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New submodel for emissions from Explosive Volcanic ERuptions (EVER v1.1) within the Modular Earth Submodel System (MESSy, version 2.55.1)

Kohl, Matthias und Brühl, Christoph und Schallock, Jennifer und Tost, Holger und Jöckel, Patrick und Jost, Adrian und Beirle, Steffen und Höpfner, Michael und Pozzer, Andrea (2025) New submodel for emissions from Explosive Volcanic ERuptions (EVER v1.1) within the Modular Earth Submodel System (MESSy, version 2.55.1). Geoscientific Model Development Discussions (GMDD), 18 (13), Seiten 3985-4007. Copernicus Publications. doi: 10.5194/gmd-18-3985-2025. ISSN 1991-9611.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
3MB

Offizielle URL: https://gmd.copernicus.org/articles/18/3985/2025/

Kurzfassung

This work documents the operation of a new submodel for tracer emissions from Explosive Volcanic ERuptions (EVER v1.1), developed within the Modular Earth Submodel System (MESSy, version 2.55.1). EVER calculates additional tendencies of gaseous and aerosol tracers based on emission source parameters, aligned to specific sequences of volcanic eruptions or other atmospheric emission sources and allowing various vertical emission profiles. We show that volcanic SO2 plumes can be reasonably reproduced through EVER emissions in numerical simulations with the ECHAM/MESSy Atmospheric Chemistry Model (EMAC), using satellite observations of SO2 columns and mixing ratios following the explosive eruption of the Nabro volcano (Eritrea) in 2011 and a degassing event of the Kilauea volcano (2018) in Hawaii. Previous volcanic studies have shown large variability in stratospheric SO2 burdens depending on the chosen volcanic emission databases and parameters. Sensitivity studies on SO2 emissions from the Nabro volcano explore perturbations of the emission source parameters, revealing that emission altitude and the emitted mass above the tropopause are most important for the mid- to long-term evolution of stratospheric SO2 plumes and the resulting stratospheric aerosol, while the correct timing and geographical location of the stratospheric entrance are crucial for the short-term plume evolution. We integrate information from a volcanic SO2 emission inventory, additional satellite observations, and our findings from the sensitivity studies to establish a historical standard setup for volcanic eruptions impacting stratospheric SO2 from 1990 to 2023. This setup was successfully evaluated with satellite observations of stratospheric SO2 burden and aerosol optical properties. We advocate for this to be a standardized setup in all simulations within the MESSy framework concentrating on the upper troposphere and stratosphere in this period. Further potential applications of EVER involve studies on volcanic ash, wildfires, solar radiation modification, and atmospheric transport processes.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/215005/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:New submodel for emissions from Explosive Volcanic ERuptions (EVER v1.1) within the Modular Earth Submodel System (MESSy, version 2.55.1)
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Kohl, MatthiasMax Planck Institut für Chemie, Mainz, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Brühl, ChristophMax Planck Institut für Chemie, Mainz, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schallock, JenniferMax Planck Institut für Chemie, Mainz, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Tost, HolgerUniversität Mainz, Mainz, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Jöckel, PatrickDLR, IPAhttps://orcid.org/0000-0002-8964-1394NICHT SPEZIFIZIERT
Jost, AdrianMax Planck Institut für Chemie, Mainz, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Beirle, SteffenMax Planck Institut für Chemie, Mainz, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Höpfner, MichaelKIT, Karlsruhe, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pozzer, AndreaMax Planck Institut für Chemie, Mainz, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2 Juli 2025
Erschienen in:Geoscientific Model Development Discussions (GMDD)
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Band:18
DOI:10.5194/gmd-18-3985-2025
Seitenbereich:Seiten 3985-4007
Verlag:Copernicus Publications
ISSN:1991-9611
Status:veröffentlicht
Stichwörter:EMAC, MESSy, Modular Earth Submodel System, Earth System Modelling, Chemistry-Climate Modelling, volcanic eruptions, volcanoes, SO2, sulphur dioxide, volcanic ash
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Atmosphären- und Klimaforschung, R - Projekt Klimarelevanz von atmosphärischen Spurengasen, Aerosolen und Wolken, R - Projekt MABAK
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Physik der Atmosphäre > Erdsystem-Modellierung
Hinterlegt von: Jöckel, Dr. Patrick
Hinterlegt am:02 Jul 2025 14:38
Letzte Änderung:02 Jul 2025 14:38

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