Doğu Akdeniz deki Atmosferik Parçacıkların, Kuru ve Yaş Çökellerin Kimyasal Karakterinin Belirlenmesi ve Türleştirilmesi: Menşe, Kaynak Bölgeler, Biyo-kullanılabilirlik ve Atmosferik Girdilerin Denizsel Üretime Etkisi

TÜBİTAK ÇAYDAG15.03.2016Ocak 2014 ve Nisan 2015 tarihleri arasında yoğun bir şekilde aerosol (iri, ince ve bulk) ve kuru ve yaş-çökel (yağmur) örneklemeleri yapılmıştır. Atmosferik parçacıkların kütle derişimleri, suda-çözünebilir majör türler, suda-çözünebilir organik azot, üre ve aminoasit konsantrasyonları belirlenmiştir. Son on yılda partikül madde kompozisyonun belirgin bir şekilde değiştiği gözlenirken özellikle ikincil aerosoller sülfat, amonyum ve nitrat derişimlerinin % 50’lere varan düşüşler sergiledikleri belirlenmiştir. Suda-çözünebilir organik azot’un hem atmosferik parçacık (% 37) hem de yağmur (% 29) fazında toplam azota, sudaçözünebilir inorganik azotlar kadar katkı yapabileceği bulgulanmıştır. Tespit edilen üre derişimlerinin aerosol ve yağmurda organik azota sırasıyla % 17 ve % 6 katkı yaptığı bulunurken aminoasit azot katkılarının pek önemli olmadığı gözlenmiştir. Polifosfatların suda-çözünebilir fosfatlara % 20’ler seviyesinde katkı yapabileceği anlaşılırken göz ardı edilemeyecekleri ortaya konmuştur. Suda-çözünebilir organik azotun büyük bir kısmının tarımsal aktivitelerden kaynaklandığı ne var ki, ürenin hem mineral toz hem de tarımsal kökene sahip olduğu bulgulanmıştır. Fosforun; mineral toz (% 34) ve tarımsal (% 33) olmak üzere başlıca iki ana kaynağı olduğu anlaşılmıştır. Alüminyum iz metalinin büyük bir kısmı anyonik forumda gözlenirken demirin anyonik formunun katyonik formuna kıyasla 1,2 kat daha yüksek olduğu görülmüştür. Hem Kıyı hem de Açık istasyonlardan elde edilen yüzey sularına iki değişik içeriğe sahip toz eklenmiştir. Deneyler süresince klorofil miktarının artış sergilediği gözlenirken fosforun ortamdan çekilerek 0,3 nM seviyelerine düşürüldüğü tespit edilmiştir. Denizsel alan çalışmaları, 10 Nisan ve 29-30 Nisan 2015 tarihlerinde yüzey sularında tespit edilen Chl-a artışının, yağan yağmurlarla ilişkili olabileceği göstermiştir.Intensive samplings of both aerosol (fine/coarse and bulk) and rainwater were carried out between January 2014 and April 2015. Determination of mass composition, water soluble major species, water soluble organic nitrogen, urea and amino acid concentrations in atmospheric particles was carried out. Significant changes have been observed in the composition of particulate matter in the last ten years, especially the concentrations of secondary aerosols such as sulfate, amonnium and nitrate were determined to have decreased down to 50% of previous levels. It was found out that contribution of water soluble organic nitrogen is comparable to those of water soluble inorganic nitrogen in both aerosols (37%) and rainwater (29%). While it was observed that urea comprised 17% and 7% of total organic nitrogen in aerosol and rainwater, respectively, contribution of amino acids was found to be insignificant. It has been established that contribution of polyphosphates to water soluble phospates can reach up to a non-negligible 20%. Majority of water soluble organic nitrogen was found to originate from agricultural activities, while urea, was found to be of mixed origin, with comparable contributions from mineral dust and agricultural activities. The two main sources of phosphorus was determined to be mineral dust and agriculture, accounting for 34 and 33 % of total concentration, respectively. It has been observed that major fraction of soluble Al is found in anionic form, while the concentration of anionic soluble Fe is 1.2 times greater than of cationic Fe. Surface waters which were obtained from both coastal and open waters were treated with atmospheric dust of two different compositions. In the course of experiments, chlorophyll was recorded to increase in all treatments while phosphorus was assimilated from the medium down to 0,3 nM. The possible relationship between rain event and Chl-a increase in the surface waters observed in the cruises of April 10 and 29-30 2015 has been documented

DOĞU AKDENİZ ÜZERİNDEKİ ATMOSFERDE, AEROSOL OPTİKAL VE FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ VE YAKLAŞIK GERÇEK ZAMANLI ÖLÇÜMLERİ SUDA ÇÖZÜNEBİLİR İONLAR PM 2.5 VE ÖNCÜL GAZLARIN 15 YILLIK KLİMATOLOJİSİ

Long-term aerosol optical and micro physical properties obtained from AERONET sun/sky radiometer situated at the rural coastal site of Eastern Mediterranean between January 2000 and December 2014 were analyzed. Moreover, concentrations of SO42-, NH4+, NO3- (in PM2.5) and their precursor gases (SO2, NH3 and HNO3) were measured with a near real-time Ambient Ion Monitor-Ion Chromatography instrument in winter and summer of 2015. Air flow arriving at 1 km and 4 from Eastern Europe and Western Europe showed a negative trend from 2000 to 2014, decreasing about 0.2 % per year. In contrast, air flow arriving at 1 km (4km) from North Africa and Turkey demonstrated a positive trend throughout the study period, increasing 0.15 (0.40) % and 0.29 (0.15) % per year, respectively. The arithmetic mean AOT decreased 2.5 times from 440 nm (0.30) to 1020 nm (0.12), indicating the dominance of fine particles. AOT and α illustrated a large short-term variability, varying up to couple of fold from day to day. The lowest AOT values were chiefly found in winter owing to the removal of particles by rain. Enhanced AOT values at 440 nm were detected in spring with low α440-870 primarily due to mineral dust intrusions from North Africa and the Middle East. High AOT at 440 nm and α440-870 were principally characterized in summer because of high gas-to particle conversion, sluggish air masses and absence of rain. Elevated AOT with relatively lower α (0.7) and fine mode fraction (47 %) were observed when the air flow originated from North Africa (SAH) and the Middle East (MID). Regarding the relationship between AOT and Water Vapor (WV) as a function of α, three classes of aerosol were identified, namely, non-hygroscopic, moderately hygroscopic and hygroscopic. Potential source contribution function (PSCF) exhibited that non-hygroscopic particles were associated with mineral dust dominated aerosol population, originating from North Africa and the Middle East. Moderately hygroscopic particles were a mixture of mineral dust and anthropic aerosols due mainly to arrival of the dust after travelling over industrialized and populated sites (such as Spain, France and Italy). On the other hand, any particular potential source area couldn’t be defined for hygroscopic particles, showing nearly mesoscale formation of secondary aerosols under the prevailing summer conditions. Imaginary part of the refractive index, single scattering albedo, absorption angstrom exponent for dust, mixed and pollution events showed distinct difference. The imaginary part of refractive index for dust event fluctuated from 2.5 x 10-3 to 2.0 x 10-3 between 870 and 1020 nm and for wavelengths between 675 nm and 440 nm the imaginary part of refractive index augmented from 4.3 x 10-3 to 11.0 x 10-3. Although similar spectral behavior was observed, the imaginary part of the refractive index at 440 nm for mixed event was 2.2 times lesser than that of mineral dust event. For pollution event, the imaginary part of refractive index slightly increased from 5.0 x 10-3 at 440 nm to 6.3 x 10-3 at 1020 nm. Aerosol type were classified into three groups namely dust, mixed and anthropic according to extinction angstrom exponent. The comparison of the microphysical properties of the three aerosol type revealed that categorization of the aerosol type based on extinction angstrom exponent was insufficient. The classification of aerosol type by applying cluster analysis to optical properties presented relatively better results. The aerosol absorption optical thickness at 440 nm and the imaginary part of the refractive index were statistically larger for Period II (2005-2009) compared to Period I (2000-2004) and III (20010-2014) due to the to the higher influence of dust intrusion from desert areas during Period II. Of the water-soluble ions in PM2.5, sulfate and ammonium were the prevailing species. Arithmetic mean sulfate and ammonium concentrations were respectively 2814 ng m-3 and 1371 μg m-3. Aerosol nitrate arithmetic mean was 495 ng m-3. Among the precursor gases, ammonia exhibited the highest concentration with a value of 3330 ng m-3. Sulfur dioxide and nitric acid concentrations were 879 ng m-3 and 346 ng m-3, respectively. Regarding arithmetic means of gas-to-particle conversion ratios for sulfate (0.62), ammonium (0.38) and nitrate (0.50), it might be suggested that the concentrations of these species were mainly influenced by non-local sources. Taking into account this study and historic off-line measurements, there was a decreasing trend for sulfate, nitrate and their precursor gases in the Eastern Mediterranean.Doğu Akdenizin kırsal kıyı bölgesinde konumlandırılmış AERONET güneş/gökyüzü radyometresinden Ocak 2000 ve Aralık 2014 tarihleri arasında elde edilen uzun dönemli aerosol optik ve mikro fiziksel özellikler analiz edildi. Ayrıca, 2015 yaz ve kış dönemlerinde SO42-, NH4+, NO3- (PM2.5 parçacık boyutunda) iyonlarıyla bunların öncül gazlarının derişimlerinin ölçümleri Ambient Ion Monitor-Ion Chromatography (Ortam İyonları İzleme - İyon Kromatografisi) enstrümanıyla nerdeyse gerçek zamanlı olarak gerçekleştirildi. Doğu Avrupa ve Batı Avrupa üzerinden istasyona 1 km ve 4 km irtifada gelen hava akımlarının 2000 ile 2014 yılları arasında yıl başına % 0.2 düşüşle ifade edilen bir negatif eğilim gösterdiği tespit edildi. Buna karşılık olarak, 1 km (4 km) irtifada Kuzey Afrika ve Türkiye üzerinden gelen hava akımlarının çalışma dönemi boyunca sırasıyla senelik % 0.15 (0.40) ve % 0.29 (0.15) artış gösteren bir pozitif eğilim gösterdiği ortaya koyuldu. AOK aritmetik ortalaması 440 nm’den (0.30) 1020 nm’ye (0.12) 2.5 kat azalarak ince parçacıkların baskınlığını gösterdi. AOK ve α değerlerinin kısa dönemli ölçekte büyük bir değişkenlik gösterdiği, günlük değişkenliğin birkaç katı bulduğu tespit edildi. Parçacıkların yağışla yıkanması sebebiyle en düşük AOT değerleri ağırlıklı olarak kışın gözlemlendi. 440 nm’de yüksek AOT değerleri ile düşük α440-870 değerleri, Kuzey Afrika ve Orta Doğu menşeli toz olaylarına bağlı olarak ilkbahar döneminde tespit edildi. 440 nm’de yüksek AOT ve α440-870, gaz-partikül dönüşümü, hareketsiz hava kütleleri ve yağışın olmayışı sebeyile esas olarak yaz döneminde karakterize edildi. Yüksek AOK’ye eşlik eden göreceli olarak düşük α (0.7) ve ince mod fraksiyonu (% 47) hava akışı Kuzey Afrika (SAH) ve Orta Doğu (MID) bölgelerinden kaynaklandığında gözlemlendi. α'nın bir fonksiyonu olarak AOK ile su buharı (SB) arasındaki ilişkiyle ilgili olarak üç aerosol sınıfı tanımlandı, su sevmez (non-higroscopic), orta derecede su sever ve su sevmez (higroscopic). Potansiyel Kaynak Katkı Fonksiyonu (PKKF) su sevmez parçacıkların Kuzey Afrika ve Orta Doğu kökenli mineral tozun baskın olduğu aerosol popülasyonlarıyla ilişkili olduğunu gösterdi. Orta derecede su sever parçacıkların mineral toz ve insan kaynaklı aerosollerin bir karışımı olup, mineral tozun endüstriyel ve yüksek nüfuslu bölgelerin (örneğin, İspanya, Fransa ve İtalya) üzerinden hareket etmesine bağlı olduğu bulundu. Öte yandan, su sever parçacıklar için herhangi bir özel potansiyel kaynak bölgesinin belirlenememesi, ikincil aerosollerin hakim yaz koşulları altında orta ölçekte oluşturulduğunu gösterdi. Kırılma indisinin hayali kısmı, tekil saçılım albedosu ve absorpsiyon angstrom katsayısı toz, karışık köken ve kirlilik olayları için belirgin farklar gösterdi. Kırılma indisinin hayali kısmı toz olayları için 870 ve 1020 nm dalga boyları arasında 2.5 x 10-3 ila 2.0 x 10-3 arasında dalgalanma gösterirken, 675 nm ve 440 nm dalga boyları arasında kırılma indisinin hayali kısmı 4.3 x 10-3 ‘ten 11.0 x 10-3 ‘e yükseldi. Benzer spektral davranışlar gözlendiği halde, 440 nm’de kırılma indisinin hayali kısmı karışık kökenli aerosol olayında mineral toz olaylarına göre 2.2 kat daha az bulundu. Kirlilik olaylarında kırılma indisinin imajiner kısmı 1020 nm’de 5.0 x 10-3 ‘den 440 nm’de 6.3 x 10-3 ‘e hafif bir artış gösterdi. Aerosol türleri sönümlenme angstrom katsayılarına göre toz, karışık kökenli ve insan kökenli olmak üzere üç gruba ayrıldı. Üç aerosol türünün mikrofiziksel özelliklerinin kıyaslanmasında sönümlenme angstrom katsayısı esas alınarak yapılan aerosol türü sınıflandırmasının yetersiz olduğunu ortaya koydu. Optik özelliklere yığın analizi uygulanarak yapılan aerosol türü sınıflandırması nispeten daha iyi sonuçlar verdi. 440 nm’de aerosol optik kalınlık ve kırılma indisinin hayali kısmı Periyot II’de (2005-2009) çöl bölgelerinden kaynaklanan toz olaylarının daha etkili olmasına bağlı olarak Periyot I’e (2000-2004) ve Periyot III’e (2010-2014) kıyasla istatiksel olarak daha yüksek bulundu. PM2.5’da bulunan suda çözünebilir iyonlar arasında sülfat ve amonyumun baskın türler olduğu görüldü. Sülfat ve amonyum derişimlerinin aritmetik ortalaması sırasıyla 2814 ng m-3 ve 1371 μg m-3 olarak tespit edildi. Aerosoldaki nitratın aritmetik ortalaması 495 ng m-3 bulundu. Öncül gazlar arasında amonyak 3330 ng m-3 ile en yüksek derişim gösterdi. Sülfür dioksit ve nitrik asit derişimleri sırasıyla 879 ng m-3 ve 346 ng m-3 bulundu. Sülfat, amonyum ve nitrat gazdan parçacığa dönüşüm oranlarının aritmetik oranlarına ilişkin olarak bu türlerin esas olarak yöresel olmayan kaynaklardan etkilendiği öne sürülebilir. Bu çalışma ve önceki off-line ölçümler dikkate alındığında, sülfat, nitrat ve bunların öncül gazlarının Doğu Akdeniz’de bir azalma eğilimi gösterdiği ortaya konmuştur.Ph.D. - Doctoral Progra

Türkiye kıyıları boyunca atmosferik ve denizel gözlemlerin analizleri.

Time series and spectral analyses are applied to meteorological data (wind velocity, air temperature, barometric pressure) and sea level measurements from a total of 13 monitoring stations along the Turkish Coast. Analyses of four-year time series identify main time scales of transport and motion while establishing seasonal characteristics, i.e. distinguishing, for instance, between winter storms and summer sea-breeze system. Marine flow data acquired by acoustic doppler current pro filers (ADCP) is also analyzed to better understand the response of the Turkish Strait System dynamics to short-term climatic variability. The cumulative results obtained from these analyses determine temporal and spatial scales of coastal atmospheric and marine fluxes as affected by the regional climate system.M.S. - Master of Scienc

Optical and microphysical properties of the columnar Aerosol burden over the Eastern Mediterranean: Discrimination of Aerosol types

Optical and microphysical properties, for example, refractive index, single scattering albedo (SSA) and asymmetry factor were attained from AERONET ground based sun sky radiometer situated at rural coastal Erdemli in the Eastern Mediterranean between 2000 and 2014. On average, imaginary part of the refractive index (REFI similar to 0.007) and SSA (similar to 0.93) denoted that the aerosol composition was similar to that of Industrial/Urban aerosol type. However, the daily variation in optical and microphysical properties was greatly influenced by diverse aerosol types. REFI for relatively clean dust events decreased from similar to 0.010 at 440 nm to 0.002 at 1020 nm whereas corresponding SSA increased from similar to 0.80 at 440 nm to similar to 0.96 at 1020 nm. Comparatively, lower REFI and higher SSA values were observed when the dust particles mixed with secondary aerosols might be due to shielding of iron oxides by sulfate and nitrate particles. On the contrary, larger REFI (up to 0.044 at 440 nm) and lower SSA (down to 0.72 at 440 nm) values were found for dust mixed with smoke particles likely because of lensing effect. REFI for spring reduced from 0.065 at 440 nm to 0.038 at 1020 nm with SSA rising from 0.92 to 0.95 owing to frequent dust episodes take place in this period. Although, summer and fall exhibited similar wavelength dependence of REFI and SSA, the former denoted more absorbing character compared to the latter. This difference might be ascribed to anthropogenic aerosol composition, such as black carbon and secondary aerosol, with diverging contributions. Hierarchical cluster analyses revealed six classes namely, dust, dust mixed with smoke particles, smoke, smoke with secondary, secondary with smoke and secondary aerosol type. Relative contributions from hierarchical cluster analyses and angstrom exponent classification yielded coherent results, dust and anthropic being around 20% and 80%, respectively. Whereas, k-means exhibited overestimation and underestimation for dust (35%) and anthropogenic (65%) aerosol type, respectively. The hierarchical cluster analysis was more powerful tool to classify aerosol type than k-means, thus the application of the k-means should be performed with an utmost care

Long-term measurements of aerosol optical and physical properties over the Eastern Mediterranean: Hygroscopic nature and source regions

Long-term aerosol optical and physical properties such as aerosol optical thickness and angstrom exponent were obtained from AERONET ground based sun sky radiometer located at the rural coastal Erdemli (36.6 degrees N, 34.3 degrees E) site in the Eastern Mediterranean from January 2000 to December 2014. Aerosol Optical Thickness (AOT) and Angstrom Exponent (alpha) exhibited a great short-term variability, varying up to couple of fold from day to day. The lowest AOT values was found in winter due to the removal of particles by wet deposition. Elevated AOT values with low alpha(440.870) was observed in spring owing to sporadic mineral dust transport from North Africa and the Middle East. High AOT at 440 nm and alpha(440-870) were characterized in summer because of high gas-to-particle conversion, sluggish air masses and absence of rain. Enhanced AOT and low alpha (0.7) and fine mode fraction (47%) were associated with air flow from North Africa and the Middle East with a slight decrease from 440 nm to 1020 nm, showing importance of coarse particles. Air flow from Mediterranean Sea, Eastern Europe, Western Europe and Turkey, on the other hand, showed comparatively higher alpha (> 1.1) and fine mode fraction (> 62%). Three classes of aerosol were identified namely non-hygroscopic dominated, moderately hygroscopic and hygroscopic dominated. Non-hygroscopic particles were dust dominated aerosol population originated from North Africa (Southern Tunisia, Western Libya, Libya/Chad border, southern Egypt northeastern Mauritania, north Mali, southern Algeria, Northwestern Niger) and the Middle East (extending from Iraq to eastern Saudi Arabia). Moderately hygroscopic particles were a mixture of mineral dust and anthropic aerosols when the dust reached receptor site after passing through industrialized and populated sites (such as Spain, France and Italy). Hygroscopic particles, however, were ascribed to nearly mesoscale formation of secondary aerosols under the prevailing summer conditions

High time-resolved measurements of water-soluble sulfate, nitrate and ammonium in PM2.5 and their precursor gases over the Eastern Mediterranean

High time-resolved measurements of aerosol SO42-, NO3-, NH4+ and their precursor gases HNO3, SO2, NH3 between 27 and 02 January/February and 19-01 August/September 2015 were carried out by applying AIM-IC at a rural site located on the coast of the Eastern Mediterranean, Erdemli, Turkey. The comparison between online and offline techniques revealed better correlation coefficients for SO42- and NH4+ (r > 0.90) than that of NO3- (0.63). Mean concentrations of water-soluble species were found in decreasing order SO42- (2814 ng m(-3)) > NH4+ (1371 ng m(-3 )) > NO3- (495 ng m(-3)). NH3 (3390 ng m(-3)) concentration was more than enough to neutralize SO2 (879 ng m(-3)) and HNO3 (346 ng m(-3)). The gas-to-particle conversion ratios (>0.3) implied that SO42-, NO3- and NH4+ were mainly influenced by non-local sources. SO42-, NO3-, NH4+, HNO3, SO2 exhibited remarkable decrease (leastways 40%) in the atmosphere over the Eastern Mediterranean throughout fifteen years. In winter, day time NH(3 )concentrations illustrated significant relationship with temperature (positive) and humidity (negative), implying evaporation of dew or emission from plant stoma. Whereas, diurnal cycle of SO42- and SO2 was considerably influenced by populated City of Mersin in winter. During summer, HNO3 and SO2 (r = 0.74) demonstrated similar diurnal cycle, suggesting a common source for these precursor gases whilst NH3 was considerably affected by biomass burning emissions. Variability of all species was governed by local or nearly mesoscale transport in winter possibly due to frequent rain events. In summer, air flow from Eastern Mediterranean denoted aged air masses (GPC > 0.65) containing rather uniform concentrations of SO42- (similar to 65 nmol m(-3)) and NH4+ (similar to 140 nmol m(-3)). The highest NH3 along with the greatest % K-BB contribution to PM2.5 mass was observed under the influence of Northerly airflow, exhibiting significance of biomass burning emissions as a source of NH3 in summer

DOĞU AKDENİZ’DEKİ MİNERAL TOZUN ATMOSFERİK KOLON İÇERİSİNDEKİ DİKEY VE YATAY DAĞILIMI: KİMYASAL KOMPOZİSYON VE UZUN ERİMLİ TAŞINIM

Sahra ve Orta Doğu çölleri sırasıyla Akdeniz'i güney ve doğusundan kuşatırken, bölge atmosferine mineral toz parçacıklarını sağlamaktadır. Özellikle geçiş mevsimlerinde etkili olan toz fırtınalarının Doğu Akdeniz’i Bölgesine darbeler halinde ulaştığı ortaya konulmuştur (Kubilay ve diğ., 2000). Ayrıca, Akdeniz’in kuzeyinde bulunan yarı- endüstrilermiş ve endüstrileşmiş ülkeler yıl boyunca insan kaynaklı aerosol parçacıkları bölge atmosferine salmaktadırlar Mihalopoulos ve diğ., 1997; Lelieveld ve diğ., 2002). Yukarıda belirtilen nedenlere bağlı olarak, çökelme akıları, optik kalınlık ve ışınım zorlaması göz önüne alındığı zaman Akdeniz dünya üzerindeki gözlenen en yüksek değerlerden biri olarak dikkat çekmektedirAkdeniz yukarıda bahsi geçen özellikleriyle, deniz, yer ve atmosfer bilimciler için doğal bir laboratuar niteliğine sahiptir. Günümüzde atmosferik mineral aerosol çalışmaları; konunun karmaşıklığını ortaya koyarken araştırmaların bütünlükçü ve teknolojik cihazların uygulamasını dayatmaktadır. TÜBİTAK tarafından desteklenen 113Y107 nolu proje kapsamında yapılacak bilimsel çalışmalar sırasında Erdemli istasyonunda yoğum bir şekilde örneklemeler yapılırken ülkemizde bu alandaki ilk uygulamalar yapılacaktır (örneğin Ambient Ion Monitoring). Projenin bütünlükçü felsefisine uygun olduğu halde iş paketlerini olumsuz yönde etkileyebilecek bazı uygulamalardan özellikle kaçınılmıştır. Örneğin güney kıyılarımızdan ülkemize giren mineral tozun özellikle kuzeye veya tam tersi kuz