IRO-2 Joint project description

The project IRO-2 Eisvorhersage und Eis-Routen-Optimierung (Ice Forecast and Route Optimization) will be funded by German Federal Ministry of Economics and Technology (BMWI) for the period 2011 - 2014. It is a joint project encompassing seven project partners under the leadership of HSVA - The Hamburg Ship Model Basin.

IRO-2

Bedingt durch den Klimawandel, globale Erwärmung, haben nicht nur die Ausdehnung, das Volumen und die Dicke des Eises in der Arktis stark abgenommen, sondern es hat sich auch das Verhältnis zwischen einjährigem und mehrjährigem Eis dramatisch verändert.  Diese Entwicklung begünstigt nicht nur die Nutzung der nördlichen Seewege, North-West-Passage und Northern-Sea-Route, als kürzester Verbindung von Europa oder Nord-Amerika nach Ost-Asien, sondern auch die Gewinnung und den Abtransport von Rohstoffen aus der Arktis. Das wirtschaftliche und sichere Befahren der nördlichen Seewege sowie der Abtransport von Rohstoffen aus und die Versorgung von arktischen Häfen mit Gütern auch in Monaten mit leichten Eisverhältnissen erfordert eine verlässliche und sowohl zeitlich als auch örtlich hochaufgelöste Eisvorhersage sowie eine sich hierauf stützende optimierte Routenberatung.

Um die Voraussetzungen für eine derartige Dienstleistung zu schaffen, hat sich eine Gruppe aus Forschungseinrichtungen sowie kleinen und mittleren Unternehmen, KMUs, zusammengefunden,
um in diesem Forschungsvorhaben die bei Ihnen vorhandenen Methoden und Verfahren zur Eisvorhersage und Routenoptimierung zu verfeinern und verbessern Die geplante Eisvorhersage basiert auf der Verbesserung und Optimierung vorhandener ozeanographischer, meteorologischer Vorhersagemodelle und deren Zusammenführung zu einem übergreifenden Eisvorhersagesystem. Hierbei soll vor allem die flächenhafte Auflösung von etwa 10x10 km auf 2.5x2.5 km erhöht werden. Als Eingangsdaten für die Modelle werden Satelliten- und In-situ-Daten in einem neu entwickelten Assimilations- und Vorhersageverfahren verwendet. Das vorhandene Navigationsmodell wird bezüglich seiner Vorhersagefähigkeit in deformiertem Eis, Presseisrücken und Packeis, verbessert, die Routenberatung wird weiter optimiert und auf aktuelle Datenauswertung umgestellt. Die Resultate der Eisvorhersage sowie der Routenvorschlag werden in international üblichen Formaten, S-57, zur Verfügung gestellt, die eine ECDIS-konforme Darstellung ermöglichen. Der Vorhersagezeitraum soll 3-5 Tage betragen, und die Informationen sollen alle 6 Stunden erneuert werden.

Im dritten Jahr des Forschungsprojektes wird dieses gekoppelte operationelle Eisvorhersage- und Eisnavigationssystem mit all seinen Komponenten auf Funktionalität und Praxistauglichkeit getestet. Diese Prüfung erfolgt auf drei verschiedene Arten:

1. Durch Hindcast Berechnungen, in denen das System mit Daten gefüttert wird von denen das Ergebnis bekannt ist.
2. Auf einer Forschungsreise mit einem eisgängigen Schiff in dem Seegebiet zwischen Spitzbergen und Franz-Josef-Land. Diese Reise wird über die Universität Hamburg aus dem Etat Hamburger Schiffsbetriebsmittel finanziert. Die Hamburger Schiffsbetriebsmittel werden den Hamburger Meeresforschern für Schiffscharterungen vom Land Hamburg zur Verfügung gestellt und über die Universität verwaltet.
3. Als Beta-Test durch direkte Anwender, Reedereien, auf Schiffen die in eisbedeckten Gebieten navigieren und ihre Erfahrungen mit dem System an das Konsortium weitergeben.

Auf der Basis der Testergebnisse soll dann untersucht werden, inwieweit die in diesem Verbundvorhaben entwickelte Eis-Routen-Optimierung und Eisvorhersage den Transport auf den nördlichen Seewegen sicherheitstechnisch und wirtschaftlich verbessert hat. Weiter soll geprüft werden, ob das entwickelte System bereits Marktreife erreicht hat, um es über eine zu gründende  Verwertungsgesellschaft zu vermarkten, oder ob weitere Entwicklungsschritte vor der Markeinführung notwendig sind.

Für das Verbundvorhaben IRO-2 hat sich ein Konsortium aus sieben Partnern gebildet, die beim PTJ, Berlin, eigenständige Förderanträge für ihr jeweiliges Teilprojekt eingereicht haben.
Diese Partner sind:

• Hamburgische Schiffbau-Versuchsanstalt GmbH (HSVA)
• Universität Hamburg, Institut für Meereskunde (IfM) und Meteorologisches Institut (MI)
• Universität Bremen, Institut für Umweltphysik (IUP)
• Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung, Bremerhaven (AWI)
• FastOpt GmbH, Hamburg
• O.A.Sys GmbH, Hamburg
• Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH), Hamburg

Die sieben Verbundpartner werden in Ihrer Arbeit beraten durch einen internationalen Technisch-
Wissenschaftlichen Beirat (TWB), der aus 12 Mitgliedern mit Expertisen aus unterschiedlichen
wissenschaftlichen und nautisch-technischen Disziplinen besteht. Der TWB tagt
2-mal jährlich und wird durch den Verbundprojektkoordinator über den Arbeitsfortschritt im
Projekt informiert. Er gibt sich einen Koordinator, der die Verbindung zu der Kerngruppe der
Verbundpartner herstellt. Die Mitglieder des TWB sind nachfolgend gelistet:

• Prof. S. Løset, NTNU - Norwegian University of Science and Technology
• J. Berger, IMPaC Offshore Engineering GmbH
• J. Dennin, GL - Germanischer Lloyd SE
• Dr. R. Döscher, SMHI - Swedish Meteorological and Hydrological Institute
• Dr. A. Gürtner, Statoil ASA
• G. Rosenhagen, DWD - Deutscher Wetterdienst
• G. Schulte, Nordic Yards Wismar GmbH
• N. Geier, Transas Marine GmbH
• D. Hosseus, Verband Deutscher Reeder
• Dr. M. Boche, Reederei F. Laeisz GmbH
• C. Schulz, Phoenix Reederei Bereederungs GmbH & Co. KG
• K. Küper, Briese Schiffahrts GmbH & Co. KG

IRO-2 OASys contribution

As part of the joint project IRO-2 OASys works on the following topics: Integration eines Meereisvorhersagesystems mit einem hochauflösenden, variationellen Datenassimilationssytems und Validierung des Gesamtsystems (Integration of a sea-ice forecasting system with a high resolution variational data assimilation system and validation of the full system).

Für den ökonomischen und sicheren Rohstoffabbau und für eine ökonomische und sichere Navigation durch das Eis sind hochwertige Prognosen über die Umweltbedingungen inklusive der Eisverhältnisse von entscheidender Bedeutung. Derartige Prognosen werden mithilfe numerischer Simulationsmodelle erstellt, die ausgehend von einem optimierten Anfangszustand das arktische Meereis-Ozean-System errechnen. Die Qualität der Vorhersage hängt dabei neben der Güte der atmosphärischen Antriebsdaten von zwei Faktoren ab: von der Güte des Anfangszustandes sowie der Qualität des Vorhersagemodelles. Die Bestimmung des Anfangszustands ist insbesondere bei Kurzfristvorhersagen auf Zeitskalen von Tagen bis Wochen von entscheidender Bedeutung. In diesem Teilvorhaben wird in enger Zusammenarbeit mit anderen Verbundpartnern ein auf dem gekoppelten Meereis-Ozeanmodell NAOSIM basierendes Assimilationssystem (ICEDAS) entwickelt. ICEDAS wird auf die für die Eisnavigation wichtigen zeitlichen und räumlichen Skalen zugeschnitten und optimiert die Anfangszustände von Eis und Ozean. Hierbei werden vielfältige Fernerkundungs- und In-situ Daten, die den Zustand des Eis-Ozean Systems abbilden, mithilfe der variationellen Methode assimiliert. Des Weiteren beinhaltet ICEDAS ein auf NAOSIM basierendes Vorhersagesystem (ebenfalls an die Notwendigkeiten dieses Projektes angepasst). Das Gesamtsystem ICEDAS wird validiert und von Verbundpartnern im Laufe des Projektes entwickelte verbesserte Modellparameterisierungen und neu entwickelte Module werden in ICEDAS eingepflegt und getestet.