Characterising turbulent ship wakes from an environmental impact perspective

Doctoral thesis, 2023

Världens hav, och speciellt kustnära områden, är intensivt trafikerade av fartyg. Alla dessa fartyg påverkar den marina miljön via luftutsläpp till atmosfären, utsläpp av olika föroreningar till vattnet, och fysisk påverkan genom tillförsel av energi. Av dessa olika typer av påverkan, så har tillförseln av energi från fartyg studerats minst. Det gäller framför allt påverkan från fartygsinducerad omblandning i kölvattnet (turbulenta vaken), vilken genereras av friktion från skrovet och propellern, och kan bestå i upp till 15 minuter. Den turbulenta vaken kan påverka hur föroreningar sprids, gasutbytet mellan hav och atmosfär, den kan utsätta plankton för fysisk påverkan, och kan potentiellt påverka lokal biogeokemi genom en ökad vertikal omblandning och uppblandning av näringsrikt djupvatten. För att uppskatta dessa olika typer av påverkan, så krävs förståelse för hur den turbulenta vaken utvecklas över tid och hur vaken interagerar med ett skiktat ytvattnet. Att karaktärisera den turbulenta vakens utveckling i tid och rum är dock komplicerat, speciellt under skiktade förhållanden, och kräver ett tvärvetenskapligt tillvägagångssätt.

Syftet med denna avhandling är att öka förståelsen för den turbulenta vakens utveckling utifrån ett miljöpåverkansperspektiv. Vakens intensitet, samt utveckling i tid och rum, har studerats genom en kombination av in situ och ex situ observationen, och beräkningsströmningsdynamik (CFD) modellering av fartyg i verklig skala. Det unika datasetet av hundratals in situ observationer av den turbulenta vaken, visade stor variation av utbredning i tid och rum, samt intensitet. Vakar kan nå ner till 30 m djup och den turbulenta intensiteten i vakområdet närmast fartyget är 1–3 storleksordningar större än vad som vanligtvis uppmäts i den övre delen av vattenmassan. Under skiktade förhållanden så orsakar den turbulenta vaken uppblandning av djupare vatten vid språngskiktet, vilket lokalt kan påverka ytvattnets närsaltstillförsel och primärproduktion. Utöver detta, så har fartyg observerats att frekvent inducera stora utsläpp av metan i en kustnära farled.

Resultaten presenterade i denna avhandling, belyser vikten av att inkludera fartygsinducerad turbulens i marin miljöförvaltning. Kustnära områden med intensiv fartygstrafik bör anses vara utsatta för mänsklig påverkan, och onaturliga med avseende på turbulens. Det interdisciplinära arbetssätt som används, är ett första steg mot en holistisk bedömning av miljöpåverkan från den turbulenta fartygsvaken.