Radarsatellieten van ESA bewijzen dreiging van monstergolven

Als gevolg van zwaar weer zijn in de laatste twintig jaar ruim tweehonderd mammoettankers en containerschepen van meer dan 200 meter gezonken. Verondersteld wordt dat in veel van die gevallen torenhoge golven de belangrijkste oorzaak waren.

De verhalen van de overlevenden van dit soort confrontaties met de elementen zijn opmerkelijk. Zo kruiste in februari 1995 het cruiseschip de Queen Elizabeth II het pad van een 29 meter hoge golf tijdens een orkaan op de Noord-Atlantische Oceaan. Kapitein Ronald Warwick zag "een enorme muur van water... het was alsof we tegen de krijtrotsen van Dover aanliepen".

En eind februari, begin maart 2001 werden in een week tijd van twee doorgewinterde cruiseschepen - de Bremen en de Caledonian Star - de ramen van de brug verbrijzeld door dertig meter hoge golven op de Zuid-Atlantische Oceaan. De Bremen dreef vervolgens twee uur stuurloos en met uitgevallen motor rond.

"Dat gebeurde op nog geen duizend kilometer van elkaar," aldus Wolfgang Rosenthal, wetenschappelijk hoofdmedewerker bij het GKSS Forschungszentrum GmbH, in het DuitseGeesthacht, die al jaren onderzoek doet naar monstergolven. "Op de Bremen viel de elektronische apparatuur volledig uit en het schip kwam evenwijdig aan de golven te liggen. De bemanning verklaarde achteraf dat ze, tot de elektronica het weer deed, dachten dat hun laatste uur geslagen had.

"Met wat minder geluk hadden zij het niet naverteld, want gemiddeld verdwijnen er elke week twee grote schepen in de golven. Desondanks wordt de oorzaak nooit zo grondig onderzocht als bij een vliegramp. Het wordt gewoon toegeschreven aan 'slecht weer'."

Olieplatforms hebben het ook moeten ontgelden: op 1 januari 1995 werd het Draupner-boorplatform in de Noordzee geraakt door een golf die volgens aanwezige laserapparatuur 26 meter hoog was en werd omgeven door golven van hooguit 12 meter.

Objectieve radargegevens van dit en andere platforms - die van het Goma-olieveld in de Noordzee wijzen bijvoorbeeld op 466 botsingen met torenhoge golven in twaalf jaar - hebben voorheen skeptische wetenschappers overtuigd. Volgens hun statistieken zouden dermate grote afwijkingen van de omringende zee slechts eens in de tienduizend jaar moeten voorkomen.

De ontdekking dat deze golven in feite betrekkelijk vaak voorkomen had grote gevolgen op veiligheids- en financieel gebied, aangezien schepen en booreilanden berekend zijn op golven van niet meer dan 15 meter.

In december 2000 is de Europese Unie het wetenschappelijk project MaxWave gestart. Het doel van dit project is te bevestigen dat deze golven wijdverbreid voorkomen, de oorzaken ervan na te trekken en de gevolgen voor de ontwerpeisen van schepen en platforms op zee te bestuderen. In het kader van MaxWave werden ESA's ERS-radarsatellieten om te beginnen ingezet om monstergolven wereldwijd in kaart te brengen.

"Zonder de luchtopnames van radarsensoren was het ons nooit gelukt iets te vinden," aldus Rosenthal, die de leiding had over het driejarige MaxWave-project. "We waren altijd volledig aangewezen op radargegevens van booreilanden. We wilden dus van meet af graag met ERS werken."

ESA's aardobservatiesatellieten ERS-1 en ERS-2 - respectievelijk in juli 1991 en april 1995 gelanceerd - zijn beide voorzien van een Synthetic Aperture Radar (SAR) als belangrijkste instrument.

De SAR kent diverse modi; boven de oceaan staat de radar in de golfmodus en maakt dan om de 200 km deelopnamen van 10 bij 5 km van het zeeoppervlak.

Van die deelopnamen worden vervolgens via mathematische omzetting gedetailleerde overzichten van de gemiddelden van golfenergie en richting gemaakt, de zogenaamde oceaangolfspectra. Deze spectra worden door ESA algemeen beschikbaar gesteld en staan weercentra ten dienste bij het opstellen van nauwkeuriger modellen voor het voorspellen van het weer op zee.

"Hoewel de deelopnamen in hun ruwe vorm niet beschikbaar worden gesteld, bieden zij met hun resolutie van tien meter volgens ons op zich al een schat aan nuttige informatie," aldus Rosenthal. "De spectra van oceaangolven leveren gegevens op over de gemiddelde zeeconditie, maar de deelopnamen tonen de afzonderlijke golfhoogtes, ook de voor ons interessante uiterste waarden.

"ESA leverde ons de gegevens van drie weken - zo'n 30.000 afzonderlijke deelopnamen - verzameld in de periode waarin de Bremen en de Caledonian Star in noodweer terechtkwamen. De beelden werden in het Duitse Luchtvaartcentrum (DLR) na verwerking gescand op extreem hoge golven."

Ondanks de betrekkelijk korte periode waarop de gegevens betrekking hebben, constateerde het MaxWave-team meer dan tien afzonderlijke monstergolven van ruim 25 meter hoog verspreid over de wereld.

"Nu is aangetoond dat zij bestaan en vaker voorkomen dan gedacht, is de volgende stap na te gaan of we ze kunnen voorspellen," vervolgt Rosenthal. "MaxWave is eind vorig jaar formeel afgesloten, maar op tweeërlei terrein vindt momenteel vervolgonderzoek plaats: het verbeteren van scheepsontwerpen door te kijken naar hoe schepen ten onder gaan, en het onderzoeken van meer satellietgegevens om te weten of voorspelling mogelijk is."

Bij een nieuw onderzoeksproject, WaveAtlas, worden de over een periode van twee jaar gemaakte ERS-deelopnamen gebruikt om een wereldatlas van monstergolven te maken en statistisch onderzoek te doen. Hoofdonderzoeker is Susanne Lehner, Associate Professor aan de faculteit Applied Marine Physics van de University of Miami, die in het DLR ook al meewerkte aan MaxWave, en Rosenthal is co-onderzoeker.

"Als je de deelopnamen doorneemt, krijg je het gevoel dat je vliegt, want je kunt de zeeconditie volgen vanuit de baan van de satelliet," zegt Lehner. "Je kunt er ook andere zaken op zien, zoals drijfijs, olievlekken en schepen, dus er is ook belangstelling vanuit andere onderzoeksterreinen.

"Alleen radarsatellieten kunnen dit soort algemene overzichtsgegevens verzamelen die nodig zijn voor statistisch onderzoek van de oceanen, want anders dan hun optische tegenhangers kunnen zij door wolken en in het donker zien. Bij storm zijn radarbeelden daarom de enige belangrijke informatie die beschikbaar is."

Er zijn inmiddels al enkele patronen ontdekt. Monstergolven zijn vaak te vinden op locaties waar gewone golven oceaanstromingen en rotatiebewegingen, zogenaamde “eddies”, samenkomen. De kracht van de stroming zorgt voor een concentratie van de golfenergie, waardoor de golven aanzwellen - door Lehner vergeleken met een optische lens waardoor energie in een beperkt gebied wordt samengebracht.

Dat geldt met name voor de beruchte Agulhas-stroming voor de oostkust van Zuid-Afrika, maar monstergolven zien we op soortgelijke manier ook elders ontstaan, zoals in de Noord-Atlantische Oceaan, waar de Golfstroom inwerkt op golven afkomstig van de Labrador Zee.

Uit de gegevens blijkt echter dat het fenomeen zich ook voordoet waar geen stroming is, veelal in de buurt van hoge- of lagedrukgebieden. Als een hardnekkige storm uitmondt in een wind die meer dan twaalf uur aanhoudt, dan kunnen monstergolven ontstaan wanneer de snelheid van de golven precies gelijk is aan die van de wind - gaan de golven te hard, dan verdwijnen ze voor de storm uit, gaan ze te langzaam, dan blijven ze bij de storm achter.

"We kennen sommige van de oorzaken van monstergolven, maar niet allemaal," zegt Rosenthal ter afsluiting. Het WaveAtlas-project loopt nog tot het eerste kwartaal van 2005.