UiO - Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Blir det sikrere askevarsling etter neste vulkanutbrudd?

Del

På Bali er 30.000 mennesker evakuert, og flyplassen måtte stenge i tre dager etter at et vulkanutbrudd har skapt store askeskyer. Siden utbruddet på Island i 2010 har det vært jaktet på bedre måter å forutsi og vurdere innholdet i skyene på. – Det gikk raskere å lage et godt askevarsel enn jeg først hadde trodd, sier Birthe Steensen ved Meteorologisk institutt.

Husker du årets ord i 2010? ”Askefast” var på alles lepper i forbindelse med at flytrafikken over Europa ble lammet etter vulkanutbruddet ved Eyjafjallajökull på Island. I mai 2011 kom utbruddet fra Grimsvötn, Islands mest aktive vulkan, som medførte 900 kansellerte flygninger. I 2014 var det Bárðarbungas tur. Og nå vulkanen Agung på Bali.

Fram til hendelsene i 2010 og 2011 var det strenge regler som satte stopp for flygninger hvis aske ble observert i et luftområde. Fordi Eyjafjollajökull-utbruddet varte så lenge, ble kostnadsnivået og antallet kansellerte flygninger høyt. Dermed oppsto det diskusjoner om regler og restriksjoner for luftfarten, og det ble tatt initiativ til mer presise askevarslingssystemer.

Internasjonalt blir askeovervåkningen styrt fra ni sentre, som har delt verdens luftrom mellom seg. Sentrene kalles Volcanic Ash Advisory Centers, forkortet VAAC. Disse hadde fram til 2010 lite erfaring med omfattende, langvarige askeutslipp, og det fantes lite informasjon om sammenhenger mellom askemengder og farenivå.

Bedre askevarsling

– De tegnet rette streker på kartet rundt det området der de mente det var en askesky, og i praksis var det flyforbud for jetfly innenfor disse områdene, forteller Birthe Steensen.

– Før 2011 hadde ikke disse varslene sammenheng med hvor høye askekonsentrasjoner det var i lufta, de baserte seg kun på om det var gjort observasjoner eller ikke. Flere lands nasjonale luftfartsmyndigheter ønsket derfor å bygge opp egen kompetanse som et supplement til VAAC-sentrene.

Dette var også bakgrunnen for at Meteorologisk institutt og Norsk Institutt for Luftforskning (NILU) satte i gang et samarbeidsprosjekt for bedre askevarsling i 2013, med støtte fra Avinor og Samferdselsedepartementet. Birthe Steensen ble sterkt delaktig i askeprosjektet. Doktorgraden hennes ved Institutt for geofag ved UiO tar utgangspunkt i nettopp dette.

Steensen er oppvokst i Horten, der det er et aktivt seilermiljø. Seiling er en væravhengig sport. Birthe Steensen begynte å seile allerede som syvåring, så hun ble tidlig opptatt av skyer og vindretninger. Natur og naturfag ble hovedinteresser. Da hun skulle velge studieretning, ble meteorologi det naturlige valget.

Hun tok mastergrad i meteorologi ved Universitet i Bergen. I januar 2011 begynte hun å jobbe i en prosjektstilling på Meteorologisk institutt i en avdeling som forsker på luftforurensning. Da var det bare gått et drøyt halvår etter at vulkanutbruddet ved Eyjafjallajökull hadde lammet flytrafikken i Europa.

Usikkerhet i varslene

– Spørsmålet var hvordan vi kunne få en oversikt og forhåpentligvis redusere usikkerheten i varslene. Denne typen varsling er svært utfordrende fordi den involverer mange usikre faktorer. Jeg jobbet mye med å legge inn satellittobservasjoner av askeskyer i spredningsmodellen. Eksempelvis er det mulig å måle konsentrasjon av aske i lufta fra satellitt, men ikke under alle forhold, forklarer Steensen.

– Vi benyttet oss av en geostasjonær satellitt over Europa. Den gir hyppige observasjoner, og det er en fordel for operasjonell varsling at den ikke går i bane. Satellitten bruker infrarød stråling til å måle askekonsentrasjoner. Dette gir gode målinger under de fleste forhold, men det er umulig å tolke signalene når en askesky opptrer sammen med en vanlig sky og under visse temperaturer.

I tillegg til satellittdata brukes radarmålinger, optiske fjernmålingsteknikker og målinger med laser som kan bestemme høyden på skylaget.

Satellittobservasjonene utgjør den største usikkerheten ved askevarsling. Når et vulkanutbrudd nettopp har skjedd, er det umulig å vite hvor store utslippene er. Man kan ikke gjøre målinger i den tette askeskyen som stiger opp av vulkanen, og man vet ikke noe om fordelingen av større og mindre partikler i lufta.

Fine partikler

Det viktigste for flytrafikken er hvor stor andel av totalutslippet som utgjøres av fine partikler, det man kan kalle askestøv. Høye konsentrasjoner av fint askestøv er farlig for jetmotorer.

– Den gode nyheten er at dette støvet blir observert av satellitten. Det er godt samsvar mellom satellittmålinger og observasjoner når det gjelder de fine partiklene. Det gjør det mulig å lage numeriske datamodeller som kan forutsi askeutviklingen. Derfor er det viktig å få gode satellittobservasjoner raskt, slik at de kan bli lagt inn i spredningsmodellene og danne utgangspunkt for mer pålitelige askevarsler, sier Steensen.

Hvor farlig er det for flytrafikken?

Når store konsentrasjoner av aske kommer inn i en jetmotor, vil høye temperaturer smelte asken og kunne stanse motorene. Dette har skjedd i flere tilfeller, der passasjerfly har mistet motorkraften.

Heldigvis har ikke liv gått tapt, fordi motorene kunne starte igjen etter en stund med lavere temperatur og tilførsel av renere luft.

Et annet problem er at askepartiklene sandblåser flyets overflater.Det kan gjøre det nesten umulig å se ut gjennom vinduene, og store deler av flyet må byttes ut eller repareres, slik at det hele kan bli tidkrevende og kostbart for flyselskapet.

Forsurende atmosfære

Da Steensen var godt i gang med sitt prosjektarbeid på Meteorologisk institutt, kom vulkanutbruddet på Bárðarbunga under Vatnajökull. Dette var en annen type utbrudd. I stedet for en ”plume”, som stiger opp fra en vulkan, var det flytende lava som kom ut fra sprekker i bakken. Det var altså ingen eksplosjon som produserte aske, men det kom store mengder svoveldioksid, SO2.

I høye konsentrasjoner har SO2 en del uheldige virkninger for helse og vegetasjon, og det medfører blant annet sur nedbør.

–Bárðarbunga slapp hver dag ut tre til fem ganger så mye SO2 som de samlede utslippene fra industri, skipsfart og andre menneskeskapte aktiviteter i Europa. Vi studerte hva slags effekt dette utbruddet hadde i Norge. Vi så at mengden sur nedbør økte ganske mye, spesielt i Vest-Norge og i deler av Nordland. Man kunne lukte svovel i lufta flere steder. Men utbruddet avtok gradvis i løpet av noen måneder, og det varte ikke lenge nok til at det førte med seg varige effekter som skade på vegetasjon og sure fiskevann, forteller Steensen.

Bárðarbunga bidro

Gjennom Bárðarbunga-utbruddet bidro naturen selv til å teste varslingsmodellene:

– Vi fikk en lang periode med måling av utslipp, og vi kunne sammenligne målinger og optiske observasjoner med modellene. Dette ble viktig for å komme videre i askeprosjektet. Riktignok var det her snakk om SO2, men vi baserer oss på den samme spredningsmodellen og kunne finjustere den ytterligere. Et annet poeng er at det alltid vil slippes ut SO2 når det er vulkanutbrudd med aske i lufta. Fordi det er lettere å måle SO2 enn aske, lærte vi mye om hvordan vi kan bruke SO2-målinger til å anslå størrelsen på et vulkanutbrudd og dermed også askespredningen.

– Opplevde du noe ”eureka-øyeblikk” i arbeidet med askevarslingsprosjektet?

– Det var en overraskelse at vi ikke trengte så mange satellittobservasjoner for å få samkjøringen av meteorologimodeller til å fungere. Det betyr at det gikk raskere å lage et godt varsel enn jeg først hadde trodd.

Et annet funn handlet om at det går en grense på rundt 24 timer etter et vulkanbrudd, med hensyn til beregningene. De første timene er det vanskelig å gjøre målinger fordi askeskyen er så tykk. Store lavasteiner og andre større partikler må få falle ned, og askeskyen må bevege seg bort fra vulkanen.

– Etter at det har gått 24 timer, viser det seg at nye observasjoner ikke endrer særlig mye på utslippsestimatene. Også det var en god nyhet med tanke på askevarslingen.

Birthe Steensen jobber i dag med andre ting på Meteorologisk institutt. Vi spør om hva som er drømmejobben.

– Jeg har lyst til å jobbe mer med luftforurensning eller modellering og programmering – gjerne noe innenfor miljø, klima eller fornybar energi. Selvsagt hadde det vært interessant å jobbe videre med varsling av vulkanske utslipp. Men selve formålet med varslingen er jeg ikke fullt så begeistret for. Jeg ønsker at folk skal fly mindre, ikke mer.

Hva skjer når det bryter løs?

Akkurat nå følger mange nøye med på den islagte vulkanen Öræfajökull på Island, som viser tegn til aktivitet. Nabolandet vårt har tilsammen rundt 30 aktive vulkaner og ca. 20 store utbrudd hvert århundre.

Dersom det skjer vulkanutbrudd på Island, kommer en etatsgruppe for vulkansk aske sammen for å vurdere situasjonen for flytrafikken. Gruppen består av representanter fra Luftfartstilsynet, Avinor, Meteorologisk institutt og Norsk institutt for luftforskning (NILU).

– Vi har en askespredningmodell som er en del av våre operasjonelle systemer og som blir aktivert når det oppstår vulkansk aktivitet på Island, forklarer underdirektør Hilde Fagerli ved Meteorologisk institutt. Hun leder avdelingen for klimamodellering og luftforurensning, som har hatt et tett samarbeid med NILU om forbedring av systemene for askevarsling.

– Spesielt i begynnelsen av et vulkanutbrudd vil det være mange usikkerhetsmomenter knyttet til spredningsmodellen for aske. Derfor sammenligner vi fortløpende med et askeprodukt basert på satellittdata som NILU genererer, samt andre typer observasjoner, som for eksempel data fra ceilometer og bakkebaserte målestasjoner – og også data fra NILUs spredningsmodell. Dermed får vi en kontinuerlig evaluering av modellene, sier hun.

– Det var også interessant å følge med på analysene av svoveldioksid i lufta i månedene etter Bárðarbunga-utbruddet. De enorme SO2-utslippene derfra fikk riktignok ingen direkte følger for flytrafikken, men SO2 oppfører seg delvis på samme måte som aske. Dermed fikk vi en god gjennomkjøring av modellen, og vi fikk testet systemene som ligger til grunn for den fremtidige askevarslingen.

....

Fakta: Askevarsling

Island har rundt 30 aktive vulkaner og ca. 20 store utbrudd hvert århundre.

Vest-Europa og Norge ligger utsatt til på grunn av hyppige vestlige vinder.

God askevarsling er viktig for å unngå unødvendig og kostbar avstengning av luftrommet. Askepartikler i lufta kan stanse jetmotorer og skade vinduer og andre overflater på et fly. Propellfly og helikoptre er ikke like sårbare.

En utfordring ved askevarslingen knytter seg til usikre beregninger av hvor store askemengder som slippes ut. Steensens avhandling viser at man gjennom å kombinere satellittobservasjoner og modellsimuleringer kan redusere denne usikkerheten, særlig etter de første 24 timene.

Svoveldioksid (SO2) dannes hovedsakelig ved forbrenning av fossilt brennstoff. SO2 blir også produsert av vulkaner og industriprosesser. Gassen er skadelig for mennesker og kan bidra til nedsatt lungefunksjon.

Kilde: Wikipedia

Nøkkelord

Kontakter

Bilder

Lenker

Om UiO - Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

UiO - Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet
UiO - Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet
Sem Sælands vei 24
0371 Oslo

22 85 56 00http://www.mn.uio.no/

Det matematisk-naturvitskaplege fakultet har ein lang og stolt tradisjon innan forsking og undervising i dei klassiske realfaglege disiplinane. Fakultetet si verksemd dekkjer også eit breitt spekter av tverrfagleg forsking og ligg i front i Europa på fleire område.

Følg saker fra UiO - Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Registrer deg med din epostadresse under for å få de nyeste sakene fra UiO - Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet på epost fortløpende. Du kan melde deg av når som helst.

Siste saker fra UiO - Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

I vårt presserom finner du alle våre siste saker, kontaktpersoner, bilder, dokumenter og annen relevant informasjon om oss.

Besøk vårt presserom