Így nyomoznak a vulkáni hamufelhők után

A vulkáni hamufelhők nyomon követésére első körben a különböző meteorológiai műholdak által szolgáltatott adatokat és képeket használják fel a szakemberek. Ez az eljárás az izlandi Eyjafjallajökull kitörésével is, mely március 20-a óta hetente összekavarja az európai légközlekedést.

Az az izlandi Eyjafjallajökull hamufelhője miatt legutóbb május 8-án kellett ötezer légijáratot törölni Nyugat-Európában, és több francia, portugál és spanyol repteret lezártak. Úgy tűnik, a kitörések továbbra is folytatódnak. A hamu pillanatnyi helyzetéből kiindulva a felhő terjedését és hígulását a nagytérségű áramlási viszonyok alapján jelzik előre a meteorológusok, azaz a magasabb légtéregekben jellemző szélviszonyokat veszik alapul.

Addig látszik az űrből, ameddig megkülönböztethető a felhőktől

A meteorológiai műholdaknak két fajtája létezik. A geostacionárius és a poláris pályán keringő műholdak együttesen a Föld egészét lefedik , így lehetővé téve a nagy távolságokat bejáró hamufelhő megfigyelését mindaddig, míg az megkülönböztethető a zömében vízcseppeket és vízgőzt tartalmazó felhőktől.

A geostacionárius műhold keringési ideje megegyezik a Föld keringési idejével, így az a földfelszínnek mindig azonos pontjáról készíti a tizenöt percenkénti felvételeket. Ezek a műholdak körülbelül 35800 kilométeres magasságban helyezkednek el, keringésük síkja az Egyenlítő síkjával esik egybe. Ez utóbbi tulajdonság miatt a geostacionárius műholdak elsősorban a trópusi területek megfigyelésére alkalmasak.

A poláris műholdak minden keringés alkalmával áthaladnak a Föld északi és a déli pólusa fölött, így a Föld különböző pontjairól készítik a felvételeket. Alacsonyabban, kb. 800-900 kilométeres magasságban keringenek. Naponta tizennégyszer kerülik meg a Földet, és egy adott pont fölött naponta kétszer haladnak el.

Sugárzásmérővel azonosítják a vulkáni hamut

A műholdak különböző csatornákon végeznek méréseket, amelyek közül a leggyakoribb a látható (0,38-0,78 mikrométer) és az infravörös (1 mikrométertől az 1 milliméterig terjedő) tartomány. Ezek alkalmasak a vulkanikus felhők megfigyelésére is. Bár ezeken a csatornákon a hamufelhő képe nagyon hasonlít a vizet, vízgőzt vagy jégkristályokat tartalmazó felhőkéhez, szerencsére a vulkáni felhő szilikát- és kén-dioxid részecskéinek sugárzáselnyelő tulajdonságai eltérnek a vízgőzétől a 10-12 mikron (mikrométer, 10^-6 méter) közötti infravörös tartományban.

^{Az aeroszol elnyelési index (AAI) a közeli UV (0,34 és 0, 38 mikron közötti) sugárzást elnyelő aeroszol részecskék megnövekedett koncentrációját jelzi, és alkalmas a füst, por és vulkáni hamu detektálására. Pozitív értékei az UV-elnyelő részecskéket jelzik: ezek lehetnek vulkáni erdetű részecskék, füst, talajszemcsék. Azindex alacsony és negatív értékei az UV-sugárzást el nem nyelő részecskéket (szulfát, tengeri só, felhőzet) mutatják. Az adatok a Metop-A poláris műhold GOME-2 méréseiből származnak}

Egy olyan műholdfelvétel segítségével tehát, amely a 10,8 és 12 mikron hullámhossz közötti, úgynevezett fényességi hőmérséklet-különbségeket ábrázolja, meg lehet különböztetni a vulkáni eredetű felhőzetet a víztartalmú felhőzettől. A fényességi hőmérséklet annak a minden sugárzást elnyelő feketetestnek a hőmérséklete, amely az adott hullámhosszon az adott intenzitású sugárzást bocsátja ki. Hasonló elven működik a sugárzáselnyelési index (AAI), csak a fényesség esetében az ultraibolya sugárzást vizsgálják.

2004-ben lőtték föl a NASA Aura nevű poláris műholdját, amelynek egyik feladata a Föld bármely pontján a vulkáni hamu terjedésének figyelemmel kísérése. Ezt a holland és finn fejlesztésű Ozone Monitoring Instrument (OMI) nevű érzékelő végzi.

A NASA Terra (1999) és Aqua (2002) nevű poláris műholdjai is alkalmasak a vulkáni felhők azonosításra és a hamufelhő magasságának megbecslésére. Itt a MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer, közepes felbontású spektroradiométer) névre keresztelt leképező sugárzásmérő berendezés végzi a méréseket, amely számos aeroszoltípus tanulmányozására alkalmas: egyaránt detektálja a vulkáni hamut, a sivatagi port, a füstöt vagy a légszennyező anyagokat.

Az izlandi Eyjafjöll vulkánkitörésnél azonban elsősorban a METEOSAT-8 és -9 geostacionárius műholdak SEVIRI (Spinning Enhanced Visible and InfraRed Imager) műszere által az infravörös tartományban készült felvételeit használták fel, de az Aura/OMI adatait is figyelembe vették a repülés szempontjából biztonságos zónák meghatározásánál.

A fényradartól a koncentrációig

Az Izlandról származó hamufelhő vastagságát a Calipso francia-amerikai poláris műhold fényradarjának (lidar) segítségével tudták meghatározni. Az eszköz fénynyalábokat bocsát a földfelszín felé, és a visszavert sugárzást méri. Ebből a felhő vastagságára vonatkozó információkra lehet következtetni, hiszen láthatóvá válik az alja és teteje. A vastagságból pedig ki lehet számolni a koncentrációt, ami a repülés szempontjából elsődleges fontosságú - nem mindegy, hogy a hamufelhő olyan sűrű, hogy leállnak miatta a hajtóművek, vagy már oszlófélben van.

Merre halad a szürke felhő?

Az azonosítást követően a vulkáni felhőzet terjedését a meteorológiai viszonyok, azaz a nagytérségű magassági áramlás alapján lehet megbecsülni. A több kilométer magasságba feljutó hamuszemcsék eloszlását a magas és alacsony nyomású képződmények (ciklonok és anticiklonok) elhelyezkedése határozza meg.

Mivel előre nem lehet tudni, hogy a vulkáni felhő milyen magasságokba jut el, az uralkodó szélirány viszont változik a magassággal, a meteorológusok számos becslést végeznek a felhőtető magasságára vonatkozóan 850 és 150 hPa-os légnyomási szint között. Ezek alapján aztán trajektória-előrejelzéseket végeznek, azaz meghatározzák a hamurészecskék által várhatóan leírt pályát, pályákat.