EVALUACIÓN DEL MODELO FALL3D-6.2 PARA TRES CASOS DE ...

EVALUACIÓN DEL MODELO FALL3D-6.2 PARA TRES CASOS DE ESTUDIO:
VOLCANES HUDSON, CHAITÉN Y CORDÓN DEL CAULLE.
María Soledad Osores (1),(2 , ) Estela Collini, (1),(2) , Paola Salio (3) , Arnau Folch (4) , José G.
Viramonte (5) , Gloria Pujol, (1) , Diana Rodríguez (1)
(1) Servicio Meteorológico Nacional, Argentina
(2) Servicio de Hidrografía Naval, Argentina
(3) Departamento de Ciencias de la Atmósfera y los Océanos, FCEYN, UBA, Argentina.
(4) Barcelona Supercomputing Centre, Barcelona, España
(5) CONICET-Universidad Nacional de Salta, Argentina
soledad_osores@hotmail.com
Resumen
Basado en la gran cantidad de volcanes geológicamente activos ubicados en Chile y Argentina, este
trabajo se focalizó en el modelado de la dispersión y depósito de ceniza empleando el modelo euleriano
FALL3D-6.2 para tres erupciones que impactaron fuertemente la Patagonia Argentina en los últimos 21
años, originadas por los volcanes: Hudson (Agosto 1991), Chaitén (Mayo 2008) y Cordón del Caulle
(Junio 2011) respectivamente.
Para ello, se acopló el modelo FALL3D-6.2 al modelo meteorológico de mesoescala WRF-ARW. En el
caso de la erupción más antigua se realizó a modo diagnóstico empleando los datos del ERA Interim
del ECMWF, como condiciones iniciales y de borde del WRF-ARW; mientras que el Chaitén y
Cordón del Caulle, se realizaron a modo pronóstico empleando los ciclos del GFS para inicializar y
brindar las condiciones de borde al WRF-ARW. Los dos últimos casos se realizaron empleando la
opción de reinicialización del FALL3D-6.2 que inicializa cada nuevo procesamiento con los campos
3D de concentración de ceniza y 2D de depósito total resultantes de la corrida anterior.
Se utilizaron diversas metodologías para la estimación de la altura de columna eruptiva, tales como la
combinación de radiosondeos e imágenes de topes nubosos, datos observacionales, artículos científicos,
entre otras. Las granulometrías para cada evento fueron estimadas “in situ” para el Cordón del Caulle y
partir de publicaciones especializadas en los casos antiguos.
Los criterios de evaluación de los pronósticos del FALL3D-6.2 dependieron del material disponible
en la época de la erupción. En el caso del volcán Hudson, la validación de la ubicación de la nube de
ceniza se realizó mediante las imágenes del sensor TOMS del satélite Nimbus 7 publicadas en otro
artículo, donde a partir de la detección de SO2 ligado a la nube volcánica y el índice aerosol (AI)
pudieron seguir la trayectoria de la nube. Para el Chaitén y Cordón del Caulle se emplearon las
imágenes de diferencia de temperatura de brillo (BTD) de los sensores MODIS y AVHRR de los
satélites AQUA/TERRA y NOAA 15-16-19 respectivamente. Para la validación de los depósitos de
ceniza modelados se emplearon los mapas isopáquicos calculados por diversos autores.
En general se logró un buen ajuste en la ubicación de la pluma volcánica en los distintos casos. En
ocasiones la nube de ceniza modelada no representó ciertos patrones nubosos probablemente asociados
a procesos difusivos. En cuanto al depósito, la comparación con las isopacas muestreadas en campo
presentó buena concordancia para los volcanes Hudson y Chaitén. Para el Cordón del Caulle, en
cambio, no se obtuvo el patrón identificado por el campo isopáquico probablemente debido al menor
detalle temporal de la altura de columna, como así también a la subestimación del tamaño de las
partículas en el cálculo de la distribución total.
Palabras clave: dispersión de ceniza, depósito, modelado numérico, validación.

EVALUATION OF THE FALL3D-6.2 MODEL FOR THREE CASES OF STUDY: HUDSON,
CHAITÉN AND CORDÓN DEL CAULLE VOLCANOES
Abstract
Based on the large amount of active volcanoes located in Chile and Argentina, this work is focused on
the modeling of volcanic ash dispersion and deposit applying the eulerian model FALL3D-6.2 to three
main eruptions that occurred in Patagonia in the past 21 years, they are from Hudson (August 1991),
Chaitén (May 2008) and Cordón del Caulle (June 2011) volcanoes.
Simulations were performed using the FALL3D-6.2 dispersion model coupled with the WRF-ARW
meteorological model. In the Hudson case, which was the oldest eruption, WRF-ARW was run in
diagnostic mode using ERA-INTERIM data set from ECMWF as initial field and boundary conditions,
while in case of Chaitén and Cordón del Caulle the meteorological model was run in forecast mode
using the GFS as initial field and boundary conditions. In the last two cases, the FALL3D-6.2 restart
option was used, where each run is initialized with the tridimensional volcanic ash concentrations and
bidimensional deposit fields resulting from the previous run.
Different methodologies were used to estimate the eruptive column height, using a combination of
rawinsonde and cloud top images, observations, scientific articles among others. The granulometry for
each event were estimated “in situ” for the Cordón del Caulle and from scientific articles for the older
cases.
The model results evaluation also depend on the information available at the time of the eruption. For
the Hudson case, the localization of the ash cloud was made using images already published from
sensor TOMS on board of the satellite NIMBUS 7, where from the detection of SO 2 present in the ash
cloud and the AI aerosol index, the cloud track can be determined. In case of Chaitén and Cordón del
Caulle, the comparison was made with sequences of MODIS and AVHRR sensors from the
AQUA/TERRA and NOAA 15-16-19 respectively, using ash detection algorithms based on the 11-12
µm channels Brightness Temperature Difference (BTD). In addition, deposit thickness measurements
from field campaigns were used to validate the modeled ash deposits.
The model results show a good representation of the localization of the volcanic ash. In few occasions,
the modelled ash cloud does not represent cloudy patterns probably associated with diffusive processes.
The forecasted ash deposits show a good agreement with the obtained from the field campaign
measurements in the case of Hudson and Chaitén. Meanwhile, for the Cordón del Caulle, it was not
posible to identify a pattern associated with the isopachs field calculated from the measurements. This
is probably due to the lack of temporal discrimination of the eruptive column height, as well as the
subestimation of the particles size in the total distribution calculations.