Værmessig tilgjengelighet og vindforhold for den planlagte Polarsirkelen lufthavn. 27. april 2010

Transkript

1 Værmessig tilgjengelighet og vindforhold for den planlagte Polarsirkelen lufthavn Astrid Holstad Ivar Lie 27. april

2 Innhold 1 Oppsummering 3 2 Innledning 4 3 Observasjonsgrunnlag 4 4 Tilgjengelighetsberegninger Variasjon over månedene og gjennom døgnet Vindforhold Analyse av vindobservasjonene Modellresultater og værsituasjoner Vindstyrkefordeling fra modellkjøringer Turbulens og vertikalvind Utfyllende kommentarer Nedbørsforhold Glatt rullebane Vindforhold sammenliknet med noen mellomstore lufthavner A Figurer 16 2

3 1 Oppsummering I denne rapporten har vi beregnet værmessig tilgjengelighet ved lanlagte Polarsirkelen lufthavn ut fra observasjonene på Steinbekkhaugen og kartlagt vindforholdene både ved hjelp av vindroser og ved hjelp av værmodeller med svært høy oppløsning. Basis for beregningene av den værmessige tilgjengeligheten er minima beregnet fra flyoperative/ flynavigasjons-prosedyrer. Det er gjort beregninger av minima med CRM-metoden for 2.5% stigningsgradient for begge baner og for de aktuelle stigningsgradientene 3% for bane 26 og 4% for bane 08. Det er også gjort beregninger av minima for 2.5% stigningsgradient for bane 26 med missed approach prosedyren og for bane 08 med turning missed approach. RVR er beregnet ut fra EU-OPS etter gamle og nye regler. For de aktuelle stigningsgradientene er tilgjengeligheten ca. 99%. Dette er et høyt tall for værmessig tilgjengelighet. I observasjonsperioden april januar 2010, varierer tilgjengeligheten en del fra måned til måned. Også for samme måned i forskjellige år kan det være betydelig variasjon. Den døgnlige variasjonen er forholdsvis liten. Vi har beregnet årstidsavhengige vindroser fra dataene i observasjonsperioden. Disse viser at vinden på Steinbekkhaugen generelt er svak, det er meget sjelden den er over 10 m/s. Den dominerende vindretning, uansett årstid, er nordøst, men den sterkeste vinden kommer fra sørvest. I kartleggingen av de detaljerte vindforholdene ved lufthavnen har vi tatt for oss tre værsituasjoner som potensielt kan gi vanskelige vindforhold på lufthavnen. De aspektene ved vind forholdene vi har sett på er sidevind, vertikalt vindskjær, vertikalhastighet og turbulent kinetisk energi. Den første værsituasjonen har vind fra vest-nordvest og her kunne Svartisen-området ha forårsaket problematiske vindforhold. Imidlertid er det gunstige vindforhold ved lufthavnen i denne situasjonen. Den andre værsituasjonen har sterk sørvest vind, den sterkeste i observasjonsperioden. Selv om vinden er sterk, er landingsforholdene gode på bane 26, i og med at både sidevind og turbulens ikke byr på problemer. Den tredje værsituasjonen har meget sterk sørøstlig vind og er en situasjonen som bare har forekommet én gang i lpet av de tre siste årene. Imidlertid er sørøstlig vind ikke uvanlig ved lufthavnen slik at vindretningen er relevant. I denne situasjonen er det sterk sidevind, og antakelig problematiske landingsforhold. Ved svakere sørøstlig vind kan en forvente langt mindre sidevind, og derved gode landingsforhold. Ut fraobservasjonene og studien av de potensielt vanskelige værsituasjonene skulle det vre generelt gunstige vindforhold ved den planlagte lufthavnen. Vindforholdene er mer lik de en finner på en innenlands lufthavn enn på en lufthavn ved kysten, og terrengforholdene i området ser ikke ut til å gi turbulens av betydning. Ved å sammenlikne vindrosen for Steinbekkhaugen beregnet for hele observasjonsperioden med tilsvarende for mellomstore lufthavner som Bodø, Evenes og Langnes (samt Stokka og Røssvoll) finner vi at vindforholdene på Steinbekkhaugen er gode. 3

4 2 Innledning I forbindelse med planleggingen av den nye lufthavnen Polarsirkelen lufthavn på Steinbekkhaugen, Mo i Rana, har StormGeo (tidligere Storm Weather Center) hatt i oppdrag for Polarsirkelen Lufthavnutvikling å gjennomføre en analyse av den værmessige tilgjengeligheten for den nye lufthavnen. Analysen baserer seg på observasjoner i perioden 24.april januar 2010 og på resultater fra de flyoperative beregningene, [1]. Den planlagte lufthavnen har bane-retning I tillegg til beregning av værmessig tilgjengelighet, har StormGeo foretatt beregninger av vindforholdene nær lufthavnen, inkludert studier av turbulens, fallvinder og vindskjær (både vertikalt og horisontalt) ved bruk av samme finskala værmodell som benyttet i tidligere studier av vindforholdene ved lufthavner, se for eksempel [2]. En kort beskrivelse av faren for ising på rullebanen er også inkludert. Rapporten er organisert som følger: I kapittel 3 presenterer vi observasjonsgrunnlaget herunder instrumenter, meteorologiske størrelser og observasjonenes regulariteten gjennom observasjonsperioden. Kapittel 4 inneholder resultatene fra beregningen av værmessig tilgjengelighet, inkludert variasjon over månedene og over døgnet. De ulike minima fremkommet i de flyoperative beregningene gir ulik værmessig tilgjengelighet. En ytterlig kompliserende faktor er at kravene til RVR er under endring, noe som også påvirker beregningen av tilgjengeligheten. Vi ønsker således ikke å gi ett bestemt tall for den værmessige tilgjengeligheten, men viser til resultatene og diskusjonen i kapittel 4. Undersøkelsen av vindforholdene finnes i kapittel 5, der vi presenterer årstidsavhengige vindroser og analyserer modellresultatene fra tre konkrete værsituasjoner som potensielt kan gi vanskelige vindforhold på lufthavnen. I siste kapittel Utfyllende kommentarer, kommer vi inn på faren for ising på rullebanen og sammenlikner vindforholdene på planlagte lufthavn med forholdene på Stokka, Røssvoll og mellomstore lufthavner som Bodø, Evenes og Langnes. Alle figurer er plassert bakerst i rapporten. 3 Observasjonsgrunnlag Analysen vi presenterer i denne rapporten tar utgangspunkt i observasjoner fortatt av met.no på Steinbekkhaugen. Dataene er samlet inn og lagres i en database på met.no, og er tilgjengelige for Polarsirkelen Lufthavnutvikling. Følgende instrumenter er benyttet: CBME80A skyhøydelaser som registrerer skybase eller vertikal sikt. FD12P Vaisala forward scattering siktmåler som registrerer horisontal sikt. Gill ultrasonisk vindmåler. PT100 temperatursensor. HMP45D fuktighetsmåler. De meteorologiske størrelsene brukt i beregningen av den værmessige tilgjengeligheten for den planlagte lufthavnen er da: 1. HL, skybase for lave skyer. Dette er den sentrale størrelsen med hensyn til minima. 2. Vz, vertikal sikt. Denne størrelsen blir observert når HL ikke kan observeres. 3. MOR (meteorological optical range), i praksis er dette horisontal sikt. 4

5 4. FF, middelvind og DD, vindretning. Fra disse observasjonene kan en beregne vind-komponenten langs rullebanen, og derfra en første indikasjon på om et fly bør lande/ta av fra bane 08 eller TA, temperatur og UU, relativ fuktighet. Fra disse observasjonene kan en identifisere perioder med fare for glatt rullebane. 6. RVR, rullebane sikt. RVR avhenger av minima og er gitt i EU-OPS, [3]. Observasjonene er tilgjengelige hvert minutt. Ett første punkt i prosjektet var å kvalitetssikre dataene mht. dobbelt- og trippel-registreringer. Noen slike forekomster ble funnet og disse ble korrigert ved at vi tok vare på første registrering og forkastet de øvrige på samme tidspunkt. Tabell 1 viser regulariteten til observasjonene benyttet i analysen per måned i perioden april januar Instrumenter som måler sikt vil naturlig nok ha en begrenset nøyaktighet, ikke fordi instrumentene er lite egnet, men fordi størrelsene som skal måles er vanskelige å definere. Det er for eksempel problematisk å si i hvilken høyde en skybase er. Selv om statistiske teknikker blir brukt ved måling av skybase, vil en ikke få en god nøyaktighet. Ceilometeret oppgis å ha en oppløsning på 10 m, men det betyr ikke at målenøyaktigheten er 10 m. Værforhold som kraftig snøvær eller kraftig regn vil kunne påvirke ceilometeret, men den virkelige sikten under slike værforhold er svært dårlig, slik at instrumentet ikke vil gi uforholdsmessig lave verdier. Uansett nøyaktighet er det lite mening i å ha en oppløsning på mindre enn 10 m (ca. 30 fot) i størrelsene en opererer med. Følgen av dette er blant annet at en endring i minima på noen få fot ikke har noen betydning, ihvertfall ikke hvis tallene skal brukes til å beregne værmessig tilgjengelighet. Instrumentet som beregner horisontal sikt måler vanndråper i luften i et lite volum ved å måle spredningen av en IR-stråle (bølgelengde 875 nm). Nøyaktigheten oppgis å være ca. 5%. Imidlertid er instrumentet sammenlignet med et annet instrument, se [4], hvor nøyaktigheten til instrumentet på Steinbekkhaugen ble anslått til 10%. Opplevd horisontal sikt i en gitt værsituasjon vil sannsynligvis være ulik den målte sikten, men forskjellen er nærmest umulig å kvantifisere. I tillegg kommer at en pilotens opplevde sikt er slant visibility, og den kan være ulik den horisontale sikten. 5

6 Month FF/DD TA UU MOR HL/Vz apr mai jun jul aug sep okt nov des jan feb mar apr mai jun jul aug sep okt nov des jan Tabell 1: Regulariteten til observasjonene (i prosent) benyttet i analysen per måned i observasjonsperioden. Tallene for april 2008 og januar 2010 er lave sidene månedene ikke er komplette. I april 2008 er observasjoner tilgjengelig f.o.m. dag 24 og 21.6% av måneden burde vært dekket. For januar 2010 er observasjoner tilgjengelig t.o.m. dag 18, dvs. 58.1% av måneden. Med unntak av juni og juli 2008, ser vi at hele observasjonsperioden er godt dekket av observasjoner. For disse to månedenes vedkommende mangler data i perioden 27.juni 2008 til 7.juli

7 4 Tilgjengelighetsberegninger Tabell 2 oppsummerer resultatene for minima fra de flyoperative beregningene (for detaljer se [1]). Det er velkjent at RVR avhenger av minima. RVR og denne størrelsens omregning til minimum meteorologiske sikt på dagtid (MOR dag ) og nattestid (MOR natt ) er spesifisert i EU- OPS, [3]: MOR dag = RVR/1.5, MOR natt = RVR/2.0 En kompliserende faktor er at en er i overgang fra et gammelt sett bestemmelser til et nytt og noe strengere sett bestemmelser for RVR(minima). I denne analysen har vi for kompletthets skyld benyttet begge settene, siden vi ikke vet hvor lang tid det vil ta å realisere lufthavnen. I det gamle settet av bestemmelser er det oppgitt følgende RVR(minima): Minima 200 fot, RVR = 550 m. Minima fot, RVR = 650 m. Minima 301 fot og mer, RVR = 800 m. I det nye settet av bestemmelser er RVR(minima) spesifisert i større detalj, og verdiene vi har benyttet er gitt i tabell 3. Bane CRM-metoden TMA, MA 2.5% MAG 3.0% MAG 4.0% MAG 2.5% MAG Tabell 2: Minima (fot) for bane 08 og bane 26 fra de flyoperative beregningene. Minima (fot) RVR (m) Tabell 3: RVR(minima) ifølge de nye bestemmelsene i EU-OPS. Ettersom de to banene har noen ulike minima har vi forsøkt å ta hensyn til dette i tilgjengelighetsberegningene. Prosedyren har vært å beregne retningen på vind-komponenten langs rullebanen. Gitt denne har vi valgt å tilordne observasjonene ved tidspunktene med vestlig vind, samt østlig vind mindre enn 4 m/s til bane 26, observasjonene på de øvrige tidspunktene ble tilordnet bane 08. Resultatet av denne prosedyren ble at 96.7% av observasjonene ble tilordnet bane 26 (banen med laveste minima) og 3.3% ble tilordnet bane 08. Ifølge de flyoperative beregningene er sannsynlig MAG for bane 08, 4%, og for bane 26, 3%. Tabell 4 gir da den årlige værmessige regulariteten funnet ved å kombinere bane 08, 4.0% MAG og bane 26, 3% MAG, gammel og ny RVR(minima) og minima beregnet med CRM-metoden. CRM-metoden resulterte i at begge banene kan antas å ha minima 200 fot. Ny og gammel RVR(minima) er like for dette minima og beregnet tilgjengelighet ble 99.1%. Metode Bane Minima % Tilgjengelighet (fot) gml./ny RVR CRM Tabell 4: Beregnede tilgjengelighet for 4% MAG på bane 08 og 3% MAG på bane 26, gammel og ny RVR(minima). 7

8 Tabell 5 viser de beregnede værmessige tilgjengelighetene i tilfellet 2.5% MAG for begge baner. Tilgjengelighetene er gitt for minima beregnet med CRM-metoden,samt missed approach for bane 26 og turning missed approach for bane 08. Som tabellen viser er CRM-metodens minima for de to banene ulike. Imidlertid, siden observasjonene i hovedsak ble tilordnet bane 26 har denne banens minima størst betydning ved beregning av tilgjengeligheten, som igjen ble 99.1%. For bane 08 gjøres det i de flyoperative beregningene en vurdering av turning missed approach. Denne vurderingen øker minima til 828 fot. Imidlertid, siden så få observasjoner ble tilordnet bane 08 slår denne økningen i minima knappest ut på tilgjengelighetsberegningene. For bane 26 er minima for missed approach funnet å være 625 fot. For et så høyt minima er ny RVR(minima) såpass skjerpet i forhold til gammel RVR(minima) at det reduserer tilgjengeligheten fra 95% til 94.1% for 2.5% stigningsgradient. Beregningene for 2.5% MAG er tatt med for helhetens skyld. Fra et flyoperativt standpunkt er disse tallene litet relevante da det er de høyere stigegradienter, med tilhørende høyere tilgjengelighet, som vil bli benyttet. Metode Bane Minima % Tilgjengelighet (fot) gml. RVR ny RVR CRM CRM Tabell 5: Beregnede tilgjengeligheter for 2.5% MAG, gammel og ny RVR(minima) 8

9 4.1 Variasjon over månedene og gjennom døgnet Variasjonen i værmessig tilgjengelighet over månedene i observasjonsperioden er betydelig. I denne seksjonen diskuterer vi denne variasjonen ved å ta for oss analysen av bane 08, 4% MAG og bane 26, 3% MAG, CRM-metoden. Tabell 6 viser tilgjengeligheten per måned i observasjonsperioden samt i hvilken grad det er skybase, vertikal sikt eller horisontal sikt som bidrar til å redusere tilgjengeligheten. Figur 1 i appendiks viser resultatene i tabellen grafisk. Det nederste panelet på figuren viser også tilgjengeligheten for bane 08 og bane 26 hver for seg. Måned HL<minima Vz<minima MOR<MOR min % Reg apr mai jun jul aug sep okt nov des jan feb mar apr mai jun jul aug sep okt nov des jan Tabell 6: Værmessig regularitet for hver måned i observasjonsperioden, fra analysen av bane 08, 4% MAG og bane 26, 3% MAG, CRM-metoden. Oktober 2009 var en måned med forholdsvis dårlig værmessig tilgjengelighet, 96.1%. Det er av interesse å undersøke hvordan det underliggende datamaterialet er i denne måneden. En ser av tabell 6 og figur 1 at den vertikale sikten betyr mest. så i figur 2 viser vi HL og Vz for oktober Av figuren fremgår det at HL er liten, tildels under 200 fot, noen ganger gjennom månedene. Likeledes for Vz, her ser vi at den vertikale sikten er under 100 fot flere dager i måneden. Disse dataene impliserer at det er perioder med meget lavt skydekke (HL liten), og perioder med tåke eller med skyflak som ligger på bakken (Vz liten). Når Vz er liten viser observasjonene at vinden er som svakest ( ofte 2 m/s og mindre). I tabell 1 ble det vist at tilgangen på observasjoner varierte noe per måned, men var i hovedsak god. Det er således ikke grunnlag for å si at tilgjengelighetstallene for noen måneder er dårligere enn for andre måneder. Observasjonsperioden er 22 måneder og et rimelig spørsmål er hvor representativ perioden er i langtids-sammenheng. Det er vanlig å foreta en såkalt normalårskorrigering av resultatene i observasjonsperioden mot resultater over en lengre tidsperiode, 9

10 slik som vist i [5, kap.3.2]. I dette arbeidet ble det funnet at skyhøyden på Røssvoll i perioden mai april 2009 var større enn i perioden Skyhøyden på Steinbekkhaugen (korrigert for høydeforskjell) følger noenlunde resultatene for Røssvoll. På basis av dette ble tallene for Steinbekkhaugen justert litt ned. Vi finner imidlertid ikke grunn til å korrigere resultatene i observasjonsperioden, blant annet på grunn av: Observasjonene på Steinbekkhaugen og på Røssvoll er gjort på forskjellige måter. Uansett observasjonsmetode kan det være vanskelig å måle skyhøyde. Værmessig tilgjengelighet er ikke bare avhengig av skyhøyde. Et langtidsmiddel gir utilstrekkelig informasjon om tilgjengeligheten i en lengre tidsperiode. Variasjonen, for eksempel uttrykt ved et spredningsmål slik som varians, gir et fyldigere bilde av tilgjengeligheten siden variasjonen fra et år til et annet kan være stor. Se for eksempel forskjellen mellom oktober 2008 og oktober 2009 og mellom desember 2008 og desember Variasjonen av tilgjengeligheten gjennom døgnet er vist på figur 3 for sommer (april - september), vinter (oktober - mars) og totalt for året. Vi ser interessante trekk: På årsbasis er det liten variasjon (ca. 1 % ) gjennom døgnet. Tilgjengeligheten om vinteren er litt dårligere om morgenen og om ettermiddagen enn ellers i døgnet. Tilgjengeligheten om sommeren er i praksis alltid 99 %, og høyest gjennom dagen. Disse resultatene kan tolkes dithen at om vinteren kan det være lave skyer eller tåkeflak om morgenen som forsvinner utover dagen. Den svakt reduserte tilgjengeligheten om ettermiddagen kan muligens skyldes at det dannes lave skyer eller tåke som følge av temperaturfall i fuktig luft som er dannet i løpet av dagen. 5 Vindforhold I denne delen av rapporten analyserer vi vindforholdene ved den planlagte lufthavnen, først med utgangspunkt i observasjonene på Steinbekkhaugen og deretter basert på resultatene fra kjøringer av en værmodell i svært høy oppløsning. Værmodellen er MC2 [6], den samme modellen som vi har benyttet ved evaluering av vindforholdene på en rekke flyplasser, se for eksempel [2]. I prosjektet er modellen kjørt i en nestet konfigurasjon, dvs. i gradvis finere horisontal oppløsning, henholdsvis 3 km, 1 km, 250 m og 75 m, og det er resultatene fra kjøringer med 75 m oppløsning vi presenterer i denne rapporten. En slik oppløsning gjør det mulig å studere alle aspekter ved et vindfelt i detalj hvilket innebærer fordelingen av vindstyrken i området rundt lufthavnen (vindskjær i alle retninger, sidevindskomponent og komponent langs rullebanen), samt forekomst av vertikalhastighet og turbulens. Analysen av observasjonene er statistisk, i dette tilfellet vindroser for hele eller deler av observasjonsperioden. I modellstudien derimot, analyserer vi spesifikke værsituasjoner som inneholder vindforhold som kan være vanskelige for lufthavnen. Værsituasjoner med svake vinder er det liten mening i å analysere, der vet en at vindforholdene ved lufthavnen er gode. Potensielt vanskelige værsituasjoner forekommer forholdsvis sjelden, og vi har derfor funnet det nyttig å kommentere forekomsten av den enkelte spesifikke værsituasjon. 10

11 5.1 Analyse av vindobservasjonene For observasjonsperioden 24.april januar 2010 har vi analysert vinddataene i form av vindroser og tilhørende frekvens-tabeller. Dette tilsvarer det som er gjort i [5], men perioden vi har data for er en del lengre. Forøvrig samles data stadig inn på Steinbekkhaugen, nå i regi av Avinor og met.no. Figurene 4, 5, 6 og 7 viser vindrosene for henholdsvis vintermånedene (desember-februar), vårmånedene (mars-mai), sommermånedene (juni-august) og høstmånedene (september-november). Tabellene 7, 8, 9 og 10 gir den samme informasjonen i tabell-form. Tabellene har blanke felter når frekvensene er mindre enn , dvs. en halv promille. For alle årstider ser en at vinder fra nordøst dominerer, selv om bildet om sommeren viser mer vind fra sørvest. Vinden er svak nesten uansett hvilken retning den kommer fra, vindstyrke mindre enn 4 m/s dominerer totalt. I slike tilfeller har en mulighet til å velge bane fritt. Vi ser av tabellene at vinden nesten aldri en mer enn 10 m/s, og de få gangene den er det, er retningen i hovedsak sørvest. Landing på bane 26 skulle derfor være bra, ihvertfall med hensyn til sidevind. Ved å studere figurene i detalj kan en finne flere ulikheter mellom årstidene, for eksempel mellom vinter og høst. En skal imidlertid være varsom med å trekke for bastante konklusjoner mht. årstidsvariasjon da observasjonsperioden ikke nødvendigvis er representativ for vindvariasjonen gjennom årstidene over lang tid. Det kan også stilles spørsmål ved, om det er nyttig med noen langtids-statistikk overhode. Variasjonene fra år til år kan være store, og det er variasjonene som har betydning. Figur 8 og tabell 11 viser vindrosen og tilhørende tabell for vindkast i hele observasjonsperioden. Vi ser at vindkast større enn 10 m/s kan forekomme fra alle retninger unntatt nord-sektoren, men hyppigheten av slike vindkast er liten. De sterkeste vindkastene kommer fra sørvest og vest. Det er uklart hvordan vindkast kan påvirke forholdene ved lufthavnen siden observasjonene ikke sier noe om varigheten og frekvensen av forholdsvis kraftige vindkast. 5.2 Modellresultater og værsituasjoner Modellresultater er approksimasjoner av virkeligheten, og en kan derfor ikke trekke altfor bastante konklusjoner av resultatene alene, de må suppleres med observasjoner. Imidlertid er observasjoner forholdsvis lokale, og modellresultater må derfor også tolkes med bruk av fysisk innsikt og generell kunnskap om geofysisk fluid-dynamikk. Resultatene fra en værmodell foreligger som tredimensjonale felter, og med tiden som den fjerde dimensjon. Visualisering av slike felter er ikke direkte enkelt, og i denne rapporten har vi valgt å lage vertikalsnitt langs med og på tvers av rullebanen på et gitt tidspunkt. Alle vertikalsnitt vi viser er 1600 m høye. Størrelsene vi fokuserer på er vindkomponentene på tvers av, og langs med rullebanen, vertikalhastighet og turbulent kinetisk energi (TKE). Ved valg av værsituasjoner for modellkjøring har vi lagt vekt på situasjoner som er potensielt problematiske for lufthavnen. Således er værsituasjonene dimensjonerende, men ikke typiske. De valgte værsituasjonene er: Den 12.februar 2008 er vinden i området rundt lufthavnen vest-nordvest. Situasjonen er interessant på grunn av eventuelle påvirkninger fra fjellene oppstrøms (Svartisen-området). Vind fra vest-nordvest forekommer ikke så ofte i området, men ofte nok til at en slik værsituasjon er viktig å studere. I situasjonen den 24.februar 2008 er det sterk sørvestlig vind. Dette er en fremherskende vindretning for sterk vind, og den valgte situasjonen er den som hadde sterkest sørvestlig vind i

12 Den tredje værsituasjonen er 5.januar 2008 med meget sterk sørøstlig vind, opp i storm styrke relativt nær bakken. I dette tilfellet er vinden knyttet til tømming av et reservoar med kald luft i innlandet på grunn av et forholdsvis sterkt vindfelt fra et lavtrykk som kom inn fra sørvest. Situasjonen er interessant på grunn av sidevindsaspektet og mulig effekt av terrenget oppstrøms. Luften er meget kald slik at en kan få fallvinder. Det er verdt å merke seg at en slik værsituasjon er svært sjelden, for eksempel bare én gang vinteren 2007/2008. De to påfølgende vintrene er det ingen situasjon av denne typen. Imidlertid er sørøst vind ikke uvanlig om vinteren, for eksempel var det lange perioder i januar og februar 2010 med tildels sterk sørøstlig vind. Således er situasjonen 5.januar 2008 ikke atypisk, men vindstyrken er svært høy. 5.3 Vindstyrkefordeling fra modellkjøringer Vi ser først på værsituasjonen den 12.februar 2008 med vest-nordvest vind. Figurene 9 og 10 viser vindkomponenten henholdsvis langs med og på tvers av rullebanen i et vertikalsnitt langs rullebanen. Vinden er jevn over hele rullebanen og vindskjæret er lite. Det skulle være gode forhold for landing fra øst. Værsituasjoner med vest-nordvest vind gir, kanskje noe uventet, sannsynligvis gode forhold ved lufthavnen. Vinden observert på Steinbekkhaugen er ca. 10 m/s fra vest. Det samme ble registrert på MOLAB, slik at lufthavnen synes ikke å være mer eksponert for vestavind enn nede i byen. Værsituasjonen den 24.februar 2008 har sterk sørvestlig vind, m/s på Steinbekkhaugen. Modellert vindretningen er den samme (ca. 240) i hele området, og landing fra øst skulle derfor være uproblematisk. Figurene 11 og 12 viser vindkomponenten henholdsvis langs med og på tvers av rullebanen. Komponenten langs med rullebanen er forholdsvis stor og skjæret nær bakken er kraftigere enn i forrige værsituasjonen. Sidevindskomponenten er 5-6 m/s i østre del av rullebanen og derfor ikke problematisk selv i en værsituasjon med så sterk vind. Den tredje værsituasjonen er sørøst-situasjonen den 5.januar 2008, og her er det viktig å studere sidevindskomponenten. Figur 13 viser således denne i et vertikalsnitt på tvers av rullebanen, nær den østre enden. Den kraftige fallvinden ned fra Mofjellet er tydelig, likeledes le-bølgen som gjør at vinden avtar fort når den nærmer seg rullebanen. Det er et typisk lavt vindmaksimum, men slike le-bølger har ikke stor virkning i form av turbulens. Figur 14 viser sidevindskomponenten i et vertikalsnitt langs rullebanen. Vi ser at sidevinden er sterk over hele rullebanen og at de største verdiene er i øst. Det er verdt å minne om at værsituasjonen den 5.januar 2008 hadde spesielt stor vindstyrke, og at slike situasjoner ikke opptrer hvert år. Det kan likevel være nyttig å finne ut hvordan forholdene ved lufthavnen kan være under forhold med sørøst vind, noe som kan gjøres ved å nedskalere vindhastighetene i figurene. Vindkomponenten langs med rullebanen i et vertikalsnitt langs rullebanen er vist i figur 15. Denne komponenten er liten generelt, men litt større i øst. Landing fra vest (bane 08) er derfor gunstigst, gitt at sidevindskomponenten er akseptabel. 5.4 Turbulens og vertikalvind Turbulens har ingen omforent definisjon. Her betrakter vi de tre ovennevnte værsituasjonene med hensyn på vertikalhastighet (som er ICAO s definisjon av turbulens), og TKE som er et uttrykk for energien i småskala-variasjonen i vinden. 12

13 I situasjonen den 12.februar 2008 er det ubetydelig vertikalhastighet i området rundt lufthavnen. TKE er også liten, se figur 16 som viser TKE i et vertikalsnitt på tvers av rullebanen nær den østlige enden. En ser at det er lite TKE relativt nær bakken. Gitt et så svakt felt bør ikke modellert TKE betraktes som helt pålitelig. Erfaringsvis gir modellen (MC2) en litt høyere TKE enn det som virkelig er tilfelle, mens fordelingen i rommet er realistisk. I situasjonen 24.februar 2008 med sterk sørvestlig vind, er også både vertikalhastigheten og TKE små. En illustrasjon på dette er figur 17 som viser vertikalhastigheten i et vertikalsnitt langs rullebanen. Sørvest er den fremherskende vindretningen for den sterkeste vinden ved lufthavnen, og selv om vinden er sterk er vindfeltet snilt. Årsaken er antakeligvis at det er liten terrengføring av vinden siden atmosfæren er ustabil nærmest bakken i dette tilfellet. (Ustabil atmosfære betyr at luftens tetthet varierer lite med høyden i et sjikt av atmosfæren. Under slike forhold beveger luften seg lett vertikalt og selv i komplisert terreng impliserer dette små vertikalhastigheter og lite vertikalt vindskjær.) I situasjonen den 5.januar 2008, var vindfeltet meget sterkt, og vi kunne forvente at både vertikalhastigheten og TKE ble stor. Imidlertid viser figur 18 at vertikalhastigheten ikke er stor. Årsaken er nok le-bølgen som ble vist i figur 13. TKE derimot, har høye verdier i området rundt lufthavnen, bortsett fra nær bakken over rullebanen, se figur 19. Årsaken til de store verdiene av TKE er sannsynligvis det kraftige vindskjæret som ble vist i figur 13. Ved svakere sørøstlig vind vil det neppe være så stor terrengføring av vinden. Dette betyr at en, uttrykt ved vindstyrken langs med og på tvers av rullebanen, vil ha en situasjon som likner den som var 12.februar En kan forvente at både vertikalhastighet og TKE er små. 6 Utfyllende kommentarer I denne seksjonen beskriver vi værforhold som ikke omfattes av siktforhold eller et detaljert studium av vindforholdene ved en lufthavn, det vil si nedbørsforhold, fare for ising på rullebanen, og en sammenlikning med vindforholdene på noen mellomstore lufthavner i Nord-Norge. 6.1 Nedbørsforhold Snøfall kan forårsake både nedsatt sikt og snø som legger seg på rullebanen og derved gir glatt bane. Nedbørsforhold (mengde og type) er ikke kartlagt i detalj ved planlagte lufthavn, så vurderingene må bli kvalitative. Kraftige snøbyger, for eksempel knyttet til polare lavtrykk eller kraftig pålandsvind, forekommer langt oftere på kysten enn i innlandet der lufthavnen er tenkt lokalisert. Langnes er for eksempel kjent for kraftige snøbyger, mens på Værnes er det sjelden. Det snør selvsagt i Rana-området også, men intensiteten er ikke så stor som på kysten. Et eksempel er 9.mars 2010, da det var mange kanselleringer i Bodø på grunn av kraftig snøvær. Ifølge opplysninger fra personell i tårnet på Røssvoll [7], var det forholdsvis lette snøbyger i Rana-området om formiddagen, som gikk over til mer sammenhengende snø av moderat intensitet utover dagen. Det var ingen kanselleringer på Røssvoll på grunn av forholdene der, men kanselleringer på grunn av forholdene ved andre lufthavner i Nord-Norge. 6.2 Glatt rullebane I operasjon av en lufthavn under vinterforhold må en, generelt sett, ta i betraktning værforhold som kan gi glatt rullebane. Slike værforhold er for eksempel: 13

14 Snø eller slaps som ikke er fjernet fra rullebanen. Vann som fryser på rullebanen. Rim-ising. Underkjølt regn eller regn på kald bakke. Det har vært foretatt detaljerte undersøkelser av hva slags type ising som gir liten friksjon på en rullebane. Imidlertid er det vanskelig å knytte de forskjellige typer ising-/friksjons-problemer til bestemte værforhold, siden friksjon også avhenger av andre størrelser enn været, for eksempel temperaturen i rullebanen og hvordan brøyting er utført. Polarsirkelen lufthavn vil kunne ha temperaturer ned mot -20 grader om vinteren, samtidig som lavtrykk i Norskehavet kan bringe forholdsvis varm luft inn over området etter en kuldeperiode. En slik situasjon kan bidra til at kald rullebane utsettes for regn som fryser på bakken, eventuelt rim-ising. Observasjonene på Steinbekkhaugen er for lite omfattende til å kunne gjøre en god analyse av faren for glatt rullebane. Observasjoner som ville vært nyttige er nedbør-type og intensitet, stråling og informasjon om temperaturen i den planlagte rullebanen, noe som er umulig. Vi har derfor foretatt en analyse basert på kun temperatur (TA) og relative fuktighet (UU). Gitt disse to størrelsene kan en beregne doggpunkts-temperaturen T d. Det er fysisk fornuftig at når doggpunkts-avstanden TA T d er liten og temperaturen TA er under frysepunktet, er det forhold som tilsier fare for rim-ising eller frysing av vann på rullebanen, eventuelt nedbør som snø. Figur 20 viser T d TA og TA for månedene november 2008 til februar Vi ser at i noen perioder er forholdene slik at ising er mulig, for eksempel 22.november 2008 og i begynnelsen av februar Vi understreker imidlertid at disse beregningene kun gir antydning om mulig ising på rullebanen. Det kreves en mer inngående analyse basert på flere typer observasjoner for å kunne gjøre en bedre jobb. 6.3 Vindforhold sammenliknet med noen mellomstore lufthavner For å gi en vurdering av vindforholdene på Steibekkhaugen i forhold til andre lufthavner, finner vi det naturlig å sammenlikne med nærliggende lufthavner. Figur 21 viser vindstyrken ved Stokka, Bodø lufthavn, Røssvoll og Steinbekkhaugen i oktober Vi ser at vindstyrken på Steinbekkhaugen og Røssvoll er betydelig mindre enn både på Stokka og Bodø. Selv i de tilfellene hvor vindstyrken er opp i mot 20 m/s på Stokka og Bodø er vindstyrken på Steinbekkhaugen bare såvidt over 5 m/s. Steinbekkhaugen synes således å ha gode vindforhold selv i perioder der lufthavnene på kysten har vanskelige forhold eller forhold der en ikke kan lande. Vindroser kan også benyttes for å sammenlikne vindforholdene på ulike lufthavner. Figurene 22, 23 og 24 viser vindrosen for henholdsvis Bodø, Evenes og Langnes i observasjonsperioden til Steinbekkhaugen. Tilsvarende vindrose for Steinbekkhaugen selv finnes i figur 25. Informasjonen i vindrosene er også tilgjengelig i tabellform, se tabellene 12, 13, 14 og 15. Legg merke til at skalaen i figurene og tabellene er forskjellige: For Steinbekkhaugen er maksimal vind i intervallet [10-12] m/s, mens for Bodø, Evenes og Langnes er maksimal vind i intervallet [18-20] m/s, men vinden kan være sterkere enn 20 m/s. Forskjellen i skala reflekterer vindforholdene (vindstyrken) på de respektive lufthavnene. Observasjonene på Steinbekkhaugen er hvert minutt, mens for de andre lufthavnene er datagrunnlaget times-observasjoner. Imidlertid skulle ikke denne forskjellen bety noe nevneverdig for en sammenlikning. Det bør gå klart frem av overnevnte figurer (og tabeller) at vindforholdene på Steinbekkhaugen er gunstige i forhold til Bodø, Evenes og Langnes. 14

15 Referanser [1] R.Grimsrud et al.: Polarsirkelen Airport, Norway - ILS Feasibility Study Runway 08 and 26, version 2.0, 11.January [2] A.Holstad, I.Lie: Simulation of wind conditions for Hammerfest airport in connection with the accident 1 May, 2005, Storm Report vol.4, no.3, 2006, Storm Weather Center, Bergen. [3] [4] H.I.Bloemink et al.: Recent Research on Meteorological Observations and Instrumentation at KNMI, AMS Conference Paper , American Meteorological Society, [5] K.Harstveit : Steinbekkhaugen - Værmålinger, met.no report no. 10/2009, Climate, Norwegian Meteorological Institute, 24.September [6] R.Benoit et al.: The Canadian MC2: a semi-lagrangian semi-implicit wide-band atmospheric model suited for fine scale process studies and simulation, Mon.Wea.Rev., 125(1997), pp [7] Personlig meddelelse fra tårnet på Røssvoll, 16.mars

16 A Figurer % / / / / / / / / / / /2010 hl<minima vz<minima vmor<min_vmor % / / / / / / / / / / /2010 reg_26 reg_08 reg Figur 1: Øverst: Månedlig variasjon av HL<minima, Vz<minima, MOR<MOR min i observasjonsperioden. Nederst: Månedlig variasjon av regulariteten for bane 08, bane 26 og gjennomsnittlig i observasjonsperioden. 16

17 HL (ft) VZ (ft) October 2009 Figur 2: HL og Vz for oktober

18 % % day hour hl/vz<minima, summer hl/vz<minima, winter hl/vz<minima, annual day hour reg_summer reg_winter reg_annual Figur 3: Øverst: Diurnal variasjon av HL<minima, Vz<minima, MOR<MOR min, for sommer, vinter og årlig. Nederst: Diurnal variasjon av regulariteten for sommer, vinter og årlig. 18

19 0-2 m/s 2-4 m/s 4-6 m/s 6-8 m/s 8-10 m/s m/s Figur 4: Vindrose for vintermånedene (desember-februar) i hele observasjonsperioden. sektor-senter 0-2 m/s 2-4 m/s 4-6 m/s 6-8 m/s 8-10 m/s > 10 m/s Tabell 7: Vindfordeling på sektorer og vindstyrker i vintermånedene (desember-februar) i hele observasjonsperioden. 19

20 0-2 m/s 2-4 m/s 4-6 m/s 6-8 m/s 8-10 m/s m/s Figur 5: Vindrose for vårmånedene (mars-mai) i hele observasjonsperioden. sektor-senter 0-2 m/s 2-4 m/s 4-6 m/s 6-8 m/s 8-10 m/s > 10 m/s Tabell 8: Vindfordeling på sektorer og vindstyrker i vårmånedene (mars-mai) i hele observasjonsperioden. 20

21 0-2 m/s 2-4 m/s 4-6 m/s 6-8 m/s 8-10 m/s m/s Figur 6: Vindrose for sommermånedene (juni-august) i hele observasjonsperioden. sektor-senter 0-2 m/s 2-4 m/s 4-6 m/s 6-8 m/s 8-10 m/s > 10 m/s Tabell 9: Vindfordeling på sektorer og vindstyrker i sommermånedene (juni-august) i hele observasjonsperioden. 21

22 0-2 m/s 2-4 m/s 4-6 m/s 6-8 m/s 8-10 m/s m/s Figur 7: Vindrose for høstmånedene (september-november) i hele observasjonsperioden. sektor-senter 0-2 m/s 2-4 m/s 4-6 m/s 6-8 m/s 8-10 m/s > 10 m/s Tabell 10: Vindfordeling på sektorer og vindstyrker i høstmånedene (september-november) i hele observasjonsperioden. 22

23 0-2 m/s 2-4 m/s 4-6 m/s 6-8 m/s 8-10 m/s m/s Figur 8: Vindrose for vindkast i hele observasjonsperioden. sektor-senter 0-2 m/s 2-4 m/s 4-6 m/s 6-8 m/s 8-10 m/s > 10 m/s Tabell 11: Vindfordeling på sektorer og vindstyrker for vindkast i hele observasjonsperioden. 23

24 Figur 9: Vest-nordvest tilfellet 12.februar 2008: Vindkomponenten langs med rullebanen i et vertikalsnitt langs rullebanen. Sett fra nord og litt ovenfra. Isolinjer for 5 m/s, 7.5 m/s, 10 m/s osv. Figur 10: Vest-nordvest tilfellet 12.februar 2008: Sidevindskomponenten i et vertikalsnitt langs rullebanen. Sett fra nord og litt ovenfra. Isolinjer for 5 m/s, 7.5 m/s, 10 m/s osv. 24

25 Figur 11: Sørvest-tilfellet 24.februar 2008: Vindkomponenten langs med rullebanen i et vertikalsnitt langs rullebanen. Sett fra nord og litt ovenfra. Isolinjer for 5 m/s, 7.5 m/s, 10 m/s osv. Figur 12: Sørvest-tilfellet 24.februar 2008: Sidevindskomponenten i et vertikalsnitt langs rullebanen. Sett fra nord og litt ovenfra. Isolinjer for 5 m/s, 7.5 m/s, 10 m/s osv. 25

26 Figur 13: Sørøst-tilfellet 5.januar 2008: Sidevindskomponenten i et vertikalsnitt på tvers av rullebanen, sett fra øst. Isolinjer for 5 m/s, 7.5 m/s, 10 m/s osv. Figur 14: Sørøst-tilfellet 5.januar 2008: Sidevindskomponenten i et vertikalsnitt langs med rullebanen, sett fra nord. Isolinjer for 5 m/s, 7.5 m/s, 10 m/s osv. 26

27 Figur 15: Sørøst-tilfellet 5.januar 2008: Vindkomponenten langs med rullebanen i et vertikalsnitt på langs med rullebanen, sett fra nord. Isolinjer for 5 m/s, 7.5 m/s, 10 m/s osv. 27

28 Figur 16: Vest-nordvest tilfellet 12.februar 2008: Turbulent kinetisk energi på tvers av rullebanen, sett fra øst. Isolinjer for 1 m 2 /s 2, 2 m 2 /s 2,..., 5 m 2 /s 2. Figur 17: Sørvest-tilfellet 24.februar 2008: Vertikalhastigheten i et vertikalsnitt på langs med rullebanen, sett fra nord. Isolinjer -1.0 m/s, -0.5 m/s, 0 m/s, 0.5 m/s og 1.0 m/s. 28

29 Figur 18: Sørøst-tilfellet 5.januar 2008: Vertikalhastigheten i et vertikalsnitt langs med rullebanen, sett fra nord. Isolinjer for -2 m/s, -1 m/s, 0 m/s, 1 m/s og 2 m/s. Figur 19: Sørøst-tilfellet 5.januar 2008: Turbulent kinetisk energi i et vertikalsnitt på langs med rullebanen, sett fra nord. Isolinjer for 5 m 2 /s 2, 7.5 m 2 /s 2, m 2 /s 2. 29

30 0 degc / / / / / dptemp-temp 06/ / / / Temp 0 degc / / / / / dptemp-temp 07/ / / / Temp Figur 20: Observert temperatur og differansen mellom doggpunkts temperaturen og den observerte temperaturen i perioden november, februar, Tidspunkter der doggpunktsavstanden er liten og temperaturen er under 0, antyder fare for ising. 30

31 25 20 wind (m/s) /10 03/10 05/10 07/10 09/10 11/10 13/10 15/10 bodo sandnessjoen rossvol steinbekkhaugen wind (m/s) /10 17/10 19/10 21/10 23/10 25/10 27/10 29/10 31/10 bodo sandnessjoen rossvol steinbekkhaugen Figur 21: Vindstyrken i oktober 2008 for Sandnessjøen lufthavn Stokka, Bodø lufthavn, Røssvoll og Steinbekkhaugen. 31

32 0-2 m/s 2-4 m/s 4-6 m/s 6-8 m/s 8-10 m/s m/s m/s m/s m/s m/s N W 0.05 E S Figur 22: Vindrose for Bodø lufthavn, for hele observasjonsperioden til Steinbekkhaugen. 0-2 m/s 2-4 m/s 4-6 m/s 6-8 m/s 8-10 m/s m/s m/s m/s m/s m/s N W 0 E S Figur 23: Vindrose Evenes lufthavn, for hele observasjonsperioden til Steinbekkhaugen. 32

33 0-2 m/s 2-4 m/s 4-6 m/s 6-8 m/s 8-10 m/s m/s m/s m/s m/s m/s N W 0 E S Figur 24: Vindrose Tromsø lufthavn Langnes, for hele observasjonsperioden til Steinbekkhaugen. 33

34 sektor (senter) 0-2 m/s 2-4 m/s 4-6 m/s 6-8 m/s 8-10 m/s m/s m/s m/s m/s m/s N ( 0) NNE ( 30) ENE ( 60) E ( 90) ESE (120) SSE (150) S (180) SSW (210) WSW (240) W (270) WNW (300) NNW (330) Tabell 12: Vindfordeling på sektorer og vindstyrker for Bodø lufthavn, for hele observasjonsperioden til Steinbekkhaugen. 34 sektor (senter) 0-2 m/s 2-4 m/s 4-6 m/s 6-8 m/s 8-10 m/s m/s m/s m/s m/s m/s N ( 0) NNE ( 30) ENE ( 60) E ( 90) ESE (120) SSE (150) S (180) SSW (210) WSW (240) W (270) WNW (300) NNW (330) Tabell 13: Vindfordeling på sektorer og vindstyrker for Evenes lufthavn, for hele observasjonsperioden til Steinbekkhaugen.

35 35 sektor (senter) 0-2 m/s 2-4 m/s 4-6 m/s 6-8 m/s 8-10 m/s m/s m/s m/s m/s m/s N ( 0) NNE ( 30) ENE ( 60) E ( 90) ESE (120) SSE (150) S (180) SSW (210) WSW (240) W (270) WNW (300) NNW (330) Tabell 14: Vindfordeling på sektorer og vindstyrker for Tromsø lufthavn Langnes, for hele observasjonsperioden til Steinbekkhaugen.

36 0-2 m/s 2-4 m/s 4-6 m/s 6-8 m/s 8-10 m/s m/s N W E S Figur 25: Vindrose for Steinbekkhaugen, hele observasjonsperioden. sektor-senter 0-2 m/s 2-4 m/s 4-6 m/s 6-8 m/s 8-10 m/s > 10 m/s Tabell 15: Vindfordeling på sektorer og vindstyrker for Steinbekkhaugen i hele observasjonsperioden. 36