Tuhkapilvien satelliittiseuranta auttaa lentoliikennettä
Tuhannet lentokoneet ovat jääneet maahan eri puolilla Eurooppaa Eyjafjöll-jäätikön alla tapahtuneen tulivuoripurkauksen vuoksi. Tulivuorten purkaukset syytävät suuria määriä tuhkaa ja kaasuja ilmakehään - usein juuri lentoliikenteen käyttämille korkeuksille.
Tulivuoren tuhkapilven läpi lentäessä tuhkahiukkaset päätyvät suihkumoottoreihin ja voivat aiheuttaa jopa moottorin sammumisen. Tuhka voi myös vaurioittaa lentokoneen materiaaleja, tukkia antureita, rajoittaa lentäjien näkyvyyttä ja raaputtaa tai "hiekkapuhaltaa" ohjaamon ikkunoita, valojen suojuksia sekä siipien ja pyrstön osia.
Yli 90 lentokoneen on havaittu saaneen vaurioita tulivuoren tuhkapilvien läpi lentämisen vuoksi. Yhteensä lentokoneille arvioidaan aiheutuneen tuhkapilvistä vuosina 1982-2000 noin 190 miljoonan euron vahingot.
Vuosittain tapahtuu noin 60 tulivuorenpurkausta. Maanpinnalta suoritetaan seurantaa vain joillekin tulivuorille. Itse asiassa suurinta osaa tulivuorista, varsinkaan kaukana asutuksesta sijaitsevia, ei seurata säännöllisesti. Siksi rikkidioksidin ja aerosolien satelliittihavainnot lähes reaaliajassa voivat tuoda hyödyllistä lisätietoa saataville ja maailmanlaajuisesti parantaa lentoliikenteen ohjausta ja yleistä turvallisuutta.
ESAn satelliitit avustavat lentoennusteita
Tulivuoripilvien vaarojen huomioimiseksi perustettiin vuonna 1995 tulivuorituhkan neuvontakeskuksia (Volcanic Ash Advisory Centres, VAACs). Avustaakseen niiden toimintaa ESA aloitti lentojohdon tukipalvelun (Support to Aviation Control Service, SACS) lähettämään sähköpostihälytyksiä rikkidioksidin havaitsemisesta lähes reaaliaikaisesti. Jokaista hälytystä varten laaditaan erikseen kartta uuden rikkidioksidiesiintymän lähialueesta verkkosivulle.
Sen lisäksi, että tiedot lähetetään neuvontakeskuksiin, mittaukset välitetään myös tulivuorien tutkimuslaitoksiin, terveydenhuollolle ja tutkijoille. Mittauksia tekevät SCIAMACHY-instrumentti Envisatissa ja GOME-2:ssa, IASI-instrumentti MetOp-satelliitissa sekä OMI-intrumentti EOS-Aurassa ja AIRS-instrumentti Aqua-satelliitissa.
Jotta voidaan tietää voiko lentokone välttää tulivuoren tuhkapilven turvallisesti lentämällä sen sivuitse tai ohittamalla sen ylä- tai alapuolelta, pitää neuvontakeskusten saada pilvien liikkeiden ennustamiseen tarkkaa tietoa pilven korkeudesta ja paksuudesta.
Sitä tarjoamaan on luotu ESAn lentoliikenteen projekti "Tuki tulivuorituhkan väistämiselle" (Support to Aviation for Volcanic Ash Avoidance, SAVAA), joka tähtää demonstraatiojärjestelmän rakentamiseen. Järjestelmä yhdistäisi satelliittidatan meteorologisiin tuulikartoituksiin, jotta tulivuorten päästöjen päätymiskorkeus voitaisiin laskea nykyistä tarkemmin.
Järjestelmä voidaan myöhemmin yhdistää VAAC-toiminnan ympäristöön. SAVAA-projekti tarjoaa lisää tietoa myös SACS:in rikkidioksidihälytyksiin satelliittien infrapunamittausten kautta.
Ilmatieteen laitoksen SILAM mallintaa tulivuoren päästöjen leviämistä
Virallisten VAAC-ennusteiden tekemisestä Suomessa vastaa Ilmatieteen laitos, mikä tuottaa niiden rinnalle myös oman ennusteensa tuhkapilvien leviämisestä laitoksella kehitetyn SILAM-mallin avulla.
Ilmatieteen laitoksen ja VTT:n yhteistyönä aikoinaan luotu SILAM-laskentamalli tarkoitettiin alun perin pääasiassa radioaktiivisen laskeuman mallintamiseen onnettomuustapauksissa käytettäväksi, mutta nykyinen mallisysteemi soveltuu hyvin myös muiden ilmakehän epäpuhtauksien leviämisen operatiiviseen ennustamiseen.
"Viimeisen noin viiden vuoden aikana mallijärjestelmää on aktiivisesti kehitetty niin, että operatiivisia ilmanlaadun ennusteita voidaan tarjota hyvin monenlaisille ilmakehässä kulkeutuville kaasuille ja hiukkasille", kertoo Ilmatieteen laitoksen Ilmanlaadun mallintamisryhmän johtaja Ari Karppinen. "Uusimpina käyttökohteina ovat mm. metsäpalojen savujen leviämisen ennustaminen, siitepölyn leviämisen arviointi sekä nyt myös tulivuoren tuhkan leviämisennusteet."
"Tulivuorten tuhkapilvien leviämisen osalta tämä on nykyiselle SILAM-mallisysteemille ensimmäinen aidosti operatiivinen käytännön sovellus ja ennusteet ovat siksi hyvin haastavia", jatkaa Karppinen. "Esimerkiksi alkuperäisen päästön voimakkuudella, päästökorkeudella ja hiukkasten koolla, muodolla ja tiheydellä on suuri merkitys niiden kulkeutumiselle. Näiltä osin tulivuori on hyvin erilainen päästölähde kuin esim. perinteiset teollisuuden tai liikenteen päästölähteet. Aiemmin olemme kuitenkin mallintaneet tulivuorienkin päästöjen leviämistä historiallisen datan perusteella, joten siltä osin mallisysteemin kehitystyössä on varauduttu myös tulivuoren päästöjen leviämisen ennustamiseen"
"Kaikki satelliittien keräämä tarkka tieto on tervetullutta ja äärimmäisen arvokasta myös meille mallintajille", kertoo Karppinen. "Yksi suuria haasteita satelliittimittausten kannalta on ilmakehässä kulkeutuvan epäpuhtauden korkeuden tarkka arviointi, johon kehitellään jatkuvasti profiilien luotettavampaa mallinnusta. Usein satelliittimittauksia voidaan tarkentaa tältä osin myös maanpinnalta tehdyillä luotauksilla ja muilla kaukokartoitusmenetelmillä, kuten lidar-mittauksilla."
Mallinnustyössä ja mallin kehittelyssä hyödynnetty satelliittidata on lähes pelkästään ESAn ja NASAn vapaasti saatavilla olevaa mittausdataa. Karppinen kiittelee erityisesti sitä, että viime aikoina myös ilmanlaadun tutkijat ovat päässeet kertomaan toiveistaan ja tarpeistaan avaruusjärjestöjen satelliittien instrumenttien kehitelyssä ja valinnassa.
