Logotyp: till Uppsala universitets webbplats

uu.sePublikationer från Uppsala universitet
Ändra sökning
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Atmospheric Dispersion Modellingof Volcanic Emissions
Uppsala universitet, Teknisk-naturvetenskapliga vetenskapsområdet, Geovetenskapliga sektionen, Institutionen för geovetenskaper, Luft-, vatten- och landskapslära.ORCID-id: 0000-0001-7909-0640
2015 (Engelska)Licentiatavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
Abstract [en]

Gases and particles released by volcanoes pose a serious hazard to humans and society. Emis-sions can be transported over long distances before being reduced to harmless concentrations.Knowing which areas are, or will be, exposed to volcanic emissions is an important part inreducing the impact on human health or society. In this thesis, the dispersion of volcanic emis-sions is studied using a set of atmospheric models. Two case studies have been performed, onestudying potential ash emission from future eruptions on Iceland, and a second covering SO2 emissions from Mt. Nyiragongo in D.R. Congo

The first study covers long range (∼1,000 km) dispersion of fine ash from explosive erup-tions. Three years of meteorological data are used to repeatedly simulate five eruption scenarios.The resulting concentrations of airborne ash at different times relative the onset of each eruptionis compared to current and previous threshold concentrations used by air traffic controllers. Theash hazard showed a seasonal variation, with a higher probability of efficient eastward transportin winter, compared to summer; summer eruptions pose a more persistent hazard.

In the second study, emissions of SO2 from passive degassing at Mt. Nyiragongo is studiedover a one–year period. The meteorological impact on the dispersion is studied by assigninga fixed emission source. Furthermore, flux measurements from the remote sensing data areused to improve the description of the emission source. Gases are generally transported to thenorth-west in June–August and to the south-west in December–January. A diurnal variation dueto land breeze around lake Kivu contributes to high concentrations of SO2 along the northernshore during the night. Daily averaged concentrations in the city of Goma (∼15 km SW of thesource) exceeded the European Union’s air quality standard (125 μg/m 3 ) for 120-210 days overa one year period.

Abstract [sv]

Gas- och partikelutsl ̈app fr ̊an vulkaner utg ̈or en fara för människor och för vårt samhälle. Utsläppen kan transporteras över långa avstånd innan de reduceras till ofarliga halter. Att kännatill vilka områden som utsätts, eller kommer utsättas, för utsläppen är ett viktigt verktyg för att minska påverkan påv folkhälsa och samhället. I den här avhandlingen studeras spridningen av utsläpp från vulkaner med hjälp av en uppsättning atmosfärsmodeller. Två fallstudier har utförts,en fokuserar på vulkanaska från potentiella framtida utbrott på Island, den andra studerar SO2 -ustl äpp fr ̊an Nyiragongo i Demokratiska Republiken Kongo.

Den f ̈orsta studien beskriver l ̊angv ̈aga (∼1,000 km) transport av aska från explosiva utbrott.Tre är av meteorologiska data används för att modellera spridningen från fem olika utbrotts-scenarier för varierande vädersituationer. Koncentrationen av luftburen aska studeras vid olikatidpunkter relativt utbrottens starttid och j ̈amf ̈ors med tidigare samt befintliga gränsvärden för flygtrafik. Sannolikheten för skadliga halter aska varierar med årstid, med en högre sannolikhetför effektiv transport österut under vintermånaderna, jämfört med sommarmånaderna; sommar-utbrott är istället mer benägna att orsaka långvariga problem över specifika områden.

I den andra studien modelleras utsl ̈app av SO 2 från passiva utsläpp vid Nyiragongo över en ettårsperiod. Den meteorologiska effekten på spridningen studeras genom att använda en konatant utsläppskälla. Dessutom studeras spridningen mer i detalj genom att använda fjärranalysdata för att bättre uppskatta utsläppen. Gaserna transporteras i regel mot nordväst i juni–augusti ochmot sydväst i december–februari. En sjö-/landbriscirkulation runt Kivusjön orsakar höga halterav SO2 längs sjöns norra strand nattetid. Dygnsmedelkoncentrationer av SO2 i provinshuvud-staden Goma (∼15 km sydväst om Nyiragongo) överskred EU-riktlinjer (125 μg/m3 ) under 120-210 dagar under en ettårsperiod.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
Uppsala universitet, 2015.
Nationell ämneskategori
Meteorologi och atmosfärforskning
Forskningsämne
Meteorologi
Identifikatorer
URN: urn:nbn:se:uu:diva-263081OAI: oai:DiVA.org:uu-263081DiVA, id: diva2:856803
Presentation
2015-10-09, Småland Dm235, Geocentrum, Villavägen 16, Uppsala, 10:15 (Engelska)
Opponent
Handledare
Tillgänglig från: 2015-10-12 Skapad: 2015-09-25 Senast uppdaterad: 2017-01-25Bibliografiskt granskad
Delarbeten
1. Estimating volcanic ash hazard in European airspace
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>Estimating volcanic ash hazard in European airspace
2014 (Engelska)Ingår i: Journal of Volcanology and Geothermal Research, ISSN 0377-0273, E-ISSN 1872-6097, Vol. 286, s. 55-66Artikel i tidskrift (Refereegranskat) Published
Abstract [en]

The widespread disruption of European air traffic in late April 2010, during the eruption of Eyjafjallajökull,showed the importance of early assessment of volcanic hazard from explosive eruptions. In this study, wefocus on the short-term hazard of airborne ash from a climatological perspective, focusing on eruptions onIceland. By studying eruptions of different intensity and frequency, we estimate the overall probability that ashconcentration levels considered hazardous to aviation are exceeded over different parts of Europe.

The method involves setting up a range of eruption scenarios based on the eruptive history of Icelandic volcanoes,and repeated simulation of these scenarios for 2 years' worth of meteorological data. Simulations are conducted using meteorological data from the ERA-Interim reanalysis set, which is downscaled using the Weather Researchand Forecasting (WRF) model. The weather data are then used to drive the Lagrangian particle dispersion model FLEXPART-WRF for each of the eruption scenarios. A set of threshold values, commonly used in Volcanic Ash Advisories, are used to analyze concentration data from the dispersion model.

We see that the dispersion of ash is highly dominated by the mid-latitude westerlies and mainly affect northern UK and the Scandinavian peninsula. The occurrence of high ash levels from Icelandic volcanoes is lower over con-tinental Europe but should not be neglected for eruptions when the release rate of fine ash (<16 μm) is in theorder of 107 kg s−1 or higher.

There is a clear seasonal variation in the ash hazard. During the summer months, the dominating dispersiondirection is less distinct with some plumes extending to the northwest and Greenland. In contrast, during thewinter months, the strong westerly winds tend to transport most of the emissions eastwards. The affected area of a winter-time eruption is likely to be larger as high concentrations can be found at a further distance downwind from the volcano, effectively increasing the probability of hazardous levels of ash reaching the European continent.

The concentration thresholds for aviation, which were adopted after the Eyjafjallajökull eruption in 2010, havestrong influence on the hazard estimates for weaker eruptions but is less important for larger eruptions; thusash forecasts for weaker eruptions are likely more uncertain in comparison to larger eruptions.

Nyckelord
Dispersion modelling, FLEXPART, Aviation safety, Climatology Hazard, Iceland
Nationell ämneskategori
Meteorologi och atmosfärforskning Multidisciplinär geovetenskap
Identifikatorer
urn:nbn:se:uu:diva-233386 (URN)10.1016/j.jvolgeores.2014.08.022 (DOI)000346551400006 ()
Tillgänglig från: 2014-10-02 Skapad: 2014-10-02 Senast uppdaterad: 2017-12-05Bibliografiskt granskad
2. Seasonal and diurnal patterns in the dispersionof SO2 from Mt. Nyiragongo
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>Seasonal and diurnal patterns in the dispersionof SO2 from Mt. Nyiragongo
Visa övriga...
2016 (Engelska)Ingår i: Atmospheric Environment, ISSN 1352-2310, E-ISSN 1873-2844, Vol. 132, s. 19-29Artikel i tidskrift (Refereegranskat) Published
Abstract [en]

Mt. Nyiragongo is an active volcano located in the Democratic Republic of Congo, close to the border of Rwanda and about 15 km north of the city of Goma (similar to 1,000,000 inhabitants). Gases emitted from Nyiragongo might pose a persistent hazard to local inhabitants and the environment. While both ground- and satellite-based observations of the emissions exist, prior to this study, no detailed analysis of the dispersion of the emissions have been made. We have conducted a dispersion study, using a modelling system to determine the geographical distribution of SO2. A combination of a meteorological model (WRF), a Lagrangian particle dispersion model (FLEXPART-WRF) and flux data based on DOAS measurements from the NOVAC-network is used. Since observations can only be made during the day, we use random sampling of fluxes and ensemble modelling to estimate night-time emissions. Seasonal variations in the dispersion follows the migration of the Inter Tropical Convergence Zone. In June-August, the area with the highest surface concentrations is located to the northwest, and in December-February, to the southwest of the source. Diurnal variations in surface concentrations were determined by the development of the planetary boundary layer and the lake-/land breeze cycle around lake Kivu. Both processes contribute to low surface concentrations during the day and high concentrations during the night. However, the strong northerly trade winds in November-March weakened the lake breeze, contributing to higher daytime surface concentrations along the northern shore of Lake Kivu, including the city of Goma. For further analysis and measurements, it is important to include both seasonal and diurnal cycles in order to safely cover periods of high and potentially hazardous concentrations.

Nyckelord
Dispersion modelling; Volcanic degassing; Nyiragongo; Sulfur dioxide; FLEXPART-WRF
Nationell ämneskategori
Geovetenskap och miljövetenskap Meteorologi och atmosfärforskning
Forskningsämne
Meteorologi
Identifikatorer
urn:nbn:se:uu:diva-264437 (URN)10.1016/j.atmosenv.2016.02.030 (DOI)000374614500003 ()
Forskningsfinansiär
EU, Europeiska forskningsrådet, 18354Sida - Styrelsen för internationellt utvecklingssamarbete, SWE-2008-064Swedish National Infrastructure for Computing (SNIC), p2011191
Tillgänglig från: 2015-10-12 Skapad: 2015-10-12 Senast uppdaterad: 2022-01-29Bibliografiskt granskad

Open Access i DiVA

fulltext(2982 kB)691 nedladdningar
Filinformation
Filnamn FULLTEXT01.pdfFilstorlek 2982 kBChecksumma SHA-512
dee32ff157d95f3e435091620fa8c859f77ea1a62f9dbd48fe86d357ed75e4e39c6ce2dd4b125587b952fdf4458fc76889feec6b2a08fca18027d5dbd2fd8d68
Typ fulltextMimetyp application/pdf

Person

Dingwell, Adam

Sök vidare i DiVA

Av författaren/redaktören
Dingwell, Adam
Av organisationen
Luft-, vatten- och landskapslära
Meteorologi och atmosfärforskning

Sök vidare utanför DiVA

GoogleGoogle Scholar
Totalt: 691 nedladdningar
Antalet nedladdningar är summan av nedladdningar för alla fulltexter. Det kan inkludera t.ex tidigare versioner som nu inte längre är tillgängliga.

urn-nbn

Altmetricpoäng

urn-nbn
Totalt: 1121 träffar
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf