Matematiske modeller som hjelpemiddel innen havbruksnæringen. Strømmodellering Dag Slagstad, Øyvind Knutsen Ingrid Ellingsen og Anna Olsen SINTEF Fiskeri og havbruk Trondheim Strømmodellering. Trondheim 9. september 2010 1
Oversikt Historikk og litt om matematisk modellering MODS-prosjektet. Møre-Trøndelag (Høyoppløste modeller, smittespredning, vannslektskap) Eksempler og Noen animeringer av partikkelspredning fra anlegg på i Trøndelag
Historikk 1975. Havbiomodeller. Økosystemmodell for Barentshavet 1986-87. Utvikling av 3D hydrodynamisk modell (USA) 1990-årene. Flere EU- og Forskningsrådsprosjekter 2000 Klimaeffekter blir viktig Havbruk Stadig kraftigere datamaskiner gir muligheter for høyere romlig oppløsning
The SINMOD Basic Model Components CO 2 - system Air-sea flux Zooplankton Phytoplankton Fish and other predators Atmospheric forcing Hydrodynamics Flow Temperature Salinity Ice. Fresh water run-off Nutrients
Nordic Seas Surface currents Red: Atlantic Water Warm, high S Blue: Arctic Water Cold, low S Green: Norwegian Coastal Water Low S, influenced by the Baltic Sea M: Weathership M Skjoldal et al. 2004 5
Krefter som påvirker havstrømmer: Primære krefter: Vind Trykkrefter fra tetthets gradienter og overflatehevning Astronomiske krefter fra sol og måne Sekundære eller indirekte krefter Coriolis Bunnfriksjon Bunntopografi 6
Romlig fordelte modeller Eksempel fra 20 km
Modellområde storskala modell (20 km) 8
Simulert overflatestrøm. Storskala modell (20 km) Hvert 2. gridpunkt er vist 9
Overflatestrøm. 800m modell Hvert 4. gridpunkt vist 10
M 2 Nordsjøen 11
Nordsjøen. M 2 Amplitude-fase
M 2 amplitude langs norskekysten 13
Sea surface temperature outside Northern Norway Red: warm water Blue: Colder water
Progressivt vektordiagram for observasjoner og modell for en periode på 223 dager i 2007 15
Noen konklusjoner Gjennomsnittelig modellert (800m) i øverste laget (ca 60m) u-komponent var 81% av observert v-komponenten var 62% av observert Modellert strømfarten 97% av observert De viktigste tidevannskomponentene ble realistisk reprodusert i simuleringene, selv om alle var sterkere i modellen enn i observasjonene. Økt modelloppøsning reduserer avviket mellom målinger og modell vesentlig 16
Integated primary production 2005 [gc m -2 ]
Bruk av matematiske modeller innen havbruk Matematiske modeller er et verktøy for beregning av Smittespredning Vannutskifting Bærekapasitet Effektstudier f. eks effekter av næringssaltutslipp Utprøving av nye konsepter. f. eks integrert havbruk
SINMOD; et 3D koblet hydrodynamisk og biologisk modellsystem SINMOD er et 3D modellsystem som kobler fysiske og biologiske prosesser i havet. Det har vært under utvikling og blitt brukt ved SINTEF i over 20 år. SINMOD er etablert med høy oppløsning på 800 x 800 m langs hele norskekysten fra Stad og nordover. I prosjektet MODS settes modellen opp med 160 m horisontal oppløsning for Møre og Romsdal og trøndelagsfylkene. 19
SINMOD; forenklet modellstruktur Atmosfæriske drivkrefter, elver Hydrodynamikk (Strøm, temperatur, saltholdighet) Fisk og andre predatorer Zooplankton Phytoplankton Blåskjell Tare Partikkelmodell (lus, sykdommer) Næringssalt Utslipp fra fiskeoppdrett 20
Modellen gir blant annet følgende miljøinformasjon i flere dyp Strøm Hydrografi (saltholdighet, temperatur) Spredning av lakselus og virus Egne modeller for lakselus (utvikling og vertikaladferd) og virus (halveringstid) Denne informasjonen kan blant annet brukes til å vurdere gjennomstrømning for enkelte lokaliteter. Resultatene fra smittemodellene analyseres for å vurdere smittefare mellom ulike lokaliteter. 21
MODS Modellering av strøm og smittespredning for kystområdene i Møre og Romsdal, Nord Trøndelag og Sør Trøndelag Brukte SINMOD med 160 m oppløsning Simuleringen ble gjennomført for 2008 Prosjektet ble finansiert av de involverte fylkeskommunene og det resterende ble dekket av oppdretterne ut i fra antall konsesjoner. Oppdretterne er koordinert gjennom Havbrukstjenesten AS. 22
SINMOD; modellområder Horisontal oppløsning 20 x 20 km 4 x 4 km 0.8 x 0.8 km 0.16x 0.16 km 23
Simulert overflatesaltholdighet North Atlantic Current Salinity 34.2 34.4 34.6 34.8 35 Norwegian Coastal Current 24
Romlig oppløsning på 160m Trøndelag og Møre og Romsdal er delt i 7 områder med 160 m oppløsning 25
Månedsmidddel av overflatestrøm Mai 2008 Oktober 2008
Lakselusmodell Partikler slippes fra alle anlegg. Vertikal fordeling. Hvis S<25, vandring nedover Hvis dybde>30m, vandring mot overflata. Utvikling avhenger av temperatur (Amundrud og Murray, 2008) τ = + 2 [24.79 /( T 10 24.79 0.525)] ( døgn) Infektive periode kan så beregnes 27
Modellområde Sør-Trøndelag (sør) FroS Hitra 28
Sør-Trøndelag (sør) Antall anlegg: 103 29
Animasjon. Partikkelspredning fra 3 lokaliteter. Mai 2008 30
Maksimal bunnstrøm 8-21 mai 2008.
Søt-Trøndelag (nord) Halten Osen Åfjorden 32
Sør-Trøndelag (nord) Antall anlegg: 23 33
Animasjon. Partikkelspredning fra 3 lokaliteter. Juni 2008 34
Nord-Trøndelag 35
Nord-Trøndelag Antall anlegg: 66 36
Animasjon. Partikkelspredning fra 3 lokaliteter. April 2008 37
Oppsummering Simulert transport viser stor spredning Interaksjonsnettverk er beregnet Trenger mere validering. Hvor nær virkeligheten er strømmodelleringene? Sannsynligvis er det størst gevinst ved å forbedre de biologiske modellene (lakselus og virus). Er 2008 et representativt år? 38