Extent of Eyjafjallajökull Eruption Ash Plume and Effect on European Air travel

By: Cyrus Bina GEO 327G 12/3/2010  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Introduction 

On April 14th, 2010 the Icelandic volcano, Eyjafjallajökull, entered a stage of eruption which sent incredible amounts ash up to 30,000 feet in the air (the typical cruising altitude of commercial jets). Across Europe and around the world, air travel was disrupted as the ash cloud made its way across the continent. The importance of learning the behavior of the airborne ash has become evident in the disastrous effect of the ash. 

 

 

 

 

Purpose:  

In or der to characterize the behavior of the airborne ash, it is nessecary to find the area 

of the ash plume each day during the eruption and after. Comparing these daily measurements 

may give insight to the way ash plumes expand and travel. Using flight path data and the 

digitized ash plumes, it will be possible to determine what flight paths were directly affected by 

the plume. To help answer these questions, satellite imagery of the plume above Iceland and 

northern Europe will be taken from the MODIS rapid response system gallery and 

georeferenced so a polygon may be digitized from its outline.  

 

 

 

 

 

 

 

 

I.

As part o

was foun

MODIS ra

downloa

defines it

name in 

Volcano 

these file

explorer.

accurate 

at http://

into a .GZ

lab comp

uncompr

preproce

Figure 1: From Apr

 

Data Co

of this projec

nd from the 

apid respons

ded from  ht

ts location; b

order for arc

Shapefiles fo

es were com

. It was nece

map to geo

/data.geoco

Z folder. I wa

puters, but t

ressed, the f

essing sectio

Original MODril 15, 2010 pr

llection: 

ct, I needed t

lab 2 folder 

se system; t

ttp://rapidfi

both of thes

c map to rec

or all of the 

mpressed in a

essary to obt

reference th

mm.com/. T

as not able t

hankfully, m

files had to b

n.  

DIS Rapid Resrovided by NA

to find a ma

from this lab

hey were us

re.sci.gsfc.n

e files had to

cognize it. Th

Northern He

a zip folder; t

tain a more d

he MODIS im

The files form

to download

my Macbook 

be converted

sponse photoASA 

p of the wo

b.   250m res

sed for geore

asa.gov as  j

o be stored 

hese images

emisphere w

the .shp files

detailed ma

mages to. Th

m this site w

d an unzippin

laptop was 

d to shapefil

o of Eyjafjalla

rld with poli

solution ima

eferencing t

jpeg files alo

under the sa

s did not hav

were found a

s were easily

p of Iceland

is political b

were .E00 file

ng software 

able to unzi

es which wi

ajokull Ash pl

itical bounda

ages were ob

he plume. T

ong with its w

ame folder a

ve a spatial r

at www.map

y extracted 

 in order to 

boundary po

es that were

to extract th

p the files. A

ll be discuss

lume over No

aries; this m

btained from

This data was

world file th

as the same 

reference  

pcruzin.com

in windows 

have a more

lygon was fo

 compressed

he files on th

After being 

sed in the Da

orthern Europ

ap 

m the 

s 

hat 

file 

; 

e 

ound 

d 

he 

ata 

 

pe. 

 

II.

The .E00 

http://da

Using Arc

“Convers

the proje

thereafte

political b

WGS 198

to leave t

Figure 2: .shp file t

 

 

Data Pre

files of the 

ata.geocomm

cCatalog, I o

sion” > “to c

ect was the W

er, was proje

boundary of

84. Since the

these layers

Using the Imo be used in 

eprocessin

political bou

m.com/ had 

opened the T

overage” > “

World Map f

ected “on‐th

f Iceland pol

ere were no 

 as projecte

port from IntArcGIS 

ng: 

undary of Ice

to be conve

Toolbox and 

“Import from

file which is 

he‐fly” into t

ygon was or

excessively c

d on the fly.

terchange Fil

eland that w

erted into a .

selected Co

m interchang

in GCS WGS

his coordina

riginally in C

complicated

  

e tool under 

were downloa

.shp file in o

overage tools

ge file”. The 

S 1984. All da

ate system. A

larke 1866, i

d calculation

Coverage too

aded from 

order to be u

s and went t

first file tha

ata that was

Although the

it was projec

ns in this proj

ols to conver

used in ArcM

through 

at I imported

s imported 

e source for

cted on the 

ject, it was o

rt .E00 file int

Map. 

d into 

 the  

fly in 

okay 

 

to 

 

III.

The volca

volcanoe

those on

volcano p

exported

From the

carried o

Figure 3: S

 

ArcGIS P

ano  shapefi

es in the Nor

ly in Iceland

points that w

d them to cre

ese points I w

out the same

Selecting onl

Processing

le that was d

rthern hemis

d, I used the 

were within 

eate a new s

went to the 

e steps as ab

y volcanoes t

g: 

downloaded

sphiere. In o

Select by loc

the Iceland 

shapefile tha

attribute tab

bove.  

that are with

d from mapc

order to narr

cation tool a

polygon.  Af

at was autom

ble and selec

hin the Icelan

cruzin.com c

row down th

and specified

fter these po

matically add

cted the Eyj

 

d polygon. 

contained all

he number o

d that I only 

oints were se

ded to the m

afjallajokull 

l of the 

of volcanoes 

wanted the

elected I 

map project.

volcano and

to 

e 

  

d 

 

Georefer

T

reference

in order t

imported

downloa

project. I

choose t

toolbar. 

the corre

came int

see the Ic

Figure 4: screensho

Once all 

rencing: 

he MODIS im

es so it was 

to determin

d into ArcMa

ded with it i

I had to “Zoo

he image I w

From there, 

esponding po

o play and m

celand polyg

Middle of Proot was taken.

control poin

mages that w

necessary to

e the extent

ap without a

ndicated. Th

om to layer”

wanted to ge

I used the “

oint on the I

made for a m

gon underne

ocess of geor. Image has t

nts were sele

were downlo

o georeferen

t of the Volc

any spatial re

hese coordin

” in order to 

eoreference 

“add control 

celand polyg

more accurat

eath the ima

referencing jpransparency 

ected, the im

oaded from 

nce the imag

anic ash plu

eference, th

nates did not

be able to v

in the drop 

points” too

gon. This is w

te match bet

age, the tran

peg image. Mof 30% 

mage was rec

NASA did no

ges onto the

me. When t

ey plotted w

t match up w

view the ima

down menu

l to select a 

where the m

tween the p

nsparency of

More control p

ctified in ord

ot have any 

e preexisting

the Images w

where the w

with the pro

age at all. Ne

u of the geor

point on the

more detaile

picture and m

f the image w

points were s

der to make 

spatial 

g WGS_1984

were first 

orld file that

ojection of th

ext I had to 

referencing 

e jpeg and se

d map of Ice

map. In orde

was set to 30

selected afte

the 

4 map 

t was 

he 

elect 

eland 

er to 

0%. 

r the 

 

georeferNorthern

Digitizing

O

plume. T

that are 

geodatab

Geodata

classes. W

Arcmap p

Fi

 

encing permn Europe. 

g: 

Once the ima

To be able to

being create

base to be st

base was cre

When creati

project, whic

igure 5: Defin

manent. This 

age of the pl

o digitize, it is

ed can be sto

tored in and

eated I had c

ng the Featu

ch was WGS

ning the XY co

same proce

ume was ge

s necessary 

ored. To do t

 navigated t

create a new

ure dataset, 

S 1984.  

oordinate sys

ess was carri

oreferenced

to create a n

this, I right‐c

to “new” > “

w feature da

I had to set 

stem one the

ed out for th

d, I could dig

new geodata

clicked on th

“Personal Ge

ataset that w

the coordin

e Feature Dat

he MODIS im

gitize the out

abase where

he folder I w

eodatabase”

would hold th

nate system t

 

 taset

mage above 

tline of the 

e the polygo

wanted the 

. Once the 

he feature 

to that of th

ons 

he 

 

 

Next,  a f

was digit

The rest 

figure be

 

 

Figure 6: 

 

feature class

tizing a polyg

of the prope

elow.  

Fields specifi

s was create

gon, I set the

erties that w

ed in Plume 

d for the po

e field: “type

were set whe

polygon feat

lygon that w

e of feature 

en creating t

ure class. 

would encom

stored in Fe

the feature c

 

mpass the as

eature class”

class are pro

sh plume. Sin

” to polygons

ovided in the

nce I 

s. 

e 

 

 

 

 

O

and start

digitized 

plume w

 

Figure 7: 

From the

was no sa

 

 

Once the geo

t editing. I se

around the 

as quite not

Digitizing pro

e image abov

atellite imag

odatabase an

elected the g

ash plume i

ticeable in th

ocess showin

ve, it can be

gery for that

nd featurecla

geodatabase

n the satellit

he image.  

g verticies us

seen that th

t area from t

ass were cre

e that was cr

te image; th

sed to create 

here is an ar

the same day

eated, I could

reated earlie

his was not to

plume polyg

rea that had 

y. 

d go to the E

er; using the

oo difficult s

gon. 

to be inferr

Editor toolba

e sketch tool

since the ash

red since the

ar 

, I 

h 

 

ere 

 

Calculati

In order t

field in th

geometry

express t

 

 

Figure 8: 

 

 

 

 

 

 

 

 

ng the Area

to calculate 

he attribute 

y of the poly

the value in 

Calculating A

 of the Ash 

the area of 

table of the

ygon. I used 

square kilom

Area of plume

Plume. 

the ash plum

 polygon. Af

the coordin

meters.  

e polygon 

me from the

fter making t

ate system o

e volcano, it 

the Area_Pl

of the data f

is necessary

ume field, I 

frame in ord

y to create a 

calculated t

der to be abl

new 

he 

e to 

Using Multiple days of digitized plume polygons to find a rate of plume expansion.  

If I was able to digitize multiple days of the plume’s extent, I could have compared the 

area of each polygon and determine at what rate it had expanded. To do this, I would follow 

the same steps that I used to find the area of the April 16th plume for the other days. Next, I 

could easily compare the sizes of the polygons by creating a graph in excel showing the 

percentage change in area for each day, or an average of the increase of spare kilometers 

perday 

 

 

Using flight path information to visualize effect of ash plume on commercial airtravel. 

If I was able to find either a line shapefile or even a map of European and transatlantic 

flights that I could georeference then digitize, I could then use the select feature and “select 

features by location” from the flightpath shapefile and tell the program to select feature that 

intersect with the ash plume polygon. This would give the flightpaths that are directly affected 

by the ash plume.  

   

 

 

 

   

IV. Results 

Area and Perimiter of Ash plume on April 16th, 2010 

 

  Area  Perimeter 

Ash Plume (April 16th)  1,200,188 sq. km  7,411 km  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Conclusion: 

  Determining the area of the Ash plume from the continuous eruption of the 

Eyjafjallajokull volcano can help Europe prepare for a similar situation in the future. It has been 

postulated that the recent eruption of Eyjafjallajokull may trigger an eruption from its larger 

nearby neighbor, the Katla volcano. Recording and evaluating the plume size and movement 

across Europe is an invaluable way to help prepare citizens and airlines for a possible repeat of 

this past years disaster. Unfortunately, with the data that was available to me, I was not able to 

compile an extensive map of the ash plume over the course of the eruption. I was only able to 

accurately digitize the plume extent on April 16th since it was the only day that had satellite 

images of both Iceland and Northern Europe. Visualizing the plume’s interaction with European 

flight paths can also help airlines prepare for a probable eruption of the Katla volcano.   

 

 

 

 

Figure 9: A

 

A final map shhowing the volcanic ash plume along wwith how Euroopean airspacce was affecteed.