Rekenen aan gigantische aspluimen

Zeven 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. Twee PhD’ers op de afdeling Mathematical Physics (faculteit EWI, TU Delft) , Guangliang Fu en Sha Lu, onderzochten hoe zo’n aspluim zich gedraagt en hoe je kunt voorspellen waar deze naartoe gaat.

De gigantische aspluim 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 hem om een voorspeller te maken, die berekent hoe de aspluim zich de komende twee dagen gedraagt. Dat is van onschatbare waarde voor luchtvaartmaatschappijen en vliegvelden. Fu is een van de eerste 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. Uit die metingen kan blijken, 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 promotie-onderzoek 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 hoogte 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.

Huwelijksaanzoek

Guangliang Fu and Sha Lu

Lu en Fu werkten niet alleen samen in hetzelfde team voor hun onderzoek, ze wonen ook samen in Delft. Ze ontmoetten elkaar tijdens hun bacheloropleiding wiskunde in China. “We volgden samen een hoorcollege, waar zo’n tweehonderd studenten zaten. Ze viel mij meteen op, omdat ze zo knap is”, zegt Fu. Hij sprak haar aan en sindsdien zijn ze samen.
Na hun studie wilden ze promoveren, maar alleen als ze beiden een aanstelling kregen en die kans verscheen in Delft. “We vinden het hier geweldig. Mensen zijn heel direct en delen hun kennis met ons. Daar leer ik heel veel van”, zegt Lu.

Over werk praten ze thuis zelden. “Dat bewaren we voor het kantoor. We willen elkaars onderzoek niet beïnvloeden, zonder dat er collega’s bij zijn. Bovendien is het vaak beter als je kritiek krijgt van een ander, dan van je partner”, zegt Fu lachend.
Delft neemt al een bijzondere plek in hun leven in, omdat ze er met zoveel plezier wonen en werken. Maar het werd nog specialer toen Fu Lu ten huwelijk vroeg op 1 maart direct nadat ze gepromoveerd was in de Aula. “Het was voor mij een complete verrassing en een schitterend moment”, zegt Lu. “Mijn ouders waren erbij aanwezig en ik vond het geweldig. We weten nog niet wanneer we gaan trouwen, maar we willen hoe dan ook in Nederland blijven. Het is geen probleem als we werk vinden in verschillende steden, maar we blijven samen. Bij elkaar en hier in Nederland voelen we ons thuis.”

Tekst: Robert Visscher | Foto: Mark Prins | April 2017