Millä todennäköisyydellä eri jääluokkiin kuuluvat alukset juuttuvat jäihin arktisilla merialueilla?

Tilastotieteilijät laskivat todennäköisyyksiä, joilla eri jääkategorioihin kuuluvat alukset juuttuvat jäihin matkatessaan Pohjoisella Jäämerellä. Tiedot auttavat arktisen meriliikenteen riskien arvioinnissa.
Eri jääkategorian aluksia jäänmurta Kontion avaamalla väylällä. Kuva: Arctia Ltd.

Aluksen jääluokka vaikuttaa ratkaisevasti siihen, miten todennäköisesti se juuttuu jäähän. Suurin vaara on huonoimman jääluokan aluksilla, joita jäihin juuttuu vuosittain useita.  Kuva: Arctia Oy.

Äskettäin Cold regions science and technology-lehdessä julkaistun tutkimuksen tulokset auttavat turvallisempien merikuljetusten suunnittelua ja öljyonnettomuuksien ennaltaehkäisyä.  Meriliikenteen säätelevät viranomaiset hyötyvät tuloksista, koska tutkimus antaa tietoa säädösten ja lainsäädännön pohjaksi. Kattava laskelma auttaa kuljetusreittejä suunnittelevia varustamoita.

Öljytankkerit yleistyvät Koillisväylällä

Koillisväylä on yhä houkuttelevampi reitti öljynkuljetuksille ja tavarankuljetuksille Venäjältä ja Aasiasta Eurooppaan ja liikenteen odotetaan kasvavan siellä, kun ilmasto lämpenee.

koillisväylän liikennemäärien kehitys vuosina 2013-2017

Kuva 1. Koilisväylän laivaliikenteen kehitys vuosina 2013-2017 jaoteltuna kolmen jääkategorian laivojen (A paras ja C huonoin) ja avoimen sekä jääpeitteisen matkan mukaan. Lähde Vanhatalo et al. 2021. 

Talvella meri on edelleen umpijäässä, eikä sinne ole alimpien jääkategorioiden aluksilla asiaa ilman jäänmurtajan apua. Keväällä ja kesälläkin alukset voivat juuttua jäähän, jolloin kuljetus viivästyy. Pahimmillaan jäät voivat painaa laivan karille kohtalokkain seurauksin.

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

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

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

Jäätilanne pohjoisilla merireiteillä

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

A-jääkategorian laivojen todennäköisyys jäädä jumiin jäihin viidellä Karanmerellä kulkevalla laivareitillä eri vuodenaikoina.

Kuva 2. Parhaan eli A-jääkategorian laivojen todennäköisyys jäädä jumiin jäihin viidellä Karanmerellä kulkevalla laivareitillä eri vuodenaikoina. Luvut kuvaavat kiinnijäämistodennäköisyyttä 5 km matkalla. Vanhatalo et al. 2021.

 

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

Kiinnijäämistodennäköisyys kasvaa sitä suuremmaksi mitä pidempään laivat kulkevat jäiden peittämällä alueella ja on huomattavasti suurempi isoilla kuin pienillä jääkonsentraatioilla (Kuva 3). Eri jääluokkien laivojen väliset erot ovat myös huomattavat. Parhaan eli A-luokan aluksien todennäköisyys juuttua jäihin 3000 merimailin matkalla (NM) 90-100 prosentin jääkonsentraatiossa on vain 0.04. Vastaavasti B-luokan aluksen todennäköisyys on 7.5 kertaa suurempi eli 0.3 ja C-luokan aluksen todennäköisyys on 22.5 kertaa suurempi eli 0.9.

Jäähän juuttumisen todennäköisyys suhteessa matkan pituuteen ja aluksen jääluokkaan.

Kuva 3. Jäihin kiinnijäämistodennäköisyys etäisyyden ja jääkonsentraation (musta = 90-100 prosenttia ja harmaa = 60-70 prosenttia) mukaan kategorioiden A-C (A paras ja C huonoin) laivoille. Jatkuvat viivat kuvaavat todennäköisyyttä ja katkoviivojen väliin jäävä alue kuvaa todennäköisyyteen liittyvää tiedollista epävarmuutta. Lähde Vanhatalo et al. 2021.

 

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

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

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

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

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

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

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

Lisätietoja:

Apulaisprofessori Jarno Vanhatalo
Sähköposti: jarno.vanhatalo@helsinki.fi
Puhelin: +358 503175494