Druckwelle
Nach dem Vulkanausbruch bei Tonga konnte eine Luftdruck(doppel)welle auf der ganzen Welt registriert werden, so auch in Deutschland.
Heute vor einer Woche, am Samstag, 15.01.2022 gegen 4 UTC brach der Vulkan Hunga Tonga (eigentlich Hunga Tonga-Hunga Ha'apai) aus. Während Satellitenbilder des Ausbruchs schnell in den Medien kursierten, lässt sich das ganze Ausmaß der Naturkatastrophe nur langsam abschätzen.
Die Druckwelle der Hauptexplosion des Vulkanausbruches konnte auch über Deutschland von meteorologischen Messgeräten des DWD beobachtet werden. Die nachfolgenden Erläuterungen entstammen einem Hintergrundbericht der Kollegen vom Meteorologischen Observatorium Hohenpeißenberg:
Zuerst wurde die Druckwelle im Norden (Helgoland, 19:24 UTC) und später im Süden (Hohenpeißenberg, 20:02 UTC) erfasst. Verwendet man die kürzeste Entfernung auf einer Kugeloberfläche (Luftlinie der Druckwelle über den Nordpol vom Vulkan Hunga Tonga nach Helgoland: ca. 16.200 km und zum Hohen Peißenberg: ca. 16.900 km), um die Ausbreitung der Druckwelle zu beschreiben, dann kann man deren Geschwindigkeit abschätzen. Sie beträgt ca. 1.050 km/h. Zum Vergleich: Ein Interkontinental-Verkehrsflugzeug fliegt mit etwa 900-1.000 km/h. Die Schallgeschwindigkeit unter Standardbedingungen beträgt etwa 1.235 km/h.
In Abbildung 1 wird der zeitliche Verlauf des normierten Luftdruckes dargestellt. Die gezeigten Daten wurden an den hochsensiblen ICOS-Stationen des DWD gemessen, die im Rahmen des Integrated Carbon Observation System (ICOS) zahlreiche meteorologische Parameter erfassen. Der Durchgang der ersten Druckwelle an jeder Station und im Gesamteindruck der Durchgang von Nord nach Süd durch Deutschland ist gut zu erkennen. Schaut man sich die Maxima und Minima an, so erhält man eine Differenz von ca. 3 hPa, was einer Wellenamplitude von ca. 1,5 hPa entspricht. Die zeitliche Dauer zwischen Maximum und Minimum betrug ja nach Station zwischen 21 und 28 Minuten.
Es gab einen zweiten Durchgang der Welle. Die Richtung ist entgegengesetzt der ersten Welle und erreichte Deutschland über den Südpol, wodurch der Weg länger ist. Nimmt man den Erdumfang von 40.000 Kilometern, erhält man die Entfernungen vom Vulkan zum Hohen Peißenberg mit etwa 23.100 km und rund 23.800 km bis nach Helgoland. Die Amplitude der zweiten Welle war nur noch etwa ein Drittel so groß (+/- 0,5 hPa) wie die der ersten Druckwelle, wodurch es schwieriger wurde, sie in den Daten zu identifizieren. Der Durchgang durch Deutschland erfolgte diesmal von Süd nach Nord. Die Ankunftszeit für Hohenpeißenberg war 01:12 UTC am 16.01.2022 und für Helgoland 01:52 UTC. Damit ergibt sich eine leicht höhere Geschwindigkeit der Druckwelle von ca. 1.090 km/h. Diese geringe Abweichung liegt im Rahmen der Unsicherheiten, die in die Abschätzung eingingen.
Abbildung 2 zeigt wieder den zeitlichen Verlauf des normierten Luftdruckes. Zur übersichtlichen Darstellung und Unterscheidung der Linien wurde für jede Station ein geringer Wert (Bias) hinzuaddiert. Nun kann man auch für die zweite Druckwelle die Änderung des Luftdruckes an jeder Station und im Gesamteindruck den Durchgang der Welle von Süd nach Nord verfolgen.
Ausblick: Am Meteorologischen Observatorium Hohenpeißenberg betreibt der DWD ein Vulkanaschezentrum. Über die dortigen hochsensiblen Messgeräte, wie beispielsweise Ceilometer oder Lidar, können Vulkanaschepartikel in der Atmosphäre identifiziert werden. Es wird Wochen, wenn nicht gar Monate dauern, bis die Messgeräte Vulkanaerosolpartikel detektieren können. Aufgrund der geographischen Lage und der Erkenntnisse über den Austausch von Luftmassen in der Atmosphäre sind spürbare Auswirkungen auf Wetter und Klima in Deutschland nicht zu erwarten.
Dipl.-Met. Magdalena Bertelmann / Fachlicher Inhalt: Dr. Frank Wagner, Stefan Schwarzer (DWD Hohenpeißenberg)
Deutscher Wetterdienst