2022

Data assimilation of volcanic aerosol observations using FALL3D+PDAF

Mingari, L., Folch, A., Prata, A. T., Pardini, F., Macedonio, G., and Costa, A.: Data assimilation of volcanic aerosol observations using FALL3D+PDAF, Atmos. Chem. Phys., 22, 1773–1792, https://doi.org/10.5194/acp-22-1773-2022, 2022.

Abstract

Modelling atmospheric dispersal of volcanic ash and aerosols is becoming increasingly valuable for assessing the potential impacts of explosive volcanic eruptions on buildings, air quality, and aviation. Management of volcanic risk and reduction of aviation impacts can strongly benefit from quantitative forecasting of volcanic ash. However, an accurate prediction of volcanic aerosol concentrations using numerical modelling relies on proper estimations of multiple model parameters which are prone to errors. Uncertainties in key parameters such as eruption column height and physical properties of particles or meteorological fields represent a major source of error affecting the forecast quality. The availability of near-real-time geostationary satellite observations with high spatial and temporal resolutions provides the opportunity to improve forecasts in an operational context by incorporating observations into numerical models. Specifically, ensemble-based filters aim at converting a prior ensemble of system states into an analysis ensemble by assimilating a set of noisy observations. Previous studies dealing with volcanic ash transport have demonstrated that a significant improvement of forecast skill can be achieved by this approach. In this work, we present a new implementation of an ensemble-based data assimilation (DA) method coupling the FALL3D dispersal model and the Parallel Data Assimilation Framework (PDAF). The FALL3D+PDAF system runs in parallel, supports online-coupled DA, and can be efficiently integrated into operational workflows by exploiting high-performance computing (HPC) resources. Two numerical experiments are considered: (i) a twin experiment using an incomplete dataset of synthetic observations of volcanic ash and (ii) an experiment based on the 2019 Raikoke eruption using real observations of SO2 mass loading. An ensemble-based Kalman filtering technique based on the local ensemble transform Kalman filter (LETKF) is used to assimilate satellite-retrieved data of column mass loading. We show that this procedure may lead to nonphysical solutions and, consequently, conclude that LETKF is not the best approach for the assimilation of volcanic aerosols. However, we find that a truncated state constructed from the LETKF solution approaches the real solution after a few assimilation cycles, yielding a dramatic improvement of forecast quality when compared to simulations without assimilation.

Reference article

Política de privacitat

De conformitat amb la Llei Orgànica 3/2018, de 5 de desembre, de Protecció de Dades Personals i Garantia de Drets Digitals (LOPDGDD), el Reglament General de Protecció de Dades (RGPD) i la legislació relacionada, GEO3BCN-CSIC es compromet a complir amb l'obligació de secret respecte a les dades personals i el deure de tractar-les confidencialment després de realitzar les corresponents anàlisis de risc, en particular, de conformitat amb la disposició addicional primera de la LOPDGDD, les mesures de seguretat corresponents a les previstes en el Règim Nacional de Seguretat, necessàries per evitar la seva alteració, pèrdua, tractament o accés no autoritzat.

Els usuaris podran exercitar en qualsevol moment els seus drets d'accés, rectificació, cancel·lació, oposició, limitació o portabilitat dirigint-se per escrit a la Secretaria General del CSIC a C/Serrano 117, 28006 MADRID (Espanya), aportant fotocòpia del seu Document Nacional d'Identitat (DNI) o a través del Registre Electrònic del CSIC, situat a la seva Seu Electrònica, per al qual hauran de disposar d'un certificat electrònic reconegut. És possible contactar amb el Delegat de Protecció de Dades del CSIC a través d'aquest correu electrònic: delegadoprotecciondatos thecsic.es

GEO3BCN-CSIC es reserva el dret a modificar la present Política de Privacitat amb la finalitat d'adaptar-la a les últimes legislacions, jurisprudencials o interpretacions efectuades per l'Agència Espanyola de Protecció de Dades. En aquest cas, el CSIC anunciarà aquests canvis, indicant clarament amb antelació les modificacions efectuades, i sol·licitant, si es considera necessari, la seva acceptació.

No
Acceptar

Este sitio web utiliza cookies para que usted tenga la mejor experiencia de usuario. Si continúa navegando está dando su consentimiento para la aceptación de las mencionadas cookies y la aceptación de nuestra política de cookies, pinche el enlace para mayor información.

ACEPTAR
Aviso de cookies
Desplaça cap amunt