveS GmbH. WaMoS II samlar in och omvandlar analog data till digital data från en X-bandradar (Sea-Image Corporation, 2016). WaMoS II-paketet innehåller en mjukvara som kontrollerar radarn, datainsamlingen och ana-lysen samt redovisningen av mätresultaten (Hessner m. fl., 2014). WaMoS II-tekniken har dessutom förmågan att lagra all mätdata inom 360 med radarmasten som mittpunkt, vilket möjliggör insam-ling av data från vågfältets alla möjliga riktningar beroende på placeringen (Borge, Reichert och Dittmer, 1999). WaMoS II ger information om vågfältet i tid och rum genom att lagra ett antal olika radarbilder i följd, och filtrerar sedan bort all överflödig data som brus. Strömanalyser möjliggörs av en extra enhet, High Resolution Current (HRC). HRC-mätningarna sker i realtid och presente-ras av WaMoS II-mjukvaran i form av grafer (Borge, Reichert och Dittmer, 1999). WaMoS II är fördelaktig i den mån att den kan användas med de flesta befintliga kommersiella radar (Sea-Image-Corporation, 2017). WaMoS II används idag inom många områden utöver forskning, bland annat offshore-byggande, navigering, bevakning av oljespill samt stöd för dykare (Sea-Image Corporation,
2016). Mer generellt har X-bandradar använts för fartygstrafikservice och säkerhet (Hessner m. fl., 2014).
Enligt tillverkaren kräver X-bandradartekniker en vindhastighet på minst 3 m/s för att kunna mäta vågegenskaper. Systemet kan dessutom inte mäta en signifikant våghöjd mindre än 0,5 m. Konstant och/eller kraftigt regn kan också påverka mätningarna då regn stör återstrålningen av den elektro-magnetiska signalen (Sea-Image Corporation, 2016).
Figur 5. Ett vågfält uppmätt med WaMoS II. Färgskalan representerar signifikant våghöjd från högst (rött) till lägst (svart) (Sea-Image Corporation, 2016). Publiceras med tillstånd från ©Rutter Inc. Figur 5 ovan ger ett exempel på kartläggningen av signifikant våghöjd med en stationär WaMoS II enhet.
Tidigare jämförelser mellan vågbojar och WaMoS II
En studie (Borge, Reichert och Dittmer, 1999) gör en grundläggande och metodisk jämförelse mellan en vågbojs (Directional Waverider) och WaMoS II mätningar av signifikant våghöjd under en viss tidsperiod och samma mätningsförhållanden. Studien får fram en korrelationskoefficient på 0,89, vilket tyder på att mätresultaten överensstämmer relativt bra. Ytterligare en studie som genomför-des 2015 i en kustnära zon i Sicilien (Italien) jämför effektiviteten av X-bandradar med vågbojar under mätningar av vissa oceanografiska parametrar (maximal våghöjd, period, vågriktning och signifikant våghöjd). Denna studie visar att en X-bandradar med databehandlingsutrustning (som WaMoS II) gav liknande resultat som uppmätts med vågbojar (Ludeno m. fl., 2016).
3.5 Livscykelanalys
Livscykelanalys (LCA) är en konventionell metod för uppskattning av produkters miljöpåverkan. LCA definieras som en studie av en produkts miljöpåverkan från att råmaterialet tillverkas, att produkten framställs och används, till att den bortskaffas (Klöpffer och Grahl, 2014, s. 1). I enighet med studiens syfte finns generella miljöpåverkanskategorier att utgå ifrån. Dessa är resursanvänd-ning, mänskliga hälsoeffekter och ekologiska effekter. Exempelvis kan ekologiska effekter innefatta växthuseffekt, försurning, eutrofiering, fotokemisk oxidantbildning, ekotoxiska effekter och effekt på biologisk mångfald.
Med en produkt avses inom LCA både gods och tjänster. Det leder vidare till begreppet ”funktionell enhet” vilket är ett grundläggande uttryck inom LCA. Gods och tjänster kan enkelt jämföras med varandra då de var för sig betraktas som system, på den basis att de har samma funktion och uppfyl-ler samma nytta. Den funktionella enheten utformas efter vad som vill erhållas ur livscykelanalysen (Klöpffer och Grahl, 2014, s. 3). Den beskriver tydligt vad som krävs för att en viss funktion ska erhållas ur en produkt, där exempelvis tjänster i form av underhåll och gods i form av utrustningen i sig kan ingå.
Det är viktigt att specificera begränsningar inom det system livscykelanalysen avser. Systembe-gränsningar måste överensstämma mellan olika system för att rimliga jämförelser ska kunna göras (Klöpffer och Grahl, 2014, s. 29). Till exempel kan en resonabel avgränsning vara att endast vissa delar av underhållet av en produkt prioriteras att undersökas.
En LCA innefattar traditionellt sett kvantifieringar av miljöpåverkan i tydliga enheter. I denna studie används endast principen för LCA för att bedöma de olika teknikernas miljöpåverkan, se 4.4 Teknikernas miljöpåverkan.
4 Metod
För att få förståelse över och jämföra eventuella för- och nackdelar med varje teknik, har olika specifikationer analyserats. Denna studie begränsades till analysen av datatillgänglighet, radartek-nikernas räckvidd (och därmed konduktivitet och isbildning, två faktorer som påverkar räckvidden) samt teknikernas miljöpåverkan och kostnader. I detta avsnitt redogörs metoderna som tillämpades för få fram resultat för de ovannämnda egenskaperna.
4.1 Datatillgänglighet
Att få en tydlig bild på datatillgängligheten för varje teknik är ytterst viktigt när ersättning av befintlig teknik övervägs: hur kommer den nya tekniken att prestera jämfört med den nuvaran-de tekniken? I följannuvaran-de avsnitt beskrivs metonuvaran-den som använnuvaran-des för att unnuvaran-dersöka nuvaran-den nuvarannuvaran-de datatillgängligheten med vågbojen, och uppskatta datatillgängligheten med vågradar.
4.1.1 Nuvarande datatillgänglighet med vågboj
För att utreda nuvarande datatillgänglighet för SMHI:s vågbojar användes dataserier från Finngrun-det, Knolls grund och Väderöarna. Vid dessa positioner används i dagsläget vågbojar för mätning av vågparametrar, och positionerna var därför av intresse. Anledningen till att vågbojen vid Brofjor-den inte ingick i analysen var att Brofjor-den installerades i februari 2017 och har därför inte varit i bruk tillräckligt länge för att ge ett adekvat dataunderlag (SMHI, 2017k). För denna undersökning har datatillgänglighet definierats som hur stor andel av tiden data har kunnat erhållas från respektive position. Exempelvis inverkar isbildning negativt på datatillgängligheten eftersom vågbojarna då inte kan vara i drift.
Den parameter som valdes för utredning av nuvarande datatillgänglighet var signifikant våghöjd, en viktig faktor som påverkar vågradarns prestanda. När vågbojen levererar mätdata för signifikant våghöjd är det rimligt att anta att även övriga parametrar mäts. Av den anledningen bedömdes datatillgängligheten på signifikant våghöjd vara ett generellt mått på datatillgängligheten.
Data på signifikant våghöjd från respektive position samlades in från SMHI:s öppna databas för oceanografiska observationer (SMHI, 2017i). Dataserien som erhölls var timvärden på signifikant våghöjd med varierande tidsperiod för de olika positionerna. I Tabell 2 är mätseriernas tidsperiod specificerade.
Tabell 2. Tidsperiod för mätningarna av signifikant våghöjd, från respektive vågboj. Position Tidsperiod
Finngrundet 2007 - 2015 Knolls grund 2012 - 2016 Väderöarna 2006 - 2016 Huvudskär 2003 - 2016
Vid behandlingen av data valdes en så lång mätserie som möjligt. Datatillgängligheten beräknades som kvoten mellan antal registrerade timvärden i dataserien och totala antalet timmar tidsperioden bestod av. Detta gjordes för årets samtliga månader, vilket gav en bild över hur datatillgänglig-heten historiskt har varierat över året. Vidare beräknades ett värde på hur datatillgängligdatatillgänglig-heten i medeltal sett ut för ett helt år. I dataserierna till varje mätvärde angavs en av tre kvalitetskoder som motsvarade följande:
• Grön (G) = Kontrollerade och godkända värden. • Gul (Y) = Misstänkta eller aggregerade värden. • Orange (O) = Okontrollerade värden.
Endast mätvärden märkta med kvalitetskoden (G) användes för att utvärdera datatillgängligheten. Vidare angavs ”stationen eller givaren ur funktion” som anledning till avsaknad av data.
4.1.2 Uppskattad datatillgänglighet med vågradar
Vågradarsystemens prestanda med avseende på datatillgänglighet uppskattades utifrån ett antal antaganden tillsammans med en analys av olika data. Finngrundet, Huvudskär, Knolls grund och Väderöarna var de positioner varifrån data analyserades. Vid Huvudskär kunde data från en havsboj användas, vilket är anledningen till att denna position var aktuell för utredning av radarsystemens datatillgänglighet. Datatillgängligheten definierades på samma sätt som för vågbojen.
Då vågradar används för mätning av havsparametrar finns ofta faktorer som begränsar tekniken. Vid mätning av signifikant våghöjd med vågradar finns en undre gräns för vilken våghöjd som är mätbar. Denna begränsning skiljer sig något mellan olika radarsystem, men ligger normalt mellan 0,4 - 0,5 m (Sea-Image Corporation, 2016; Helzel Messtechnik, 2017). Av den anledningen under-söktes hur stor del av mätvärdena för signifikant våghöjd som låg inom teknikernas begränsning. För varje position beräknades andelen av varje månad som den signifikanta våghöjden låg inom teknikernas begränsning. Beräkningarna utfördes explicit för begränsningar på 0,4 m och 0,5 m höga vågor. Den data som analyserades för respektive position var samma mätserie som användes vid beräkning av vågbojarnas datatillgänglighet, se 4.1.1 Nuvarande datatillgänglighet med vågboj. Analysen resulterade i hur stor andel av tiden som våghöjderna bedömdes mätbara vid de olika positionerna.
Då isbildning i havsvatten har en betydande effekt på radarsystemens prestanda valdes den att beaktas som ytterligare en begränsning för datatillgängligheten. Även salthalten är en påverkande faktor, men då det inte var möjligt att beräkna hur fluktuationer i konduktiviteten påverkade räck-vidden valdes den att bortses ifrån vid utredningen om datatillgänglighet. Vid närvaro av havsis kan landbaserad radar till skillnad från vågboj fortfarande leverera mätdata, men med försämrad räckvidd som följd. Enligt Kamli, Chavanne och Dumont (2016) förhåller sig den relativa räckvidden för HF-radar till iskoncentrationen enligt Ekvation 8. För att vikta in den försämrade räckvidden vid isbildning i modellen beräknades hur stor del av varje månad iskoncentrationen översteg 30 %. Vid en iskoncentration över 30 % utgör radarns räckvidd mindre än 70 % av räckvidden för isfria förhållanden (Kamli, Chavanne och Dumont, 2016). Den andel av tiden som iskoncentrationen var för hög betraktades som icke mätbar och minskade således datatillgängligheten. Isdata över positio-nerna tillhandahölls av Lars Axell på SMHI efter post-processing och interpolation utförd av Adam Dingwell och Erik Nilsson vid Uppsala universitet (Strömstedt m. fl., 2017). Dataserien spänner över tidsperioden 1980 - 2014 och bearbetningen finns beskriven i Strömstedt m. fl. (2017).
Sammanfattningsvis bygger uppskattningen av datatillgänglighet med vågradar på data över signi-fikant våghöjd och iskoncentration. Figur 6 illustrerar under vilka förutsättningar en vågparameter bedömdes vara mätbar.
Figur 6. Schematisk bild över modellen som användes för uppskattning av vågradarns datatillgänglig-het. I figuren anges vilka förutsättningar som måste vara uppfyllda för att parametern ska bedömas vara mätbar.
Uppskattningen av datatillgängligheten med vågradar baserades på flera antaganden, där de vikti-gaste var:
• Radarsystemen är i drift dygnet runt.
• Våghöjderna är fördelade enligt den data som fanns att tillgå för respektive månad. • Isens inverkan på radarns räckvidd är baserad på ett samband för HF-radar.
4.2 Radarteknikernas räckvidd
En fördel med radarteknikerna är att de möjliggör mätningar över ett stort område. Att undersöka hur teknikernas räckvidd påverkas är av stor betydelse för att kunna avgöra vad som är bäst med avseende på val av plats och frekvens. Det är svårt att ta fram ett exakt samband som relaterar till en exakt siffra för räckvidd, men en jämförelse mellan platsspecifika förhållanden kan göras. På så sätt går det i alla fall att utröna var radarteknik hade presterat bättre eller sämre. I följande avsnitt beskrivs hur analysen av vattnets konduktivitet och isbildning utfördes.
4.2.1 Konduktivitet
För att jämföra konduktivitetsvärden, analyserades salinitetsvärden från Sveriges väst- och östkust. Detta gjordes med hjälp av den data som finns tillgänglig i SMHI:s öppna databas för oceanografiska observationer (SMHI, 2017i). Dock analyserades endast data från Väderöarna och Huvudskär, då det endast är dessa två positioner som har varit i drift under 2000-talet. Det finns över 100 år gam-mal konduktivitetsdata, vilken försummades i händelse av att saliniteten har påverkats något över tiden. Medelvärden togs fram för saliniteten på de olika platserna, med syftet att dessa skulle vara representativa för området i fråga. Så långa mätserier som möjligt användes. Standardavvikelsen för dessa värden togs även fram, och data analyserades för att bedöma om det finns några variationer i salinitet, och huruvida dessa är regelbundna eller inte.
Vattentemperaturer analyserades för de olika platserna för att se hur stor skillnaden är i medelvärde. Jämförelsen grundade sig i att undersöka skillnaden i förhållanden mellan de två olika platserna, och därför bortsåg studien från årstidsvariationer i temperatur och medelvärden användes även för temperaturen.
Ett samband mellan salinitet och konduktivitet togs fram med hjälp av metoden som beskrivs under 3.3.2 Konduktivitet. När detta förhållande var känt kunde en anpassning på sambandet göras, och med hjälp av anpassningens ekvation togs motsvarande genomsnittliga konduktivitet för havsytan fram för motsvarande värden på temperatur och salinitet. När det kommer till tryck, antogs det motsvara ett atmosfärstryck.
Analysen av salinitets- och temperaturdata gjorde det därmed möjligt att jämföra den genomsnitt-liga konduktiviteten vid de olika platserna. Erhållna värden för konduktivitet och salinitet kunde användas för att jämföras med teoretiskt attenuering och räckvidd från tidigare studier, se Figur 14 och Tabell 1. För jämförelse med tidigare studier konverterades konduktivitet från µS/cm till A/V m.
Med hjälp av jämförelsen kan resultatet utgöra ett bedömningsunderlag när det kommer till att besluta huruvida det finns stora skillnader i platsförhållanden som kommer påverka räckvidden på de olika platserna. Vidare, kan jämförelsen utgöra bedömningsunderlag för huruvida dessa skill-nader bör tas hänsyn till vid implementering av radarteknik på någon av platserna. Det är dock svårt att ta fram ett pålitligt samband för de olika teknikerna som relaterar till en exakt siffra för räckvidd. Däremot är det känt att räckvidden till en stor del beror på konduktiviteten i vattnet, och på så sätt går det i alla fall att avgöra vilken eller vilka platser som är mer eller mindre lämpliga.
4.2.2 Isbildning
För att utvärdera hur isbildning påverkar räckvidd användes det samband som har beskrivits i en tidigare studie, vilken tas upp i 3.3.3 Isbildning. Denna studie undersökte hur räckvidden hos olika typer av högfrekvensradar påverkas av isbildning i vattnet.
För att göra en jämförelse med de kustvatten som är relevanta erhölls data för iskoncentrationer för Väderöarna, Knolls grund, Huvudskär, och Finngrundet (Strömstedt m. fl., 2017). Det fanns mätdata tillgängligt för perioden 1980-2014, där data från iskartor interpolerats för att erhålla dag-liga mätintervall. Dessa iskartor ska ha uppdaterats ett par gånger i veckan. För att erhålla en god uppfattning om rådande isförhållandern så medelvärdesbildades värden av iskoncentration för alla dagar av året med hjälp av den data som fanns tillgänglig. Sedan användes det tidigare beskrivna förhållandet från 3.3.3 Isbildning för att få ut motsvarande genomsnittliga relativa räckvidd för eventuell radarteknik på de olika platserna.
Resultatet redovisades genom att visa hur den relativa räckvidden ser ut beroende på isbildningen över ett år med medelvärdesbildade värden för iskoncentrationer, med avseende på de olika platserna. Vidare, redovisades medelvärden för den relativa räckvidden över hela året för de olika platserna i tabellform. Medelvärden för den relativa räckvidden över hela året visas i syfte att belysa hur stor del av året räckvidden påverkas av isbildning, och ska inte förväxlas med ett mått på hur mycket
räckvidden kan påverkas. På detta sätt erhölls en tydlig idé om hur stor del av året isbildning påverkar räckvidden, samt när en eventuell begränsning i fråga skulle vara aktuell.
4.3 Radarsystemens specifikationer och koppling till resultat
I jämförande syfte sammanställdes specifikationer på radarsystemen Sigma s6 WaMos II, CODAR SeaSonde och WERA tillsammans med vågbojen Directional Waverider MkII. Specifikationerna er-hölls från respektive tillverkare och sammanställdes i tabellform. Tabellen gav en bredare överblick radarteknikerna emellan, och även hur dessa stod sig jämfört med den teknik SMHI använder sig av idag. Teknikernas upplösning och noggrannhet är viktiga specifikationer att beakta då data-kvalitet diskuteras, något som underlättades i och med sammanställningen. Vidare kopplades även resultat på uppskattad datatillgänglighet till respektive teknik beroende på aktuell begränsning på signifikant våghöjd. En komponent i uppskattningen av datatillgänglighet var ett samband mellan iskoncentration och relativ räckvidd, ett samband framtaget för HF-radar. Till skillnad från de övri-ga två systemen bygger WaMoS II bygger på X-bandradar, vilket medförde en större osäkerhet vid uppskattningen av datatillgänglighet. Med antagandet att X-band påverkas likvärdigt som HF-radar av isbildning angavs även ett värde på uppskattad datatillgänglighet med WaMoS II.
4.4 Teknikernas miljöpåverkan
För att utvärdera teknikernas miljöpåverkan utvecklades en metod som bygger på principen om hur en LCA fungerar. Betydelsen av begreppen system, produkt, tjänst, gods, funktionell enhet och mil-jöpåverkanskategori lokaliserades i projektet och bygger upp metodens grund. Begreppens betydelse i projektet utreddes noggrant ur miljösynpunkt och begränsningar sattes utifrån projektets mål. Miljöpåverkanskategorin ekologiska effekter och en inblick i kategorin resursanvändning är vad som är prioriterat i undersökningen. Ur detta livscykelanalysperspektiv togs den slutgiltiga metoden för bedömning av miljöpåverkan fram. Metoden går ut på att så noggrant som möjligt utreda de mest betydelsefulla miljöaspekterna under teknikernas tid i drift, vilka är:
• Produktens behov av underhåll
• Produktens behov av service och avstånd till servicecenter • Produktens eventuella avfallsprodukter
• Produktens resursanvändning i form av energi • Produktens livslängd
Produktens behov av underhåll och service och avstånd till servicecenter ingår i miljöpåverkanska-tegorin ekologiska effekter, och undersöktes med avseende på utsläpp av växthusgaser. Underhållet utreddes även med avseende på ekotoxicitet. Med hänsyn till ekotoxicitet undersöktes också produk-ternas avfallsprodukter. Produktens resursanvändning undersöktes med avseende på energiåtgång. Produktens livslängd är viktig att ta hänsyn till eftersom resursanvändning i form av både energi samt material blir betungande om teknikerna har en kort livslängd.
Undersökningen utfördes genom att göra en litteraturstudie samt ta kontakt med lämpliga personer. Den funktionella enheten för vågradarstationen kunde enligt målet för detta projekt beskrivas vara
antalet stationer som behövs för att ersätta ett utvalt antal av SMHI:s vågbojar, utan att kompro-miss sker i för stor utsträckning med datatillgänglighet och datakvalitet. Den funktionella enheten är relevant att ha i åtanke då fördelarna och nackdelarna med en vågboj och en vågradarstation betraktas åt gången. Den totala miljöpåverkan utgörs av det totala antalet vågradarstationer eller vågbojar som krävs.
4.5 Kostnader
För att undersöka vilka kostnader som användandet av vågbojar omfattar kontaktades ansvarig person på SMHI (Udéhn, 2017a). Det förutsattes att dessa kostnader omfattade inköp, drift och underhåll. När detta bekräftats, erhölls samma typ av kostnader för olika radartekniker till den grad det var möjligt från olika källor. Detta involverade korrespondens med olika kommersiella återförsäljare, som erbjöd radarteknikbaserade lösningar. Utöver detta undersöktes tidigare studier som redogör för införskaffandet, samt implementerande av olika tekniker. För att kunna möjlig-göra en jämförelse mellan befintliga vågbojar och olika radartekniker så sammanställdes de olika kostnaderna.
5 Resultat
5.1 Datatillgänglighet
Den förväntade datatillgängligheten under ett år för vågradar uppskattades utifrån data på signi-fikant våghöjd och isbildning vid Finngrundet, Huvudskär, Knolls grund och Väderöarna. Figur 7 visar hur stor andel i medeltal av uppmätt signifikant våghöjd vid de olika positionerna som minst varit 0,4 eller 0,5 m höga. Resultatet visar en likvärdig fördelning för Väderöarna, Knolls grund och Huvudskär, medan Finngrundet hade en något mindre andel mätbara signifikanta våghöjder. För samtliga positioner ökade andelen mätbara våghöjder likartat då begränsningen på våghöjd minskades från 0,5 m till 0,4 m. Denna ökning var 7,4 %, 8,8 %, 8,1 % och 8,3 % enligt ordningen uppifrån och ner i Figur 7.
Fördelning av signifikanta våghöjder 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Mätbar Hs [%] Finngrundet Huvudskär Knolls Grund Väderöarna
Figur 7. Andelen signifikanta våghöjder högre än 0,4 m respektive 0,5 m, det vill säga den del som bedömdes mätbara med vågradar.
Då isbildning viktades in som en faktor med negativ inverkan på datatillgänglighet beräknades tids-andelen då iskoncentration var över 30 %, se Tabell 3. Den största delen av året rådde isförhållanden sådana att koncentrationen inte översteg 30 %. Finngrundet, den nordligaste positionen, var mest begränsad med avseende på isbildning.
Tabell 3. Hur stor del av året i medeltal iskoncentrationen inte överstigit 30 %. Position Tid med iskonc. 30 %
Finngrundet 94,4 % Knolls grund 99,7 % Väderöarna 99,1 % Huvudskär 98,4 %
Genom att undersöka signifikant våghöjd och iskoncentration aggregerat uppskattades datatillgäng-ligheten för vågradar. För samtliga positioner när detta utfördes, exklusive Huvudskär, undersöktes även hur datatillgängligheten för vågbojen sett ut historiskt. Figur 8 visar historisk månatlig data-tillgänglighet med vågboj, samt skattad datadata-tillgänglighet med vågradar vid de olika positionerna.
Skattningen av datatillgänglighet med vågaradar utfördes med två olika begränsningar på signifikant våghöjd, 0,4 och 0,5 m.
Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Månad 20 40 60 80 100 Datatillgänglighet [%] a) Finngrundet Vågboj
Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Månad 20 40 60 80 100 Datatillgänglighet [%] b) Huvudskär
Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Månad 20 40 60 80 100 Datatillgänglighet [%] c) Knolls Grund Vågboj
Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Månad 20 40 60 80 100 Datatillgänglighet [%] d) Väderöarna Vågboj
Figur 8. Datatillgänglighet för vågboj samt uppskattad datatillgänglighet med vågradar. De två kur-vorna för vågradarn motsvarar olika begränsningar på signifikant våghöjd. Vid Huvudskär finns ingen vågboj, utan data är hämtad från en havsboj. Av den anledningen finns ingen kurva för datatillgäng-lighet med vågboj.
Kurvorna i grafen för Finngrundet (Figur 8a) indikerar att vågradar skulle ge en större datatillgäng-lighet än vågboj från januari till april, oavsett om vågradarn begränsas av en signifikant våghöjd på 0,4 eller 0,5 m. Under maj förväntas vågradar med en begränsning på Hs 0,4 m fortfarande leverera mer data än en vågboj. Mellan juni och november är datatillgängligheten med vågboj högre än vågradar, för att sedan vara likvärdig november till december.
Vid Huvudskär finns ingen vågboj. Därav finns endast värden för hur vågradar potentiellt sett skulle prestera vid den positionen. Kurvorna för Huvudskär i Figur 8b visar en liknande trend som de övri-ga platserna visar, men har en minskning i början av året som sedan övergår i maximum i december. I Figur 8c utläses att datatillgängligheten med vågboj vid Knolls grund var konstant hög över hela året, dock med en minskning på omkring 20 % under årets första månader. Vad gäller den skat-tade tillgängligheten för vågradarn följer den vågbojens minskning i början av året och fortsätter att minska till och med maj. Sedan sker en relativt monoton ökning och når maximum i december. Fram till och med oktober är den skattade tillgängligheten för vågradar betydligt lägre än vågbojens. Utifrån grafen över Väderöarna (Figur 8d) konstateras att vågbojens datatillgänglighet under feb-ruari och mars är lägre än den uppskattade tillgängligheten med radar. Likt Finngrundet visar
denna position att en landbaserad teknik ger högre datatillgänglighet de månader det råder risk för isbildning. Från april skedde en större ökning för vågbojens datatillgänglighet för att sedan åter vara likvärdig med vågradarn i oktober.
Från resultatet illustrerat i Figur 8 beräknades även medelvärden på datatillgängligheten, se Tabell 4.
Tabell 4. Medelvärden på datatillgänglighet över ett år för vågboj och vågradar. Vad gäller vågradar anges två värden beroende på begränsning. Huvudskär saknar värde för vågbojen med anledning av att vid den positionen används en havsboj.
Position Vågboj VågradarHs 0.4 m VågradarHs 0.5 m
Finngrundet 72 % 70 % 62 %
Knolls grund 95 % 82 % 73 %
Väderöarna 83 % 83 % 75 %
Huvudskär - 84 % 75 %
Sammanfattningsvis visar resultatet att vid Finngrundet och Väderöarna förväntas de två teknikerna prestera likvärdigt med avseende på datatillgänglighet, om begränsningen är 0,4 m. Vidare bör en vågboj vid Knolls grund ge en betydligt större datatillgänglighet än för vågradar.
5.2 Radarteknikernas räckvidd
5.2.1 Konduktivitet
Mätvärden för salinitet undersöktes över tiden för att utreda om det fanns någon typ av regelbunden variation som skulle kunna vara viktig att förhålla sig till. Figur 9 visar mätningarna vid Väderöarna under 2014, och det syns tydligt att det finns en relativt stor spridning av de olika mätvärdena, men ingen tydlig variation över året. Det verkar inte heller finnas någon regelbunden variation över kortare tidsperioder, så det finns mycket variationen kan bero på. Ytterligare data undersöktes även, vilket visar på liknande platsförhållanden under flera år. Detta gäller både Väderöarna och Huvudskär. Figur 9 utgör ett bra exempel för typisk variation och datatillgänglighet för de båda platserna.
