WRF-CALMET-CALPUFF volcanic ash simulations
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Studente Dott. Giuseppe Agrillo
Tutor Prof. Angelo Riccio
Ing. Vincenzo Della Corte
Il progetto CCMMMA Dispersione delle particelle: Le polveri vulcaniche
Eruzione dello Stromboli: Risultati preliminari Attività svolte
Corsi e Seminari Eventi Piano di studi aggiornato
Contributi scientifici Bibliografia
Centro avanzato di previsione e monitoraggio ambientale
Catene modellistiche operazionali ◦ NOAA/GFS-WRF (previsioni meteo) ◦ Modelli accoppiati al WRF
CHIMERE (qualità dell’aria)
WW3 (stato del mare)
CALMET (venti alta risoluzione)
CALPUFF (trasporto di particelle da sorgenti attive)
Rete di monitoraggio ambientale ◦ Radar meteo (piovosità) ◦ Radar costiero (correnti superficiali) ◦ Centraline meteorologiche (stato
dell’atmosfera) ◦ Ondametri (altezza e periodo delle onde)
Sistema di previsione per il trasporto e la dispersione di sostanze in atmosfera (Chemical Weather Forecasting and Information System)
Catena modellistica WRF-EMEP-CHIMERE
◦ Qualità dell’aria (2011/2012)
PM10, PM25 (particolato)
CO, NO2 e SO2 (inquinanti gassosi)
Database europei EMEP su scala climatologicia
dataset meteorologico del CCMMMA
SO
2 [
pp
b]
Campi di vento ad alta risoluzione spaziale
◦ Limiti fisici del modello WRF e computazionali
◦ WRF-CALMET (interpolazione diagnostica)
◦ Mesh con risoluzione di 500, 250 e 100 metri
Golfo di Napoli:
Campo di vento, mesh a 500 metri
Sistema di previsione per il trasporto e la
dispersione di sostanze in atmosfera
◦ Trasporto del particolato atmosferico
◦ CALPUFF System (CALMET, CALPUFF, CALPOST): trasporto e dispersione di materiale
emesso da sorgenti attive simulando la dispersione e i processi di trasformazione lungo il percorso
Sistema di previsione per il trasporto e la
dispersione di sostanze in atmosfera
◦ Trasporto del particolato atmosferico
◦ CALPUFF System (CALMET, CALPUFF, CALPOST): trasporto e dispersione di materiale
emesso da sorgenti attive simulando la dispersione e i processi di trasformazione lungo il percorso
◦ Catena modellistica WRF-CALPUFF Sys.
Dispersione delle polveri vulcaniche
Sicurezza del traffico aereo
VAACs (Volcanic Ash Advisor Centers)
Rischio per la sicurezza del volo
◦ breve termine
Danni immediati alle strutture dell’aereo
Alterazione e blocco dei sensori di bordo
Contaminazione dell’aria in cabina
◦ Lungo termine
Erosione delle componenti meccaniche ed elettroniche
Contaminazione dei sistemi di ventilazione e pressurizzazione
Degrado delle piste degli aeroporti
16 April 2010: l’eruzione piroclastica del Eyjafjallajokull per molti giorni ha quasi interamente bloccato il traffico aereo dell’Europa.
Sono stati stimati circa 250 miliardi di dollari persi dalle compagnie aeree a causa del sistema di allerta che non è riuscito a distinguere cosa fosse dannoso da quello che invece non lo era.
http://www.flightradar24.com/
The MODIS instrument on NASA's Aqua satellite captured an ash plume from
Eyjafjallajökull Volcano over the North Atlantic at 13:20 UTC on 17 April 2010.
http://en.wikipedia.org
http://www.protezionecivile.gov.it/jcms/it/vulcani_attivi.wp
Attivi
Quiescenti
Etna Stromboli Colli Albani Campi Flegrei Ischia Vesuvio Lipari Vulcano Panarea Isola Ferdinandea Pantelleria
Area ad alto rischio geologico
Interessata da elevata attività vulcanica
Ubicazione: 38.789°N, 15.213°E
924 m sopra il livello del mare, la base si trova a 2000 m sotto il livello del mare
I crateri sommitali si trovano ad una quota di 750 m
Superficie totale: 12.6 chilometri quadrati (isola di Stromboli)
Fine 2012 inizio fase eruttiva, eruzione piroclastica 12-Gen-2013
[...] Alle 11.10 UTC la vista della Sciara è stata completamente oscurata per circa 20 min da una densa nube di vapore carico di particelle che risaliva a folate il versante. L’intensa emissione di vapore ha prodotto una nuvola carica di particelle litiche di inusuale grandezza che si è sviluppata sopra la sommità del vulcano. […]» Rep. N° 03/2013 – INGV http://www.pa.ingv.it/Eruzioni/Stromboli/attivita_stromboli.php
Parametrizzazione della catena modellistica WRF-CALMET-CALPUFF
wrf3_d02_20130112Z00
Parametrizzazione della catena modellistica WRF-CALMET-CALPUFF
NX=100 NY=100 IUTM=33 IMISS=55 XREF=513.0 YREF=4288.0 GRIDKM=0.100
wrf3_d02_20130112Z00
Parametrizzazione della catena modellistica WRF-CALMET-CALPUFF
NX=100 NY=100 IUTM=33 IMISS=55 XREF=513.0 YREF=4288.0 GRIDKM=0.100
wrf3_d02_20130112Z00
Parametrizzazione della catena modellistica WRF-CALMET-CALPUFF
X = 518.00,4293.84, 10.0, 0.0, 2.0, 2.0, 400.0, 0.0, 1.00E-04
NX=100 NY=100 IUTM=33 IMISS=55 XREF=513.0 YREF=4288.0 GRIDKM=0.100
wrf3_d02_20130112Z00
Parametrizzazione della catena modellistica WRF-CALMET-CALPUFF
X = 518.00,4293.84, 10.0, 0.0, 2.0, 2.0, 400.0, 0.0, 1.00E-04
NX=100 NY=100 IUTM=33 IMISS=55 XREF=513.0 YREF=4288.0 GRIDKM=0.100
wrf3_d02_20130112Z00
OUTPUT Concentrazione oraria e flussi di deposizione
Parametrizzazione della catena modellistica WRF-CALMET-CALPUFF
OUTPUT Concentrazione oraria e flussi di deposizione
X = 518.00,4293.84, 10.0, 0.0, 2.0, 2.0, 400.0, 0.0, 1.00E-04
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wrf3_d02_20130112Z00
natural-color satellite image Stromboli, volcanic plume
January 13, 2011 http://earthobservatory.nasa.gov
I risultati sono coerenti con l’evoluzione tipica del fenomeno in condizioni meteorologiche simili
Parametrizzazione della catena modellistica WRF-CALMET-CALPUFF
OUTPUT Concentrazione oraria e flussi di deposizione
X = 518.00,4293.84, 10.0, 0.0, 2.0, 2.0, 400.0, 0.0, 1.00E-04
NX=100 NY=100 IUTM=33 IMISS=55 XREF=513.0 YREF=4288.0 GRIDKM=0.100
wrf3_d02_20130112Z00
natural-color satellite image Stromboli, volcanic plume
January 13, 2011 http://earthobservatory.nasa.gov
I risultati sono coerenti con l’evoluzione tipica del fenomeno in condizioni meteorologiche simili
Integrazione in sistemi di Early warning ◦ Previsione della distribuzione della nube di
polveri
◦ Aumento dei fattori di sicurezza
◦ Contenimento delle perdite economiche
Valutazione del rischio delle ceneri vulcaniche nell’area del mediterraneo centrale
Supporto alle decisioni per la gestione del traffico aereo ◦ Spazi aerei sicuri;
◦ Rotte a minore grado di pericolosità;
◦ Campionamenti in-situ .
CORSI
◦ Development, Instrumentation an Flight Testing of UAVs (3 CFU )
◦ Chimica dell’Atmosfera (6 CFU)
◦ Introduzione alle Smart Structures (4 CFU)
◦ Research Methodologies: Agent-Based Systems and Social Simulation (3 CFU)
EVENTI ◦ V convegno Nazionale sul Particolato Atmosferico (PM2012, Perugia, 16-18 Maggio
2012)
◦ Seminario: Analysis of very high resolution optical and radar images (Prof. Denis Moura, 8-9 Ottobre 2012)
◦ Workshop: Nuove prospettive e tecnologie per il calcolo (E4 Computer Engineering, Bologna, 13-14 Settembre 2012)
◦ Introduction to Fortran90 (CINECA, Roma, 22-25 Gennaio 2013)
◦ 3th European Postgraduate Sustainable Development Symposium (Napoli, UniParthenope, 13-15 Febbraio 2013)
Anno Corso
Docente CFU
2011/2012 Top-down Design Prof. D.E. Withney 3
2011/2012 Game Theory and analysis of competitive dynamics for industrial system
Prof.ssa Mallozzi 3
2011/2012 Meteorologia e Oceanografia Prof.ssa Fusco 9
2011/2012 Geographical Information Science (GISce)
Prof. Fistola 3
2012/2013 Introduzione alle Smart Structures
Prof. A. Concilio 4
2012/2013 Development, Instrumentation, and Flight Testing of UAVs
Prof. M. R. Napolitano 3
2012/2013 Research Methodologies: Agent-Based Social Simulation
Prof.ssa C. Ponsiglione
3
2012/2013 Chimica dell’Atmosfera Prof. Riccio 6
2012/2013 ESA/ABC Net-Astrobiology Prof.ssa A. Rotundi 6
Totale CFU 40
PM2012 ◦ A. Riccio, G. Agrillo, A. Zinzi, R. Montella, R. Di
Lauro - CCMMMA: servizi di modellistica ambientale per la previsione meteorologica e di qualità dell'aria ad alta risoluzione spaziale
IJER ◦ Agrillo G., Chianese E., Riccio A., Zinzi A. -
Modeling and characterization of air pollution: perspectives and recent developments with a focus on the Campania region (Southern Italy) – approvato ed in corso di pubblicazione
Natural Hazards and Earth System
Sciences ◦ Validation of the CCMMMA WRF model for a
severe summertime weather event over Campania region of Italy. – in preparazione
Volcanic ash impacts on critical infrastructure Thomas M. Wilson. et al. - Physics and Chemistry of the Earth 45–46 (2012) 5–23
Encounters of Aircraft with Volcanic Ash Clouds: A Compilation of Known Incidents, 1953–2009 - Marianne Guffanti, et al. - USGS
Flight Safety and Volcanic Ash – Doc 9974, ICAO 2012
IV meeting of the international volcanic ash task force (IVATF/4) – Final report (Montréal, Canada, 13 to 15 June 2012)
Applications of the PUFF model to forecasts of volcanic clouds dispersal from Etna and Vesuvio - P.Daniele, et. al.- Computers & Geosciences 35 (2009) 1035–1049
The VOL-CALPUFF model for atmospheric ash dispersal: Approach and physical formulation - S. Barsotti, A. Neri and J. S. Scire - JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH, VOL. 113
MAFALDA: An early warning modeling tool to forecast volcanic ash dispersal and deposition - S. Barsotti, L. Nannipieri, and A. Neri – Geochemistry Geophysics Geosystems, Volume 9, Number 12
Porting su Grid del modello TEPHRA per la previsione della dispersione delle ceneri vulcaniche – rapporto tecnico – INGV Anno 2009 Numero 105
Volcanic hazard at Vesuvius: An analysis for the revision of the current emergency plan - G. Rolandi - Journal of Volcanology and Geothermal Research 189 (2010) 347–362