2013年5月1日

火山灰雲的科學知識

2010年全球先後有四個火山爆發,產生的火山灰雲層嚴重影響民航機的飛行安全,藉此敘述如何預測和對付火山灰雲所造成的民航危害。

作者/劉昭民(民航局氣象中心退休)

火山爆發時,不但會噴出岩漿和高熱氣體,傷害人命,毀滅土地,沖毀地面上的建築物;而且火山灰還會向上擴散,衝到三萬英尺以上的高空形成火山灰雲,隨氣流飄散,嚴重地影響民航機之飛航安全;而且隨著民航機的空中交通越來越頻繁,民航機遭遇火山灰雲襲擊的機會也越來越大。本文首先將2010年4~5月間,全球四個國家的火山爆發所造成的火山灰雲影響民航機飛安之事件加以敘述,然後再就有關火山灰雲與飛安的問題,加以探討。

火山灰雲影響飛安
2010年4~5月間,先後有冰島的艾雅法拉火山、瓜地馬拉的帕卡雅火山、厄瓜多的通古拉瓦火山、萬那度的亞速爾火山發生火山爆發,所產生的火山灰雲影響到民航機飛安,謹略述其發生之經過。

冰島—艾雅法拉火山
2010年4月14日午夜,冰島的艾雅法拉火山(Eyjafjallajokull, 簡稱為Eyafjoell, 見圖一), 所造成的火山灰雲高達10公里以上,並瀰漫整個北歐、西歐和南歐, 使30國300個民航機場自15日至20日全部關閉,造成10萬架次航班被迫取消,1000萬名旅客被迫滯留機場,損失高達30億美元,連華航和長榮航空往返台灣和歐洲之航班亦受到波及,直到4 月21 日才恢復正常。但5月3日起該火山再度陸陸續續爆發,使西歐19個機場的5000架次航班受到影響,直到5月10日以後才完全恢復正常。

圖一:2010 年4月14日冰島艾雅法拉火山爆發三天後的情形,
厚重的火山灰雲依然瀰漫四周。(圖片來源:冰島氣象局)

瓜地馬拉—帕卡雅火山
2010年5月27日下午,中美洲瓜地馬拉的帕卡雅火山(Pacaya)爆發,噴出岩漿、石塊,影響範圍達100平方公里,造成2死3失踪67傷,100棟民房全毀,逾800處民房受損。而且首都瓜地馬拉市以南的拉斯卡德拉斯機場以及拉奧羅拉國際機場,停機坪上民航機上所堆積的火山灰厚達7公分,兩機場均被關閉(圖二),數千名旅客受到影響。幸而火山爆發的火山灰粒較大,故火山灰雲之噴發高度較小,僅及1500公尺(5000英尺),也吹不遠,火山灰雲之影響也比較小。

圖二:2010年5月27日瓜地馬拉的帕卡雅火山爆發,火山灰覆蓋了民航機,造成機場關閉。(圖片來源:美國國家環境保護局)

厄瓜多—通古拉瓦火山
2010年5月29日南美洲厄瓜多的首都基多,其東南方150公里的通古拉瓦(Tungurahua)火山爆發,火山灰雲高度達一萬公尺(三萬三千英尺),並飄散到最大城圭亞基爾市上空,造成圭亞基爾機場關閉,圭亞斯省學校停課,數千居民疏散至安全地方。

萬那度—亞速爾火山
2010年5月31日太平洋島國萬那度坦那島的亞速爾(Azores)火山爆發,雖然火山灰雲高度僅1800公尺(約6000英尺),但是影響範圍達341平方公里,不但威脅周圍村莊6000 名居民之安全,而且干擾到太平洋區民航機之飛安,連附近的新克里多尼亞機場也因而關閉,但是這一次火山灰雲之危害遠不及冰島艾雅法拉火山爆發那麼大。

火山灰雲之定義、性質和結構
飛揚到高空的火山灰是一塊深灰色的「雲塊」,所以稱之為火山灰雲(Volcanic ash cloud),它可以綿延數百公里,即使在萬里無雲的大晴天,飛機上的雷達和地面上的氣象觀測儀器也無法偵測出它的存在。由於火山爆發後,火山灰在天空中會隨著高空氣流之運行而移動,危害到在空中飛行的民航機,所以近十幾年來逐漸引起民航界之廣泛注意和重視,並加強對它的監測和測報、預報。以下再敘述火山灰雲之性質和結構。

火山灰雲是火山爆發之產物,當火山爆發時,火山礫和火山灰向上噴向天空,較重的火山礫即在對流層下部向下沉落到火山口四周之地面上,而質量較輕的火山灰則向上飛揚,並向四周擴散,混入積雲、高積雲、卷雲等各種雲層中,進而取代這些雲層,成為火山灰雲。由於火山灰含有大量二氧化硫,所以外觀呈現灰色。

火山灰不但可與各種雲層混合,而且可與大氣層中之水汽結合成火山灰雲。例如火山灰中之亞硫酸成分可與水氣及臭氧相結合成硫酸微粒子,懸浮在對流層內整整一年至三年仍然不會散去,不但使地面上之太陽日射量減少,而且這些硫酸微粒子和火山灰又是成雲致雨的天然凝結核,其效果也可以使地面降溫。

火山灰雲在火山口上空之範圍最初比較小,但是向上飛騰擴展,使到達對流層頂時,將變成圓盤狀或蕈狀隆起,其直徑可達400公里,其表面呈現許多放射狀及波紋狀隆起,這是火山爆發時,噴火作用之衝擊波所造成的結果。火山灰雲的垂直高度可達23公里之平流層底部,而且可以在高空飄流數千公里,甚至環繞全球,逗留時間一如在對流層之情況一樣,長達數月至二、三年之久,有如一把自然伸長之毛玻璃。將太陽輻射能量反射回太空,減少了到達地面之太陽輻射能量,使得地面氣溫降低。有關強烈火山灰雲的詳細結構如圖三所示,可見火山灰及火山礫的高度僅數公里,但是火山灰雲則可向上衝到距地20多公里之平流層。1980年美國華盛頓州的聖海侖火山爆發所造成之火山灰雲曾高達27公里真是世所罕見。遇有颱風侵襲火山爆發之所在地時,火山灰雲仍然可以衝過颱風之對流雲層,以蕈狀雲之形態呈現在颱風雲層之上方, 並使颱風強度減弱。

此外我們要注意, 遇到火山爆發後所形成的火山灰雲顆粒較大且較重時, 則高度僅及數千英尺, 飄不到較高的高度。【更詳細的內容,請參閱第521期科學月刊】

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