Large explosive eruptions of volcanoes pose the highest hazard to modern jet f lights, because such eruptions can eject as much as several cubic kilometers of volcanic ash and aerosol into the atmosphere during a few hours or days. The year 2016 saw eruptions on 5 of the 30 active Kamchatka volcanoes (Sheveluch, Klyuchevskoy, Bezymianny, Karymsky, and Zhupanovsky) and on 3 of the 6 active volcanoes that exist on the North Kuril Islands (Alaid, Ebeko, and Chikurachki). Effusive activity was observed on Sheveluch, Klyuchevskoy, Bezymianny, and Alaid. All volcanoes showed explosive activity. The large explosive events mostly occurred from September through December (Sheveluch), a moderate ash emission accompanied the entire Klyuchevskoy eruption in March–November, and explosive activity of Karymsky, Zhupanovsky, Alaid, and Chikurachki was mostly observed in the earlie r half of the year. The ash ejected in 2016 covered a total area of 600 000 km2, with 460 000 km2 of this being due to Kamchatka volcanoes and 140 000 km2 to the eruptions of the North Kuril volcanoes. The activity of Sheveluch, Klyuchevskoy, and Zhupanovsky was dangerous to international and local f lights, because the explosions sent ash to heights of 10–12 km above sea level, while the eruptions of Bezymianny, Karymsky, Alaid, Ebeko, and Chikurachki were dangerous for local flights, since the ash did not rise higher than 5 km above sea level.

В 2011 году была создана информационная система ―Дистанционный мониторинг активности вулканов Камчатки и Курил (ИС VolSatView)‖. Эта система предоставляет специалистам доступ к различной информации, включая долговременные архивы данных ДЗЗ, необходимой для решения задач дистанционного мониторинга вулканической активности, при этом требуется лишь наличие web-браузера. С момента запуска системы непрерывно расширялся перечень доступных в ней данных, а также инструментов их анализа. К настоящему времени накоплен опыт ежедневного использования системы специалистами-вулканологами. Настоящая статья рассказывает об актуальном состоянии системы, включая такие новые разработки как определение высоты пепловых шлейфов, развитие инструментов анализа временных рядов данных, создание специализированных продуктов обработки данных.

The information system "Remote monitoring of Kamchatka and Kuril Islands volcanic activity" (VolSatView IS) was created in 2011. The system provides specialists with access to a variety of information, including long-term archives of remote sensing data needed for remote monitoring of volcanic activity, requiring only a web browser to use the system. Since the launch of the system, the list of available data, as well as tools for their analysis, has been continuously expanding. By now, there is a lot of experience in daily use of the system by the specialists in volcanology. This article describes the current state of the system, including recent developments, such as determination of the height of ash plumes, improvement of the time series analysis tools, implementation of specialized data processing products.

В 2011 г. совместно с экспертами Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН (ИВиС ДВО РАН), Института космических исследований РАН (ИКИ РАН), Дальневосточного центра НИЦ «Планета» (ДЦ НИЦ «Планета») и Вычислительного центра ДВО РАН (ВЦ ДВО РАН) была создана первая версия информационной системы «Дистанционный мониторинг активности вулканов Камчатки и Курил» (ИС VolSatView). Система предоставляет специалистам информацию для решения задач дистанционного мониторинга вулканической активности, включая оперативные и долговременные архивы данных дистанционного зондирования Земли. Созданы различные веб-интерфейсы, которые позволяют получать доступ к распределённым архивам данных и вычислительным ресурсам, необходимым для их анализа и обработки. При этом для работы с системой не требуется специализированных настольных приложений, пользователям достаточно иметь веб-браузер и подключение к сети Интернет. С момента ввода в эксплуатацию ИС VolSatView велось постоянное расширение её возможностей, связанное как с объёмом и составом информации, поступающей в систему, так и с развитием инструментов её анализа, в том числе позволяющих проводить моделирование процессов распространения пепловых шлейфов. К настоящему времени накоплен достаточно большой опыт использования системы специалистами-вулканологами для решения задач постоянного оперативного мониторинга вулканической активности Камчатки и Курил, а также изучения вулканов. Работа посвящена описанию текущих возможностей ИС VolSatView, которые были реализованы в системе в последние годы, в том числе для определения высоты пепловых шлейфов и анализа временных рядов данных.

In 2011, the experts of the Institute of Volcanology and Seismology FEB RAS in cooperation with Space Research Institute RAS, Far-Eastern Center of SRC Planeta and Computing Center FEB RAS created the first version of the information system named “Remote Monitoring of Kamchatka and Kuril Islands Volcanic Activity” (IS VolSatView). The system provides experts with access to a variety of information, including long-term archives of remote sensing data needed for remote monitoring of volcanic activity. A number of web interfaces are developed to deal with the data provided by the system. They enable comprehensive data analysis and processing. However working with the system does not require any specialized desktop applications, but only a web browser and Internet connection to use the system. Since the launch of the system, the list of available data, as well as tools for their analysis, has been continuously expanding. By now, there is a lot of experience in daily use of the system by the experts in volcanology and for solving various problems in the studies of volcanoes and volcanic activity. This article describes the current state of the system, including recent developments, such as determination of the height of ash plumes, improvement of the time series analysis tools, implementation of specialized data processing products.

Стратовулкан Райкоке, расположенный в Центральных Курилах, высотой 551 м (от дна моря ― 2500 м) на вершине имеет кратер диаметром 700 м и глубиной 200 м, состав его пород ― андезиты. Остров-вулкан Райкоке вместе с подводным вулканом 3.18 составляет единый вулканический массив размером 19×8 км, расстояние между их вершинами ― около 7 км. Относительная высота подводного вулкана от дна моря ― приблизительно 900 м, его вершина находится на глубине около 250 м, состав пород ― андезибазальты и андезиты. Известны только два сильных извержения Райкоке ― в 1778 г. и 15 февраля 1924 г. Современное эксплозивное извержение вулкана началось в 18:05 GMT 21 июня 2019 г. Первое сообщение о нем было передано Токио VAAC, информация о развитии извержения по данным различных спутников была получена нами с помощью информационной системы «Дистанционный мониторинг активности вулканов Камчатки и Курил (VolSatView)». Согласно данным со спутника Himawari-8 (http://volcanoes.smislab.ru/animation/1561927182.webm), основная фаза извержения началась серией крупных эксплозий, поднявших пепел до 10–13 км над уровнем моря, и продолжалась около 15 ч, сформировав мощную эруптивную тучу, двигавшуюся на северо-восток от вулкана более 2500 км. Аэрозольные облака Райкоке 30 июня отмечались на следующих расстояниях от вулкана: 3100 км (Новосибирские острова), 3500 км (оз. Байкал), около 5500–6000 км (северо-запад Канады). Детальный анализ спутниковой информации позволил предположить, что 24–25 июня началось излияние лавового потока на западный склон Райкоке. Возможно также, что во время извержения Райкоке извергался и подводный вулкан 3.18.

Raikoke stratovolcano is located in the Central Kuril Islands, with a height of 551 m (or 2500 m from the bottom of the sea), it has a crater on its peak with a diameter of 700 m and a depth of 200 m, the composition of its rocks is andesites. The island-volcano Raikoke together with the underwater volcano 3.18 is a single volcanic massif of 19×8 km in size, the distance between their peaks is about 7 km. The relative height of the underwater volcano from the bottom of the sea is about 900 m, its top is at a depth of about 250 m, the composition of the rocks of the underwater volcano is andesibasalts and andesites. There were only two known strong eruptions of Raikoke: in 1778 and on 15 February 1924. The current explosive eruption of Raikoke volcano began at 18:05 GMT on 21 June 2019. The first message about the eruption was transmitted by Tokyo VAAC; the information about the development of the eruption based on various satellites was obtained by us using the information system “Remote monitoring of the activity of volcanoes of Kamchatka and the Kuriles (VolSatView)”. According to the Himawari-8 satellite data (http://volcanoes.smislab.ru/animation/1561927182.webm), the main phase of the eruption began with a series of large explosions that raised ash to 10–13 km above sea level, and lasted about 15 hours, forming a powerful eruptive cloud moving over 2500 km North-East from the volcano. On 30 June, the aerosol clouds from Raikoke were observed at distances from the volcano: 3100 km (Novosibirsk Islands), 3500 km (Lake Baikal), about 5500–6000 km (Northwest Canada). A detailed analysis of satellite information suggested that on 24–25 June a lava flow began to pour out on the western slope of Raikoke. It is also possible that during the eruption of Raikoke, the underwater volcano 3.18 also erupted.

Современное развитие информационных технологий и систем компьютерного моделирования природных процессов, а также появление в открытом доступе исторических архивов метеорологических данных, позволяют проводить ретроспективный анализ крупных эксплозивных извержений вулканов. Эта работа посвящена моделированию и анализу событий, связанных с распространением эруптивных облаков во время катастрофического извержения вулкана Шивелуч в ноябре 1964 г. Полученные дополнительные параметры эруптивных облаков позволили восстановить динамику эксплозивного извержения.

Owing to modern development of information technologies and computer simulation systems, and datasets derived from open historical meteorological data archives, it appeared possible to perform retrospective analysis of large explosive volcanic eruptions. This work analyzes the results of simulation of the events associated with the eruptive cloud propagation during the catastrophic eruption of the November, 1964 Sheveluch volcano. The obtained additional eruptive cloud parameters enabled us to reproduce the dynamics of the explosive eruption and to validate its magmatic genesis.

Сильные эксплозивные извержения вулканов наиболее опасны для современной реактивной авиации, так как во время таких извержений в течение нескольких часов или дней в атмосферу и стратосферу может поступать до нескольких кубических километров вулканических пеплов и аэрозолей. В 2016 г. извергались пять из 30 активных вулканов Камчатки (Шивелуч, Ключевской, Безымянный, Карымский и Жупановский) и три из 6 активных вулканов Северных Курил (Алаид, Эбеко, Чикурачки). Эффузивная деятельность отмечалась на Шивелуче, Ключевском, Безымянном и Алаиде. Все вулканы проявляли эксплозивную активность. Сильные эксплозивные события происходили в основном с сентября до декабря на Шивелуче, умеренная эмиссия пеплов сопровождала все извержение Ключевского в марте–ноябре, эксплозивная активность вулканов Карымский, Жупановский, Алаид и Чикурачки наблюдалась преимущественно в первой половине года. Общая площадь территории, покрытой пеплом в 2016 г. оценивается в 600 000 км2, из которых 460 000 км2 связаны с извержениями камчатских вулканов и 140 000 км2 – с извержениями северокурильских вулканов. Активность вулканов Шивелуч, Ключевской и Жупановский была опасна для международных и местных авиаперевозок, так как эксплозии поднимали пепел до 10–12 км над уровнем моря, вулканов Безымянный, Карымский, Алаид, Эбеко и Чикурачки – для местных авиаперевозок (пепел при эксплозиях поднимался до 5 км над уровнем моря).

Strong explosive volcanic eruptions are extremely dangerous to the modern jet aircraft as they can produce several cubic kilometers of volcanic ash and aerosols that can be sent to the atmosphere and the stratosphere in several hours to several days during the eruption. In 2016, five from thirty active volcanoes erupted in Kamchatka (Sheveluch, Klyuchevskoy, Bezymianny, Karymsky, and Zhupanovsky) and three from six active volcanoes in the Northern Kuriles (Alaid, Ebeko, and Chikurachki). Effusive volcanic activity was noted at Sheveluch, Klyuchevskoy, Bezymianny and Alaid. All the volcanoes produced explosive activity. Strong explosive events occurred at Sheveluch mainly from September till December. Moderate ash emission had accompanied of Klyuchevskoy’s eruption through March till November. Explosive activity at Karymsky, Zhupanovsky, Alaid, and Chikurachki volcanoes was observed mainly in the first half of the year. The total area covered by ash in 2016 was estimated 600,000 km2, from which 460,000 km2 were related to the eruptions of Kamchatka volcanoes and 140,000 km2 were attributed to the eruption of the North Kuriles volcanoes. The activity at Sheveluch, Klyuchevskoy, and Zhupanovsky was dangerous to international and local airlines as explosions produced ash up to 10-12 km above sea level. The activity at Bezymianny, Karymsky, Alaid, Ebeko, and Chikurachki posed a threat to local aircrafts when explosions sent ash up to 5 km above sea level.

Ежедневный мониторинг вулканов Камчатки выполняется с 1993 г., Курил - с 2003 г. С 2009 г. с применением современных информационных технологий и методов развиваются информационные системы, оснащенные современными инструментами для анализа данных, с помощью которых в ИВиС ДВО РАН выполняются комплексные исследования вулканогенных процессов Курило-Камчатского региона, в том числе наиболее опасных для человека эксплозивных извержений, а также продуктов извержений вулканов. Созданные системы позволяют вулканологам работать с различными спутниковыми данными совместно с метео- и видеоинформацией для непрерывного мониторинга и исследования вулканической активности; моделировать распространение пепловых облаков и шлейфов для оценки их опасности для авиации; объединять и систематизировать различную информацию о вулканах и их извержениях.

Daily monitoring of Kamchatka volcanoes has been carried out since 1993, Kuril - since 2003. Since 2009, using modern information technologies and methods, informa tion systems equipped with modern tools for data analysis have been developed, with the help of which there are carried out in the IVS FEB RAS comprehensive studies of volcanogenic processes in the Kuril - Kamchatka region, including the most dangerous explosive eruptions for humans, as well as products of volcanic eruptions. The created systems allow volcanologists to work with various satellite data together with weather and video information for continuous monitoring and research of volcanic activity; simulate the spread of ash clouds and plumes to assess their danger to aviation; combine and systematize various information about volcanoes and their eruptions.

Пепловые облака и шлейфы, возникающие при эксплозивных извержениях вулканов Камчатки и Курил, представляют большую опасность для авиации. Поэтому актуальными задачами являются прогнозирование и анализ их перемещения. Для их решения в составе АИС “Сигнал” создана подсистема моделирования, позволяющая прогнозировать направление, скорость и высоту перемещения пепловых облаков и шлейфов в атмосфере. В то же время для более точной оценки представляемой ими опасности требуется определять не только их качественные, но и количественные характеристики. В статье рассмотрены результаты работы по развитию возможностей АИС “Сигнал”. Дано описание разработанных инструментов, позволяющих прогнозировать концентрацию пепла на эшелонах полетов самолетов, а также мощность и массу пепла, выпавшего на поверхность земли. Приводятся результаты выполненных численных экспериментов, показавших хорошую согласованность полученных результатов моделирования со спутниковыми данными.

Purpose. Ash clouds and plumes arising due to explosive eruptions of the volcanoes of Kamchatka and the Kuril Islands pose a great danger to aviation flights. In this regard, the urgent and important task is to predict and analyze distribution of volcanic ash in the atmosphere . To solve this task, AIS "Signal"was designed. It includes a modelling subsystem using the PUFF model. It allows predicting the direction, speed and height of the propagation of ash clouds and plumes in the atmosphere. At the same time, for more accurate assessment of the danger of ash clouds and plumes, it is necessary to determine not only their qualitative, but also quantitative characteristics, for example, the concentration of ash at the flight levels of aircrafts, the amount of ash deposited on the surface, etc. To solve this problem, research was done to expand the capabilities of the AIS "Signal"by integrating the Eulerian FALL3D model into it. The present article presents the results of this work.
Methodology. Implementation of system and user interfaces for automating the processes of collecting and preparing auxiliary data (reference information about volcanoes, meteorological data, etc.), performing numerical calculations in the FALL3D model and visualizing the obtained results both were carried out on the basis of similar interfaces created earlier in AIS “Signal” for the PUFF model. All these features significantly accelerate the process of integration the FALL3D model into the existing AIS modelling subsystem. Implementation of the operating modes of the subsystem and evaluating the efficiency of its functioning were carried out as part of the study of ash clouds and plumes propagation which are formed during explosive events of the Kamchatka volcanoes.
Findings. As part of the integration of the FALL3D model into the modelling subsystem, informational interaction of its software components with the services of AIS “Signal” was organized. Algorithms for the formation of collections of meteorological data necessary for the functioning of the model were proposed and implemented. User interfaces have been created that allow specialists to calculate the characteristics of ash clouds with the ability to set detailed initial parameters for an explosive event and model settings.
Originality. The integration of the FALL3D model in the AIS “Signal” significantly expands its ability to predict propagation of ash clouds and plumes formed during explosive eruptions of the volcanoes of Kamchatka and the Kuril Islands. In addition to the instruments for determining the direction, speed, and height of the spread of volcanic ash, tools have been developed to determine the ash concentration at the flight levels of aircrafts, as well as the thickness and mass of the ash falling on the surface of the Earth. Numerical experiments have showed a good agreement between Originality. The integration of the FALL3D model in the AIS “Signal” significantly expands its ability to predict propagation of ash clouds and plumes formed during explosive eruptions of the volcanoes of Kamchatka and the Kuril Islands. In addition to the instruments for determining the direction, speed, and height of the spread of volcanic ash, tools have been developed to determine the ash concentration at the flight levels of aircrafts, as well as the thickness and mass of the ash falling on the surface of the Earth. Numerical experiments have showed a good agreement between the obtained modelling results and the satellite data.the obtained modelling results and the satellite data.

В Институте вулканологии и сейсмологии (ИВиС) ДВО РАН накоплен большой объем уникальных научных данных по вулканам Камчатки и Курильской островной дуги. Описываются информационные вебсистемы (ИС): VOKKIA - для интеграции и систематизации данных по наземным и подводным вулканам региона и их извержениям; KVERT -для сбора и интеграции данных оперативного мониторинга активности вулканов. Дается описание реализованных в ИС сервисов графической визуализации данных, помогающих обнаруживать взаимосвязи, закономерности и тенденции изменения вулканогенных процессов во времени.

A large amount of unique scientific data about the Kamchatka and the Kurile Island Arc volcanoes has been collected in the Institute of Volcanology and Seismology FEB RAS. The paper describes VOKKIA and KVERT information web-systems. VOKKIA is designed to integration and systematization of heterogeneous scientific data on the terrestrial and submarine volcanoes of Kurile-Kamchatka Island Arc including data on their eruptions. The KVERT system provides collection and storage of operational data of monitoring of active volcanoes. Besides, the article describes graphical visualization services that helps to detect the relationship, patterns and trends in volcanic processes over time.