Red Temática CYTED 410RT0392, proyecto CENIZA  

Programa de movilidad internacional, estancia en el Barcelona Supercomputing Center, España. Referentes del proyecto, Dr. Arnau Folch. Estudiante de licenciatura María Soledad Osores, SHN (Servicio de Hidrograía Naval) Buenos Aires, Argentina.

INFORME FINAL  

INTRODUCCION Y OBJETIVO El objetivo de la estancia planteaba estudiar los escenarios relacionados con los eventos de

erupciones volcánicas recientes y pasados producidos en la región cordillerana, utilizando el

modelo FALL3D (Costa et al., 2006) de pronóstico de la dispersión y depósito de ceniza

volcánica acoplado al modelo de pronóstico del tiempo WRF-ARW. Uno de las principales

consecuencias de esta investigación con el modelo FALL3D era la transferencia de los

desarrollos logrados al Volcanic Ash Advisory Center en Buenos Aires (VAAC), actualmente

bajo la responsabilidad del SMN.

Así mismo se planteó la realización de pruebas de configuración de procesamiento paralelo para

instalarlas en el equipamiento del proyecto y su transferencia al del SMN, a fin de responder ante

la emergencia volcánica en un menor plazo de tiempo.

INTERCAMBIO DE CONOCIMIENTOS

1- Introducción al uso del FALL3D.

2- Revisión bibliográfica relacionada con:

• La determinación de la Distribución Total de Tamaños de Partículas (TSGD), input

necesario para la inicialización del modelo FALL3D,

• Determinación del rango de tasa de masa eruptada (Mastin et al., 2009)

• Antecedentes y cronologías de los casos de estudio: erupción del volcán Chaitén

ocurrida en Mayo de 2008 y erupción de la fisura en el Cordón Caulle “We Pillán”

ocurrida desde Junio de 2011

3- Configuración del input del modelo FALL3D a fin de optimizar los tiempos de procesamiento

paralelo.

4-Configuración del modelo a fin de realizar corridas a modo “restart”, es decir una vez

finalizado el período de pronóstico se continúa el próximo período de pronóstico iniciando desde

un entorno con la ceniza previa en el aire y depositada.

5- Procesamiento de diversas configuraciones de FALL3D a fin de obtener las mejores

simulaciones a modo pronóstico (empleando como input los pronósticos meteorológicos para

cada período procesados previamente en el SMN) de los eventos eruptivos Chaitén (Mayo 2008)

y de la fisura en el Cordón Caulle denominada“We Pillán” (Junio 2011).

6- Análisis y discusión de resultados

7- Configuración de procesamiento paralelo en el cluster del SMN mediante conexión remota

desde el BSC.

ELEMENTOS ANALIZADOS  

• Estimación de la distribución total de tamaños de partículas (TSGD) de caso Chaitén 2008

• Configuración para la optimización de tiempos de procesamiento paralelo del modelo

FALL3D para cada caso en función de las clases granulométricas y en función de la cantidad de

núcleos y procesadores en cluster.

• Comparación de dispersión de ceniza modelada con resultados de la aplicación de algoritmo

de Diferencia de Temperatura de Brillo (BTD o split window) desarrollado por Prata (1989)

procesada en el SMN para ambos casos de estudio.

• Comparación de depósito modelado con depósito medido en campo.

• Comparación de concentración de ceniza modelada en el nivel vertical más bajo con el

registro de las estaciones de la red sinóptica del SMN de reducción de visibilidad y la detección

de ceniza en suspensión

CASO DE ESTUDIO: EL VOLCAN CHAITÉN, CHILE

Una vez estimadas las dos TSGDs que caracterizaron los dos períodos más importantes de esta

erupción, se realizaron dos corridas de prueba a modo pronóstico empleando la opción de restart

cada 48 horas con pronósticos de WRF-ARW cada 72 horas. Se realizaron dos simulaciones,

donde se variaron las alturas de columna eruptiva en función de: los datos bibliográficos

recabados y el análisis de los diversos pulsos eruptivos detectados mediante imágenes IR del

satélite GOES 12 capturadas cada ~15 minutos. La primera simulación se realizó empleando las

facilidades del Mare Nostrum (BSC) y la segunda simulación se realizó en el cluster del SMN.

Se concluyó en que la mejor simulación se obtuvo a partir del uso de las alturas de columna

eruptiva estimadas a partir imágenes de temperatura de topes nubosos (GOES-12) y el uso de

sondeos cercanos al volcán, que eran inferiores a las registradas por observadores desde

superficie.

Finalmente continuando en Buenos Aires con las tareas iniciadas en el BSC, se presentó el 01 de

Noviembre de 2011 un artículo donde se presentan dichos resultados, para la edición especial del

Andean Geology relativa a la erupción del volcán Chaitén a publicarse en Julio de 2012.

METODOLOGIA

• Estimación de TSGDs empleando promedios pesados mediante datos granulométricos

obtenidos durante el trabajo de campo realizado por el Dr. Villarosa (CONICET-Inbioma) y el

Dr. Viramonte (CONICET-UNsa) durante la primera semana de la erupción y estimación de

pesos a partir de las isopacas obtenidas por Watt et al (2009).

• Selección de los períodos de pronóstico entre el 1 y el 9 de mayo de 2008.

• Selección de la resolución y dominio.

• Postprocesamiento siguiendo los valores de concentración de ceniza adoptados por la

autoridad del Reino Unido y EUROCONTROL donde discriminan entre zona de contaminación

moderada (concentración de ceniza entre 0.2 y 2 mg/m3) y zonas de alta contaminación (>2

mg/m3)

• Comparación de resultados con datos medidos

PRESENTACION DE RESULTADOS a) b)

Figura: a) Resultado de la columna de ceniza integrada verticalmente modelada por el FALL3D

inicializado el 02 de mayo de 2008 a las 08 UTC, acoplado al modelo meteorológico WRF-ARW

inicializado el 01 de mayo a las 12 UTC. b) Detección de ceniza mediante el algoritmo BTD a

partir de imagen MODIS (procesada por SMN).

Figura : a) Mapa de isopaca modelado b) mapa isopaca a partir de trabajo de campo obtenido por

Watt et al. (2009).

CONCLUSIONES

• Al comparar la distribución isopaquica obtenida por Watt et al (2009), y los

modelados por el FALL3D, se observó gran concordancia entre ambos.

• El pronóstico de dispersión de ceniza tuvo alta correlación con la identificación de

ceniza por la imagen BTD

CASO DE ESTUDIO: FISURA EN CORDÓN CAULLE “WE PILLÁN”, CHILE

Se estimó (previo al viaje) la TSGD y se emplearon las alturas de la columna eruptiva que se

utilizaron en la tarea operativa que desarrollo en el SMN a partir del inicio del evento eruptivo.

Con los resultados se realizó una comparación entre las salidas con y sin restart a fin de

cuantificar, en este caso y para la configuración particular de este evento, la importancia para la

aeronavegación de la reinicialización de los pronósticos de dispersión de ceniza.

Así mismo se compararon los resultados con las imágenes BTD procesadas por el SMN.

METODOLOGIA

• Misma que la del caso del Chaitén

PRESENTACION DE RESULTADOS

Figura: a) Resultado de la columna de ceniza integrada verticalmente modelada por el FALL3D

inicializado el 04 de junio de 2011 a las 18 UTC, acoplado al modelo meteorológico WRF-ARW

inicializado el 01 de mayo a las 12 UTC. b) Detección de ceniza mediante el algoritmo BTD a

partir de imagen NOAA (procesada por SMN).

FL050 ´ FL250

Figura: Diferencia de concentración de ceniza entre corrida con y sin restart para los niveles de

vuelo (FL) 050 y 250 para el 8 y 11 de Junio de 2011.

CONCLUSIONES

• El pronóstico de dispersión de ceniza tuvo alta correlación con la identificación de ceniza

por la imagen BTD

• Al comparar una corrida con y sin restart se identificó en promedio un desfasaje entre

ambos pronósticos de 12 horas, lo que indica que durante las pimeras horas de un pronóstico sin

restart el pronosticador carece de información del modelo.

• Al comparar con los datos de visibilidad se hallaron grandes dificultades para realizar la

comparación dada la falta o la existencia de errores de datos observados.

Referencias:

Bonadonna C., Houghton B. F.. 2005. Total grain-size distribution and volume of tephra-fall

deposits. Bull Volcanol (2005) 67:441–456.

L.G. Mastin , M. Guffanti , R. Servranckx , P. Webley , S. Barsotti , K. Dean , A. Durant , J.W.

Ewert , A. Neri , W.I. Rose , D. Schneider , L. Siebert, B. Stunder , G. Swanson , A.

Tupper , A. Volentik , C.F. Waythomas. 2009. A multidisciplinary effort to assign

realistic source parameters to models of volcanic ash-cloud transport and dispersion

during eruptions. Journal of Volcanology and Geothermal Research.

Prata A. J., (1989): Observations of volcanic ash clouds in the 10-12 µm window using

AVHRR/2 data. Int J. Remote Sensing, 10(4-5): 751-761

Watt, S.F.L., Pyle, D.M., Mather, T.A., Martin, R.S., Matthews, N.E., 2009. Fallout and

distribution of volcanic ash over Argentina following the May 2008 explosive eruption of

Chaiten, Chile. J. Geophys. Res.-Sol Ea 114, B04207, doi:10.1029/2008JB006219,

002009.