Aktuelles zum Wettergeschehen

Am Mittwoch 14. April 2010 brach in Island unter dem Eyjafjallajökull-Gletscher (weiterführende Informationen) erneut ein Vulkan aus. Die Asche wurde kilometerhoch in die Atmosphäre geschleudert und behinderte in der Folge den Flugverkehr in weiten Teilen Nordwesteuropas.

Der Bericht beleuchtet die meteorologischen Randbedingungen während des Vulkanausbruches und beschreibt die Voraussetzungen für die grossräumige Verteilung der Aschewolke.

Seit Mittwochmittag, dem Startzeitpunkt des Ascheausbruchs, liegt der Süden Islands in einer ausgepägten Westströmung mit einem Jetstream in der Höhe. Die Höhenströmung dreht zwischen Island und Norwegen auf Nordwest und führte die Asche in Richtung der Region von England über die Nordsee zur Südhälfte Norwegens und Schwedens, Dänemark und die Ostsee. Am Freitag kam die Wolke bis nach Polen, die Nordhälfte Deutschlands und Belgien voran. (siehe Meteosat-Bilder (RGB Dust), Abb. 1-6)

Südlich dieser Westwindzone erstreckt sich ein Hochdruckkeil vom Nordatlantik über England bis nach Deutschland. Darin sind die Winde schwach und sie drehen von Nordwest auf Nordost. Dieser Keil stösst zum Samstag bis nach Österreich vor. Über der Schweiz bleibt eine schwache Ostströmung erhalten. Aus diesem Grund verlangsamt sich die Südwärtsverlagerung der aschereichen Luft. Zudem kann erwartet werden, dass damit die Konzentration der Asche in der Luft deutlich verringert wird. Andererseits findet keine Auswaschung durch Niederschlag statt.

Die angefügte Verbreitungskarte des Englischen Wetterdienstes zeigt, dass die Südgrenze der aschehaltigen Luft voraussichtlich auch am Montag praktisch unverändert noch über die Alpen nach Süden reicht. Es sind allerdings keine Angaben zur Konzentration der Asche in der Luft erhältlich. (siehe Abb. 9, Karte UK Metoffice)

Informationen zur Schliessung des Schweizer Luftraums sind beim Bundesamt für Zivilluftfahrt erhältlich.

Ab etwa Mitternacht wurden in einer Höhe zwischen 6000 und 6500 Metern die ersten Partikel über dem Schweizer Mittelland gemessen. Diese vulkanische Staubschicht ist im Laufe der Nacht nach und nach auf eine Höhe zwischen 3600 m und 4400 m über der aerologischen Station in Payerne abgesunken. Der Absinkvorgang setzte sich am Tag fort, wenn auch abgeschwächt. Nach 14 Uhr MESZ erreichte die Untergrenze die Höhe von 2500 m/M.

Diese Messungen stammen vom LIDAR-System in Payerne, das von MeteoSchweiz und der EPFL entwickelt wurde. Es zeigt, dass sich die Konzentration der Aschenwolke im Laufe der Nacht verdreifacht hat. Die angehängte Graphik illustriert die zeitliche Entwicklung des Höhenprofils der Vulkanasche über Payerne (UTC: Weltzeit, Lokalzeit = UTC + 2 Stunden).  Die Graphik zeigt dabei auch eindrücklich den extrem lokalen Charakter der Aschewolke. Sowohl oberhalb als auch unterhalb dieser Schicht misst das LIDAR der MeteoSchweiz kaum Spuren der Vulkanasche.

Neben der Konzentrationszunahme (Faktor 5 von Anfangs bis Schluss der Messung) fällt die veränderte Dicke der Ascheschicht auf. Die Messung zeigt eine varierende Dicke im Laufe des Tages. Am Schluss der Messperiode ist die Aschewolke weniger als 500 Meter dick und recht konzentriert. Die um 09 UTC kurzzeitig erscheinende Wolke auf rund 8000 Meter ist schwierig einzuordnen. Es ist nicht ausgeschlossen, dass es sich ebenfalls um eine Aschewolke handelt.

Die rot und gelb gefärbte Schicht vom Boden bis etwa 1800 m Höhe repräsentiert die Dunstschicht, welche über dem westlichen Mittelland lag. Glücklicherweise hat sich am Ort der Messung während der Nacht kein Nebel oder Hochnebel gebildet, ansonsten wäre die Messung in dieser Form nicht möglich gewessen.

Die Partikelkonzentrationen über der Schweiz scheinen in der Nacht auf Sonntag abgenommen zu haben. Dies zeigen die letzten Messungen des Lidars bei Payerne. Nach dem Absinken am Samstagnachmittag hat sich die Partikelschicht am Samstagabend mehr und mehr ausgedünnt und war um Mitternacht in einer Höhe zwischen 2000 und 2400 Metern nochmals etwas konzentrierter messbar. Am Sonntagmorgen konnten in der Lidarmessung keine signifikanten Aussagen über die Partikelschicht gemacht werden. Einerseits ist die Dunstschicht auf über 2000 Meter angewachsen, worin auch noch Aerosole der ursprünglichen Aschewolke vorhanden sein könnten. Andererseits treten in der Messung auch normale Wolkenformationen auf, die natürlich ebenfalls starke Signale für das Lidar liefern.

Zu beachten ist insbesondere, dass die eben gemachten Aussagen nur für den Ort Payerne gelten und nicht repräsentativ sind für die ganze Schweiz oder noch weiträumiger. Ebenso wenig können daraus direkte Schlussfolgerungen auf die aktuelle Sperrung des Schweizer Luftraumes gezogen werden

Auch von den aus dem Weltall auf die Erde blickenden Fernerkundungssystemen wurde die Aschewolke erfasst. In Abbildung 11 bis 13 sind verschiedene Satellitenbilder vom Samstagmorgen (17.4.) und -vormittag zu sehen. Im hochaufgelösten sichtbaren Kanal des europäischen Wettersatelliten ist Vulkanasche in der Regel nicht gut erkennbar. Während des Sonnenaufgangs wurde aber die Staubschicht kurzzeitig in einem sehr flachen Winkel beleuchtet, sodass die Regionen mit den höheren Aschekonzentrationen während etwa 30 Minuten sehr gut zu erkennen waren (Abbildung 11).

Die Vulkanasche besteht aus zerriebenem Gestein, kleinen Lavafetzen und Kristallen. Da Vulkanasche bis in grosse Höhen aufsteigt, stellt sie eine grosse Gefahr für den Luftverkehr dar.

Durchquert ein Flugzeug die Aschewolke, so wirken die Partikel aufgrund der hohen Geschwindigkeit des Flugzeugs wie ein Sandstrahlgebläse(Abschleifen der Flugzeuglackierung, Zerkratzen der Frontscheibe). Am meisten gefährdet sind aber die Triebwerke: die eingesaugte Vulkanasche wird sehr stark erhitzt und verklebt die Turbinen. Zusätzlich verkleben Aschepartikel die Geschwindigkeitssensoren des Flugzeuges und beeinträchtigen den Funkverkehr.

Explosive Vulkaneruptionen können das Klima auf der Erde nachhaltig beeinflussen. Die Eruption von Tambora (Indonesien) im Jahr 1815 war sehr wahrscheinlich verantwortlich für das "Jahr ohne Sommer" 1816. Verheerenden sommerlichen Kälteperioden haben auf der nördlichen Hemisphäre – und auch in der Schweiz – zu massiven Ernteausfällen geführt, was in der damaligen Zeit unmittelbar in Hungersnöte mündete.
Die gigantischen Aschewolken grosser Vulkanausbrüche geben oft zur Vermutung Anlass, dass die dadurch bewirkte Verdunkelung der Atmosphäre zu einer Abkühlung führt, indem über eine gewisse Zeit ganz einfach weniger Sonnenstrahlung an die Erdoberfläche gelangt.

Die Verweilzeit von Aschen in der Atmosphäre ist allerdings relativ kurz. Im aktuellen Fall des isländi-schen Vulkans sind die Aschewolken nicht sehr weit in die Atmosphäre aufgestiegen. Mit einer Höhe von 6 bis 7 km (momentaner Stand der Information) bewegen sie innerhalb der Troposphäre, der wetteraktiven Schicht der Atmosphäre. Die Asche wird deshalb durch die Niederschlagstätigkeit in relativ kurzer Zeit wieder ausgewaschen.

Heute gehen die Fachleute davon aus, dass nicht vulkanische Aschen, sondern das durch die Vul-kaneruption ausgestossene Schwefeldioxid zur Abkühlung führt. Um effizient wirksam zu werden, muss das Schwefeldioxid allerdings in die Stratosphäre gelangen, in der Regel also über 10 km in die Atmosphäre hinauf geschleudert werden. Dies geschieht nur bei sehr starken Vulkaneruptionen. In der Stratosphäre entstehen aus dem Schwefeldioxid Sulfat-Aerosole, welche extrem stabil sind und monate- oder jahrelang in der Stratosphäre verweilen können. Durch die Sulfat-Aerosole wird in der oberen Atmosphäre die Reflektion von Sonnenstrahlung begünstigt. Das heisst, dass weniger Son-nenstrahlung durch die Atmosphäre an die Erdoberfläche gelangt.

Diese Vorgänge konnten bei einigen jüngeren Vulkaneruptionen mit Satellitendaten untersucht wer-den. Bei der Eruption von Mount Pinatubo (Phillipinen) im September 1991 gelangten rund 20 Millionen Tonnen Schwefeldioxid in die Stratosphäre. Pinatubo führte zu einer vorübergehenden globalen Abkühlung von 0.5 °C. Begünstigt wird der Abkühlungseffekt durch heftige Vulkanausbrüche in der Äquatorregion, da mit der tropischen Zirkulation der Atmosphäre das Schwefeldioxid optimal über den gesamten Erdball verteilt wird.