火山灰對飛機造成很大的危險但NASA新的衛星數據可以幫助改善這情況

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火山爆發所噴向天空的火山灰,會在附近地區形成厚厚的灰層,也會影響到飛行安全。由於最近一次火山爆發所造成的航空公司運輸變更,在航班取消、冗長的轉換、以及改變飛行路線的額外燃料成本上,增加意料不到的花費。

因為火山灰對飛機是特別的危險,所以航空公司是非常小心謹慎的。由於火山灰能在運作中的飛機引擎內融化,可能會造成引擎故障。在火山爆發後的一段時間,航空公司通常會諮詢當地的氣象局,來決定飛行的安全。這些當天的決定,很大一部分是根據從火山灰諮詢中心(Volcanic Ash Advisory Centers)全球網路獲得的資訊,所做出的人為評估,這些諮詢中心正在適時且更準確的判定這些有幫助的衛星數據。

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在馬里蘭州綠帶(Greenbelt, Maryland)的NASA高達德太空飛行中心(Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland)的研究人員,正在使用已經可以得到的二氧化硫(sulfur dioxide,SO2)衛星量測數據(二氧化硫是火山爆發的主要成分),伴隨著更多最新的專門技術,一起來繪製火山爆發位置和火山浮質的垂直剖面。研究人員正在以一些方法做這件事。

火山雲包含兩種浮質:從SO2轉換來的硫酸霧滴,以及矽酸鹽火山灰。藉由來自太陽的紫外線散落,衛星能夠偵測到火山灰。對於航空飛行,火山灰可能是最致命的,因為會危及飛機引擎。然而浮質吸收紫外線的量測,無法區別出煙、塵和灰。反而是火山雲含有相當大量的SO2,所以對於火山雲的清楚辨識,SO2的衛星量測是特別有價值的。

在火山爆炸後的幾天、幾星期、和幾個月,知道實際位置和浮質在火山雲的高度分布,提供更準確的預測。在NASA高達德的大氣化學與動態實驗室(Atmospheric Chemistry and Dynamics Laboratory)的物理研究科學家Nickolay A. Krotkov說:「繪製出一個移動火山雲的3D結構全影像能力,在過去是從未做過。」

研究人員目前正在使用分支成像儀(Limb Profiler instrument)來做這些量測,這是臭氧映像成像儀系列(Ozone Mapping Profiler Suite,OMPS)的一部分,目前飛行在NASA/美國國家海洋暨大氣總署的接合處。

OMPS有三個部分:一個是最低值映射器(nadir mapper),繪製臭氧、SO2和浮質的地圖;一個是最低值成像儀(nadir profiler),量測臭氧在同溫層的垂直分布;以及一個分支成像儀(limb profiler),以高垂直解析度量測在對流層上方和中間層的浮質。

和Krotkov在NASA高達德一起工作的馬里蘭大學(University of Maryland)研究助理Eric Hughes說:「有了OMPS儀器,火山雲能夠被繪製,如同索米國家極地軌道夥伴衛星(Suomi NPP)直接在頭頂上飛行,然後往回看;它觀察火山雲的三個切面。」

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知道火山爆發的時間和持續時間、火山灰噴發的高度和數量,對於在高達德模型及同化辦公室(Goddard Modeling and Assimilation Office)所發展的準確火山預測模型是關鍵的。羽狀物(在此指火山灰)的高度,對於預測它的方向是特別的關鍵,甚至幾公里的高度,能做出相當不同的移動預測。更準確的火山雲預測,能降低航空公司取消航班和繞路的成本。

然而飛行對火山雲模型而言,是短時間立即的應用。火山雲模型也有長時間氣候的應用。Krotkov說:「大型火山爆發後形成的硫酸鹽(sulfate)浮質,影響輻射平衡,而且能在同溫層停留好幾年。」

曾有過因大型火山爆發而到達同溫層的SO2,促成短暫的地球降溫,這是發生在1991年菲律賓的皮納土波火山(Mount Pinatubo)爆發後。在火山爆發期間,SO2轉換成硫酸浮質。現在研究人員正在研究蓄意在同溫層注入SO2,來縮小全球暖化作用的衝擊,稱為氣候干預(climate intervention)。

Krotkov說:「大自然給我們這些火山爆發引起的不安,然後我們能看見在氣候上的衝擊。這些是火山爆發在飛行和氣候應用上的短期和長期影響。」

來源: NASA