Characterization of Tajogaite volcanic plumes detected over the Iberian Peninsula from a set of satellite and ground-based remote sensing instrumentation

Abstract

Se detectaron tres penachos volcánicos durante la actividad eruptiva del volcán Tajogaite (Islas Canarias, España, septiembre-diciembre de 2021) sobre la Península Ibérica. La evolución espacio-temporal de estos eventos se caracteriza mediante la combinación de teledetección pasiva por satélite y sistemas lidar y fotómetro solar terrestres. El algoritmo de inversión GRASP se utiliza con un conjunto de instrumentos de teledetección terrestre, como lidar/ceilómetro y fotómetro solar, procedentes de ocho emplazamientos situados en distintos puntos de la Península Ibérica. Las observaciones por satélite mostraron que los penachos de cenizas volcánicas permanecieron cerca de las Islas Canarias durante todo el periodo de actividad eruptiva y que los penachos de dióxido de azufre alcanzaron la Península Ibérica. Las observaciones por teledetección mostraron que los tres eventos estaban compuestos principalmente por sulfatos, que fueron transportados desde el volcán a la troposfera libre. Los elevados exponentes Ångström relacionados con la retrodispersión para las longitudes de onda de 532-1064 nm y los bajos coeficientes de despolarización de partículas, medidos por el lidar Raman de longitud de onda múltiple, apuntaban a la presencia de pequeñas partículas esféricas. La profundidad óptica del aerosol de capa a 532 nm obtenida a partir de las mediciones del lidar contribuyó entre un 49% y un 82% a la AOD de columna total de AERONET a 532 nm en el evento II (11-13 de octubre). De acuerdo con las recuperaciones GRASP, la profundidad óptica del aerosol en capa a 440 nm fue mayor en todos los sitios durante el evento II con valores entre 0,097 (Badajoz) y 0,233 (Guadiana-UGR) y menor en el evento III (19-21 octubre) variando entre 0,003 (Granada) y 0,026 (Évora). En comparación con las recuperaciones GRASP del AOD total de la columna a 440 hubo contribuciones entre el 21% y el 52% durante el evento II. En el evento I (25-28 de septiembre), las concentraciones medias de volumen (CV) de AOD440 variaron entre 5 ± 4 μm3 cm-3 (El-Arenosillo/Huelva) y 17 ± 10 μm3 cm-3 (Guadiana-UGR), mientras que en el evento II esta variación fue de 11 ± 7 μm3 cm-3 (Badajoz) a 27 ± 10 μm3 cm-3 (Guadiana-UGR). Debido al impacto de los eventos volcánicos en ámbitos atmosféricos y económicos, como el forzamiento radiativo y la seguridad del espacio aéreo, se requiere una caracterización adecuada. Este trabajo la acomete utilizando instrumentación y métodos avanzados.

Three volcanic plumes were detected during the Tajogaite volcano eruptive activity (Canary Islands, Spain, September–December 2021) over the Iberian Peninsula. The spatiotemporal evolution of these events is characterised by combining passive satellite remote sensing and ground-based lidar and sun-photometer systems. The inversion algorithm GRASP is used with a suite of ground-based remote sensing instruments such as lidar/ceilometer and sun-photometer from eight sites at different locations throughout the Iberian Peninsula. Satellite observations showed that the volcanic ash plumes remained nearby the Canary Islands during the whole period of eruptive activity and that sulphur dioxide plumes reached the Iberian Peninsula. Remote sensing observations showed that the three events were mainly composed of sulphates, which were transported from the volcano into the free troposphere. The high backscatter-related Ångström exponents for wavelengths 532–1064 nm and low particle depolarization ratios, measured by the multi-wavelength Raman lidar, hinted at the presence of spherical small particles. The layer aerosol optical depth at 532 nm obtained from lidar measurements contributed between 49% and 82% to the AERONET total column AOD at 532 nm in event II (11–13 October). According to the GRASP retrievals, the layer aerosol optical depth at 440 nm was higher in all sites during event II with values between 0.097 (Badajoz) and 0.233 (Guadiana-UGR) and lower in event III (19–21 October) varying between 0.003 (Granada) and 0.026 (Évora). Compared with the GRASP retrievals of total column AOD at 440 had contributions between 21% and 52% during event II. In the event I (25–28 September), the AOD440 mean volume concentrations (VC) varied between 5 ± 4 μm3 cm−3 (El-Arenosillo/Huelva) and 17 ± 10 μm3 cm−3 (Guadiana-UGR), while in event II this variation was from 11 ± 7 μm3 cm−3 (Badajoz) to 27 ± 10 μm3 cm−3 (Guadiana-UGR). Due to the impact of volcanic events on atmospheric and economic fields, such as radiative forcing and airspace security, a proper characterization is required. This work undertakes it using advanced instrumentation and methods.