Aschewolken-Prognosen: Informationen vom Ausbruchsort entscheiden

Wie weit zieht die Aschewolke eines Vulkanausbruchs? Und wie stark bedroht sie die Flugsicherheit? Diese Fragen und die mit ihnen verbundenen Unsicherheiten führten im April 2010 nach dem Ausbruch des Vulkans Eyjafjallajökull zu einem europaweiten Flugverkehrs-Chaos. Jetzt haben Forscher Ausbreitungs-Simulationen mit verschiedensten Messwerten verglichen und die Quelle des Problems ausfindig gemacht: zu wenig Informationen vom Ausbruchsort. Denn das Wissen um die Höhe der Eruptionswolke sowie die genauen Partikelgrößen und -konzentrationen am Ausbruchsort sind mitentscheidend für die Qualität der Ausbreitungsprognose.

Nach dem Ausbruch des Eyjafjallajökulls im April/Mai 2010 hatten die Behörden sicherheitshalber große Teile des europäischen Luftraumes gesperrt, was in der ersten Woche zu mehr als 100.000 ersatzlos gestrichenen Flügen geführt hatte. Das entstandene Verkehrschaos hatte heftige Kritik bei Fluggesellschaften und Passagieren ausgelöst, da sich die Behörden dabei lediglich auf Ausbreitungsmodelle gestützt hatten. Auch beim Ausbruch des isländischen Vulkans Grimsvötn im Mai 2011 gab es kurzzeitige Sperrungen des Luftraumes, die sich auf die Modelle des Volcanic Ash Advisory Centre (VAAC) in London stützten. Die Qualität solcher Ausbreitungsmodelle ist daher von großer

Bedeutung für den Luftverkehr.

Simulation und Messwerte im Vergleich

Im Gegensatz zu Sandstaub kann die Vulkanasche in den Triebwerke moderner Flugzeuge schmelzen und diese dabei ernsthaft beschädigen. Aus Sicherheitsgründen wurden daher Grenzwerte für die Konzentration der Asche festgelegt: Bei Konzentrationen unter 200 Mikrogramm pro Kubikmeter Luft wird davon ausgegangen, dass kein Risiko für den Flugverkehr besteht. Ab Konzentrationen von 2000 Mikrogramm pro Kubikmeter ist der Flugverkehr dagegen verboten. Ausbreitungsmodelle müssen daher nicht nur den Weg und die Geschwindigkeit der Aschewolke vorhersagen, sondern auch die Konzentration der Aschepartikel.

Forscher des Leibniz-Institutes für Troposphärenforschung (IfT), der Universität Leeds und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) haben nun die Ascheausbreitung für die Tage zwischen dem 14. und 18. April 2010 simuliert. Als Eingabedaten dienten unter anderem Satellitendaten zur Bestimmung der Höhe der Vulkanaschewolke sowie Ergebnisse von Flugzeugmessungen des DLR zur Größenverteilung der Aschepartikel. Die Modellergebnisse wurden mit verschiedensten Messwerten aus Europa verglichen. Darunter befanden sich auch Messwerte des Leipziger Lidars am IfT, das mit Hilfe eines Laserstrahls die Aschewolke über Leipzig untersuchen konnte.

Konzentrations-Prognosen zu ungenau

„Dabei zeigte sich, dass die zeitliche und räumliche Ausbreitung in den Modellen gut funktioniert, aber die Prognosen über die Konzentration der Aschepartikel noch ungenau sind“, erklärt Ina Tegen vom

Institut für Tropsphärenforschung. Aus Sicht der Wissenschaftler liegt das vor allem an den Eingangsdaten. Sind die Aussagen über die Höhe des Vulkanausbruchs oder die Partikelkonzentrationen am Ausbruchsort nicht ausreichend bekannt, dann setzen sich diese Fehler in der Prognose fort und können zu ungenauen Beurteilungen über die Sicherheit der Flugzeuge in der Luft führen.

Da sich die Asche in verschiedenen Luftschichten je nach Höhe unterschiedlich ausbreiten kann, werden auch Informationen gebraucht, in welche Höhen der Vulkan welche Aschemengen schleudert. Für die Troposphärenforscher war der Ausbruch des Eyjafjallajökulls eine Gelegenheit, das Wissen über die Ausbreitung von Staubpartikeln in der Atmosphäre zu verbessern, denn diese winzigen Partikel sind nicht nur von Bedeutung für das Klima, sondern können auch vielfältige Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit haben. Die gewonnenen Erkenntnisse könnten die Modelle in Zukunft verbessern und damit auch die Genauigkeit der Vorhersage der Aschekonzentration bei künftigen Ausbrüchen. (Atmospheric Environment, 2011; DOI: 10.1016/j.atmosenv.2011.05.021)

(Leibniz-Institut für Troposphärenforschung, 31.05.2011 – NPO)