PhD Presentation

1. Coordinatore
Prof. Luigi de Luca
Tutor
Prof. Vincenzo Della Corte
Prof. Angelo Riccio
Studente
dott. Giuseppe Agrillo

2.  Previsioni meteo ad alta risoluzione
 Previsioni di qualità dell’aria
 Dispersione delle particelle: ACT (Ash Cloud
Tracking)
 Applicazione
 Stromboli – eruzione del 2013-01-12
 Mt. Etna - eruzione del 2013-12-14,15,16

3.  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)

5.  12 nodi 144 core 2.67GHz
 288 GB di memoria RAM
 26 TB
 Network InfiniBand a bassa
latenza
 Linux CentOS
 Beowulf framework
 Compilatori gcc/pgi

6.  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

7.  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-CALMET-CALPUFF
 Dispersione delle polveri vulcaniche (ACT)
 Supporto alla gestione e alla sicurezza del
traffico aereo

8.  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
 VAACs (Volcanic Ash Advisor Centers)

9. Terzo anno
2013-2014
Secondo anno
2012-2013
CALPUFF: Eruzione Stromboli Gennaio 2013;
Analisi dell’evento e parametrizzazione
della sorgente emissiva;
Ottimizzazione del work-flow.
KML Engine
CALPUFF: Eruzione Etna Dicembre 2013;
Analisi di sensibilità (Tuning EXITVEL/STACKD).
KML ENGINE : Estrazione, creazione e
visualizzazione della distribuzione
della nube di cenere vulcanica
Primo anno
2011-2012
WRF: previsioni meteorologiche ad alta
Risoluzione spazio-temporale
CALMET:
Campi di vento ad alta
risoluzione

10.  12-Gen-2013 inizio fase eruttiva piroclastica
 Produzione di una densa nube di materiale litico
 Coordinate: 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)
[...] 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/Stromb
oli/attivita_stromboli.php

11.  Parametrizzazione della catena modellistica
ACT: Ash Cloud Tracking System
NX=100
NY=100
IUTM=33
IMISS=55
XREF=513.0
YREF=4288.0
GRIDKM=0.100
wrf3_d02_20130112Z00

12.  Parametrizzazione della catena modellistica
ACT: Ash Cloud Tracking System
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

13.  Stratovulcano: Eruzioni di tipo stromboliane
con fasi eruttive effusive e piroclastiche.
 Coordinate: 37°45.3’N 14°59.7’E
 Elevazione: 3350 m
 INGV Rap 51/2013 (data emissione 17/12)
 Inizio evento 12/14
 Fine evento 12/16
 Emissione di ceneri vulcaniche
 Formazione del pennacchio (plume)

14. Le condizioni standard del CALPUFF sono state
modificate in modo da tener conto delle
caratteristiche peculiari di un evento eruttivo
 Distribuzione granulometrica delle polveri
 Temperatura dei fumi
 Raggio della bocca eruttiva (STACKD)
 velocità di flusso di uscita (EXITVEL)
 frazione di massa di vapore
I valori di EXITVEL e STACKD sono statti variati
secondo dati raccolti da misure sul campo e
rapporti INGV per ogni giorno di simulazione
producendo un totale di 27 simulazioni.
ETNA Eruzione del 2013-12-14,15,16
EXITVEL STACKD
20 2
20 5
20 7
40 2
40 5
40 7
80 2
80 5
80 7

15. KML Engine

16. KML Engine

17. KML Engine

18. KML Engine

19. KML Engine

20.  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.

21.  EVENTI
◦ Workshop, “International Workshop on flash flood and debris flow risk
management in Mediterranean areas” - 26/01/2012
◦ Workshop, Nuove prospettive e tecnologie per il calcolo (E4 Computer
Engineering, Bologna, 13-14 Settembre 2012)
◦ V Convegno Nazionale sul Particolato Atmosferico (PM2012, Perugia, 16-
18 Maggio 2012)
◦ Introduction to Fortran90 (CINECA, Roma, 22-25 Gennaio 2013)
◦ 3th European Postgraduate Sustainable Development Symposium (Napoli,
UniParthenope, 13-15 Febbraio 2013)
◦ Esercitazione SQUALO 2013
◦ Convegno “Energie Rinnovabili ed Efficienza Energetica” 17/05/2013
◦ TBIZ 2013 - Smart University: forecast weather service and "OpenData"
applications to share weather and oceanographic content, 28-29/11/2013
◦ Workshop, UCS Test Drive - Two-Day Session Delivers Overview of Cisco
UCS - Roma, 13-14 Marzo 2014

22.  Agrillo Giuseppe, Riccio Angelo, Chianese Elena, Tirimberio Giuseppina, Monaco
Dario - –Sistema di previsioni per la qualità dell’aria: Modellistica operazionale ad
alta risoluzione per il calcolo dell’AOD per il bacino del mediterraneo centrale -
PM2014
 Agrillo Giuseppe, Riccio Angelo, Chianese Elena, Tirimberio Giuseppina, Monaco
Dario - –Sistema on-demand ad alta risoluzione spaziale per la previsione della
distribuzione e deposizione dei fumi emessi da incendi sulla regione Campania -
PM2014
 Riccio, E. Chianese, G. Agrillo, C. Esposito, L. Ferrara, G. Tirimberio - Source
apportion of atmospheric particulate matter: A joint Eulerian/Lagrangian approach -
Environmental Science & Pollution Research - Nov. 2013
 G. Agrillo, E. Chianese, A. Riccio, A. Zinzi - Modeling and characterization of air
pollution: perspectives and recent developments with a focus on the Campania
region (Southern Italy) - International Journal of Environmental Research 909-
916,Autumn 2013 ISSN: 1735-68652013
 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 - PM2012 – V Convegno Nazionale sul particolato Atmosferico -
16-18 Mag. 2012

23.  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)
 Atmospheric Chemistry and Physics 2nd ed - J. Seinfeld, S.
Pandis (Wiley, 2006)
 Mesoscale Meteorological Modeling - Roger A. Pielke (AP 2002
693s)
 William C. Skamarock et Al - A Description of the Advanced
Research WRF Version 3 - NCAR/TN–475+STR , ARW Tech Note
June 2008
 WRF-ARW V3: User’s Guide - This document is complementary to
the ARW Tech Note - July 2012
 S. Shire, R.Robe, E. Fernau, J.Yamartino - Calmet UserGuide -
Earth Tech Inc. 2000
 Ken Dean et Al. - PUFF: A high-resolution volcanic ash tracking
model - Journal of Volcanology and Geothermal Research 80
(1998) 1-16
 S. Shire, R.Robe, E. Fernau, J.Yamartino - A User’s Guide for the
CALPUFF Dispertion Model - Earth Tech Inc. 2000
 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
 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