Die GeoSphere Austria nutzt Daten des europäischen Copernicus Atmosphere Monitoring Service (CAMS), um die Vorhersage von menschengemachten und natürlichen Luftschadstoffen weiter zu verbessern. Neu Untersuchungen für Vulkanausbrüche in Europa zeigen, dass mit Einbindung der CAMS-Daten die Ausbreitungswolke noch genauer vorhergesagt werden kann.
Die GeoSphere Austria verbessert laufend ihre Vorhersagen der Luftqualität. Der Fokus liegt dabei auf der menschengemachten Luftverschmutzung im unteren, bodennahen Bereich der Atmosphäre.
Nach Vulkanausbrüchen berechnet die GeoSphere Austria aber auch die Verlagerung von Asche und Schwefeldioxid (SO2) in höheren Schichten der Atmosphäre, bis in die Stratosphäre in einer Höhe von etwa 20 Kilometern.
Mehr hochwertige Daten durch EU-Dienst Copernicus
In diese Vorhersagen der Luftqualität fließen neben den umfangreichen Vorhersagemodellen der GeoSphere Austria auch die seit einiger Zeit zur Verfügung stehenden Daten des durch die EU finanzierten Copernicus Diensts zur Überwachung der Atmosphäre ein (Copernicus Atmosphere Monitoring Service, CAMS).
CAMS basiert auf Satellitenmessungen und liefert flächendeckend für Europa und die gesamte Erde Informationen zur Zusammensetzung der Atmosphäre, zum Beispiel zur Konzentration von Treibhausgasen wie Kohlendioxid und Methan, von reaktive Gasen wie Ozon und von Aerosolen.
Vulkanausbrüche gefährden Luftfahrt
An der Abteilung für Umweltmeteorologie der GeoSphere Austria wurde in den letzten Monaten unter anderem der Mehrwert von CAMS-Daten für Vorhersagen nach Vulkanausbrüchen untersucht.
Vulkanausbrüche gefährden durch Asche und Schwefeldioxid die Luftfahrt. Trifft ein Flugzeug auf Asche in hoher Konzentration, sind Ausfälle der Triebwerke möglich. Außerdem kann Schwefeldioxid in hohen Konzentrationen zu Atemwegsproblemen bei Passagieren und der Crew führen.
Kombination von Messdaten und Vorhersagen
Die neue Methode der GeoSphere Austria kombiniert im Fall von länger andauernden Vulkaneruptionen die gemessenen Schwefeldioxid-Daten von CAMS mit den eigenen Kurzfristvorhersagen.
„Das grundlegende Konzept ist dabei: Sobald nach einem Vulkanausbruch Schwefeldioxid in der Luft ist, wird es von CAMS gemessen. Findet einige Stunden oder Tage später die nächste Eruption des Vulkans statt, berechnen wir basierend auf den ersten Informationen über Zeitpunkt und Höhe des Ausbruchs Vorhersagen, wie die neue Ausbruchs-Wolke die schon in der Luft befindliche Schwefeldioxid-Konzentration in den nächsten 48 bis 72 Stunden verändert“, erklärt Projektleiter Christian Maurer von der GeoSphere Austria, „somit erhalten wir bereits ein gutes Bild über die Ausbreitung der Schadstoffwolke noch bevor der nächste Überflug des Satelliten die neuen Konzentrationen misst. Dieser Vorgang lässt sich bei mehreren Eruptionen auch mehrmals wiederholen, jeweils basierend auf den neuen Daten.“
Unterschiedliche Verweildauer von SO2 je nach Luftschicht
Im Unterschied zur normalen Wettervorhersage berücksichtigen chemische Vorhersagemodelle auch den Transport und die Wechselwirkungen der Schadstoffe mit der Atmosphäre und dem Boden. „Zum Beispiel ist die Verweildauer von Schwefeldioxid in der Atmosphäre zu berücksichtigen“, sagt Christian Maurer, „in der Troposphäre bis ungefähr zehn Kilometer Höhe, wo sich das Wetter abspielt, liegt die Verweildauer von Schwefeldioxid bei etwa einer Woche. Oberhalb von zehn Kilometer, in der Stratosphäre, sind es hingegen mehrere Wochen.“
Bessere Qualität der Vorhersage und weniger Rechenaufwand
Über einige Tage andauernde Vulkaneruptionen mit stärkeren und schwächeren Phasen finden auch in Europa alle paar Jahre statt, wie auf Island 2010 (Eyjafjallajökull), 2011 (Grimsvötn) und 2014 (Holuhraun) sowie 2021 auf den Kanarischen Inseln (Cumbre Vieja).
„Die Eruptionssäule von Cumbre Vieja auf den Kanarischen Inseln reichte bis in eine Höhe von rund sechs Kilometer und die Schwerfeldioxid-Wolke erreichte auch den Luftraum von Kontinentaleuropa“, sagt Christian Maurer, „da für diesen Fall alle notwendigen CAMS-Daten vorlagen, konnte damit gut die Qualität der neue Methode getestet werden. Die Ergebnisse waren sehr gut: Die in der Realität beobachtete Zweiteilung der Schwefeldioxid-Wolke wurde in den Prognosen mit der neuen Methode sehr gut abgebildet. Rechneten wir die Vorhersage ohne Einbindung der CAMS-Daten, fehlt diese Struktur völlig. Die Tests zeigten außerdem: Nicht nur die Qualität der Vulkanvorhersagen steigt mit der neuen Methode, sondern auch Rechenleistung und Rechenzeit sind deutlich geringer als bisher. Sobald CAMS auch Daten zu Vulkanasche liefert, kann die neue Methode dafür ebenfalls übernommen werden.“
Weitere Informationen
Informationen zu CAMS National Collaboration Programme Austria
Quelle Bild oben: TROPOMI Satelliten Aufnahme mit freundlicher Genehmigung des Support to Aviation Control Service (SACS; Belgian Institute for Space Aeronomie, sacs.aeronomie.be/info/nrt.php)
