Op de Filipijnen spuwt de vulkaan Taal lava, as en stoom de lucht in. Vulkanologen vrezen dat een nieuwe grotere uitbarsting nabij is. Tien jaar geleden was Europa in de ban van een enorme aspluim uit de Eyjafjallajökull op IJsland. Dit legde het vliegverkeer volledig plat en kostte veel geld. PhD’ers Guangliang Fu en Sha Lu onderzochten hoe zo’n aspluim zich gedraagt en hoe je kunt voorspellen waar deze naartoe gaat. 

Tien jaar geleden was Europa in de ban van een enorme aspluim na de vulkaanuitbarstingen onder de IJslandse gletsjer Eyjafjallajökull. Dit legde het vliegverkeer volledig plat in een groot deel van Europa, zorgde voor overlast en kostte veel geld. PhD’ers Guangliang Fu en Sha Lu, die hun promotie aan de TU Delft deden in 2017, onderzochten hoe zo’n aspluim zich gedraagt en hoe je kunt voorspellen waar deze naartoe gaat. Een onderwerp dat (opnieuw) hartstikke actueel is nu de Filipijnse vulkaan Taal onrustig is. De berg spuwt lava, as en stoom de lucht in. En vulkanologen vrezen dat een nieuwe grotere uitbarsting nabij is.

De gigantische aspluim, die na de uitbarsting van de Eyjafjallajökull de lucht ingeblazen werd, zorgde voor een indrukwekkend gezicht, maar bracht ook direct aan het licht dat wetenschappers zich er nog geen raad mee wisten. Want hoe de aspluim zich zou ontwikkelen was een raadsel. ‘De vulkaanas is zeer schadelijk voor vliegtuigmotoren, waardoor geen enkel risico werd genomen en vliegtuigen aan de grond bleven. Maar hadden we wel geweten waar de aspluim naartoe ging, dan was het mogelijk geweest om er bijvoorbeeld omheen te vliegen,’ zegt Guangliang Fu.

Het lukte Guangliang  om een voorspeller te maken, die berekent hoe de aspluim zich in de twee dagen erna gedraagt. Dat is van onschatbare waarde voor luchtvaartmaatschappijen en vliegvelden. Fu is een van de eersten die harde getallen levert over de verspreiding van aspluimen.

Hij slaagde daarin door onder meer op een slimme manier meetvliegtuigen in te zetten. Natuurlijk is er informatie van satellieten, maar die is te beperkt en geeft geen volledig beeld. Het is veel beter om een vliegtuig naar de pluim te sturen, die metingen verricht. Daardoor weet je onder meer de hoeveelheid deeltjes en de soort. Fu gebruikt deze data in zijn voorspelsysteem. ‘Je weet dankzij deze voorspelling of je bijvoorbeeld over Frankrijk kunt vliegen en als dat niet lukt of uitwijken naar Duitsland dan verstandig is.’

Voldoen aan de wetten in de atmosfeer

Eenvoudig was het niet om zo’n voorspelling te maken. Dat komt door het meetvliegtuig, want dat heeft geen vaste locatie en zit steeds op een andere plek. ‘Daarom is het lastig om de data te verwerken en werden deze gegevens nog niet eerder gebruikt,’ zegt Fu.

Hij slaagde erin een algoritme te maken dat precies weet wanneer en op welke locatie een meting is van het vliegtuig. Deze gegevens worden in het voorspelmodel van Fu gecombineerd met weersvoorspellingen. ‘Op basis van het model krijg je een uitkomst waar de pluim zich naartoe begeeft. Vervolgens kun je met een vliegtuig nagaan of dit klopt. Als uit die metingen blijkt dat de aspluim zich naar een andere plek verplaatst, dan past het model de voorspelling daar automatisch op aan. . Zo corrigeer je op een goede manier en voldoe je toch aan de fysische wetten in de atmosfeer,’ zegt Fu.

Het reconstrueren van aspluimen

Tegelijkertijd werkte Sha Lu ook aan promotieonderzoek naar aspluimen. Zij bekeek hoe je een aspluim kunt reconstrueren. Op welke hoogte ging de as de lucht in en hoe hoog was deze? Ze rekent vanuit de lucht terug naar de uitbarsting zelf. Bestaande methoden konden dit nog niet. ‘Satellieten geven alleen maar gegevens over de totale kolom. Die zien vanuit de lucht niet op welke hoogte de as is, maar alleen de totale hoeveelheid in de atmosfeer op een bepaalde locatie. Maar niet de verticale verdeling,’ zegt Lu.

Toch kan ze de satellietgegevens wel degelijk gebruiken. Ze gebruikt metingen van satellieten op verschillende locaties. En ze combineert dit met gegevens van de meteorologie, want er is bekend op welke verschillende hoogtes welke windsnelheid is. ‘Voeg je dit samen dan weet je hoe de as verticaal verdeeld is. Het gaat daarbij om kleine verschillen die je uit heel veel data moet halen. Het gaat om heel subtiele effecten, bijvoorbeeld er is een windsnelheid 7 op laag 8 en 9, maar een snelheid van 6 op laag 5,’ zegt ze. De informatie zit als het ware verstopt in een hele berg gegevens. De methode van Lu is uitermate nauwkeurig doordat ze met haar algoritme uit veel verschillende bronnen informatie haalt.

Dit is een geactualiseerde vrsie van een artikel dat in april 2017 verscheen

Tekst: Robert Visscher | Foto: Mark Prins

 

 

 

Huwelijksaanzoek

Guangliang Fu en Sha Lu

Tijdens hun promotieonderzoek werden Guangliang Fu en Sha Lu begeleid door Arnold Heemink. Heemink is hoogleraar Mathematische Fysica aan de faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica. De afgelopen decennia heeft hij zich onder meer bezig gehouden met dijkbescherming tegen overstromingen, oliestroming in boorputten en de verspreiding van verontreiniging in het grondwater. Zijn verschillende onderzoeken leidden niet alleen tot ruim honderd publicaties in wetenschappelijke tijdschriften, maar ook tot praktijkgerichte modellen die door onderzoeksinstellingen en bedrijven als Deltares, Rijkswaterstaat, TNO en Shell worden gebruikt. Daarnaast levert Heemink een grote bijdrage aan het wiskundeonderwijs van de TU Delft. Door de jaren heen studeerden tientallen wiskundig ingenieurs bij Heemink af en nog meer promovendi verkregen onder zijn begeleiding het doctoraat.

De afgelopen jaren deed een andere PhD’er – Jianbing Jin – onderzoek naar grote, hevige zandstormen. Heemink: ‘China heeft erg veel last van zandstormen die in de Gobiwoestijn, Mongolië, zijn ontstaan. Het liefst wil je weten wanneer zo’n storm eraan komt, zodat je iedereen op tijd kunt waarschuwen, maar dat is nog behoorlijk lastig.’ Jianbing zocht uit hoe en wáár zanddeeltjes de lucht instuiven. Lees er alles over in het artikel Zet je schrap, er komt een zandstorm aan!.  

Tien jaar geleden was Europa in de ban van een enorme aspluim na de vulkaanuitbarstingen onder de IJslandse gletsjer Eyjafjallajökull. Dit legde het vliegverkeer volledig plat in een groot deel van Europa, zorgde voor overlast en kostte veel geld. PhD’ers Guangliang Fu en Sha Lu, die hun promotie aan de TU Delft deden in 2017, onderzochten hoe zo’n aspluim zich gedraagt en hoe je kunt voorspellen waar deze naartoe gaat. Een onderwerp dat (opnieuw) hartstikke actueel is nu de Filipijnse vulkaan Taal onrustig is. De berg spuwt lava, as en stoom de lucht in. En vulkanologen vrezen dat een nieuwe grotere uitbarsting nabij is.

De gigantische aspluim, die na de uitbarsting van de Eyjafjallajökull de lucht ingeblazen werd, zorgde voor een indrukwekkend gezicht, maar bracht ook direct aan het licht dat wetenschappers zich er nog geen raad mee wisten. Want hoe de aspluim zich zou ontwikkelen was een raadsel. ‘De vulkaanas is zeer schadelijk voor vliegtuigmotoren, waardoor geen enkel risico werd genomen en vliegtuigen aan de grond bleven. Maar hadden we wel geweten waar de aspluim naartoe ging, dan was het mogelijk geweest om er bijvoorbeeld omheen te vliegen,’ zegt Guangliang Fu.

Het lukte Guangliang  om een voorspeller te maken, die berekent hoe de aspluim zich in de twee dagen erna gedraagt. Dat is van onschatbare waarde voor luchtvaartmaatschappijen en vliegvelden. Fu is een van de eersten die harde getallen levert over de verspreiding van aspluimen.

Hij slaagde daarin door onder meer op een slimme manier meetvliegtuigen in te zetten. Natuurlijk is er informatie van satellieten, maar die is te beperkt en geeft geen volledig beeld. Het is veel beter om een vliegtuig naar de pluim te sturen, die metingen verricht. Daardoor weet je onder meer de hoeveelheid deeltjes en de soort. Fu gebruikt deze data in zijn voorspelsysteem. ‘Je weet dankzij deze voorspelling of je bijvoorbeeld over Frankrijk kunt vliegen en als dat niet lukt of uitwijken naar Duitsland dan verstandig is.’

Voldoen aan de wetten in de atmosfeer

Eenvoudig was het niet om zo’n voorspelling te maken. Dat komt door het meetvliegtuig, want dat heeft geen vaste locatie en zit steeds op een andere plek. ‘Daarom is het lastig om de data te verwerken en werden deze gegevens nog niet eerder gebruikt,’ zegt Fu.

Hij slaagde erin een algoritme te maken dat precies weet wanneer en op welke locatie een meting is van het vliegtuig. Deze gegevens worden in het voorspelmodel van Fu gecombineerd met weersvoorspellingen. ‘Op basis van het model krijg je een uitkomst waar de pluim zich naartoe begeeft. Vervolgens kun je met een vliegtuig nagaan of dit klopt. Als uit die metingen blijkt dat de aspluim zich naar een andere plek verplaatst, dan past het model de voorspelling daar automatisch op aan. . Zo corrigeer je op een goede manier en voldoe je toch aan de fysische wetten in de atmosfeer,’ zegt Fu.