## A p p e n d i x G

R e v i s e d I M P R O V E A l g o r i t h m f o r E s t i m a t i n g

L i g h t E x t i n c t i o n f

r o m P a r t i c l e S p e c i a t i o n D a t a

## R e v i s e d I M P R O V E A l g o r i t h m f o r E s t i m a t i n g L i g h t E x t i n c t i o n

f r o m P a r t i c l e S p e c i a t i o n D a t a

S e c t i o n I I

. O v e r v i e w o f t h e R e v i s e d A l g o r i t h m

( I M P R O V E t e c h n i c a l s u b c o m m i t t e e f o r a l g o r i t h m r e v i e w )

T h e r e c o m m e n d e d r e v i s e d a l g o r i t h m i s s h o w n i n t h e e q u a t i o n b e l o w w i t h r e v i s e d t e r m s

i n b o l d f o n t

. T h e t o t a l s u l f a t e

, n i t r a t e a n d o r g a n i c c a r b o n c o m p o u n d c o n c e n t r a t i o n s a r e

e a c h s p l i t i n t o t w o f r a c t i o n s

, r e p r e s e n t i n g s m a l l a n d l a r g e s i z e d i s t r i b u t i o n s o f t h o s e

c o m p o n e n t s

. T h o u g h n o t e x p l i c i t l y s h o w n i n t h e e q u a t i o n

, t h e o r g a n i c m a s s

c o n c e n t r a t i o n u s e d i n t h i s n e w a l g o r i t h m i s 1

. 8 t i m e s t h e o r g a n i c c a r b o n m a s s

c o n c e n t r a t i o n

, c h a n g e d f r o m 1

. 4 t i m e s c a r b o n m a s s c o n c e n t r a t i o n a s u s e d f o r i n p u t f o r

t h e c u r r e n t I M P R O V E a l g o r i t h m

. N e w t e r m s h a v e b e e n a d d e d f o r s e a s a l t ( i m p o r t a n t

f o r c o a s t a l l o c a t i o n s ) a n d f o r a b s o r p t i o n b y N O 2 ( o n l y u s e d w h e r e N O 2 d a t a a r e

a v a i l a b l e )

. S i t e

- s p e c i f i c R a y l e i g h s c a t t e r i n g i s c a l c u l a t e d f o r t h e e l e v a t i o n a n d a n n u a l

a v e r a g e t e m p e r a t u r e o f e a c h o f t h e I M P R O V E m o n i t o r i n g s i t e s a s s h o w n i n t h e T a b l e A

a t t h e e n d o f t h e d o c u m e n t

.

T h e a p p o r t i o n m e n t o f t h e t o t a l c o n c e n t r a t i o n o f s u l f a t e c o m p o u n d s i n t o t h e

c o n c e n t r a t i o n s o f t h e s m a l l a n d l a r g e s i z e f r a c t i o n s i s a c c o m p l i s h e d u s i n g t h e f o l l o w i n g

e q u a t i o n s

.

T h e s a m e e q u a t i o n s a r e u s e d t o a p p o r t i o n t o t a l n i t r a t e a n d t o t a l o r g a n i c m a s s

c o n c e n t r a t i o n s i n t o t h e s m a l l a n d l a r g e s i z e f r a c t i o n s

.



## [ ] [ ]

[ ] [ ]

[ ] [ ]

[ ]

[ ]

[ ]

[ ]

[ ] × + + × + × × + × + × + × + × + × × + × × + × × + × × ≈

M

a s s C o a r s e S o i l F i n e C

a r b o n E l e m e n t a l b

e x t

6

. 0 1 1 0



## [ ] [ ] [ ] 3 / 2 0

, r g a m g S u l f a t e T o t a l f o r S u l f a t e T o t a l S u l t a t e e L μ ≥ = 

## [ ] [ ] [ ] [ ] 3

3 

### / 2 0

, / 2 0 a r g m g S u l f a t e T o t a l f o r S u l f a t e T o t a l

m g S u l f a t e T o t a l S u l f a t e e L μ

μ <

× =



## [ ] [ ] [ ] S u l f a t e e L S u l f a t e T o t a l S u l f a t e S m a l l a r g

− =S e a s a l t i s c a l c u l a t e d a s 1

. 8 x [ C h l o r i d e ]

, o r 1

. 8 x [ C h l

o r i n e ] i f t h e c h l o r i d e m e a s u r e m e n t

i s b e l o w d e t e c t i o n l i m i t s

, m i s s i n g o r i n v a l i d

. T h e a l g o r i t h m u s e s t h r e e w a t e r g r o w t h

a d j u s t m e n t t e r m a s s h o w n i n t h e F i g u r e 2 a n d T a b l e 1

. T h e y a r e f o r u s e w i t h t h e s m a l l

s i z e d i s t r i b u t i o n a n d t h e l a r g e s i z e d i s t r i b u t i o n s u l f a t e a n d n i t r a t e c o m p o u n d s a n d f o r

s e a s a l t ( f

S ( R H )

, f L ( R H ) a n d f

S S ( R H ) r e s p e c t i v e l y )

.

W a t e r G r o w

t h C u r v e s

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0

R e l a t i v e H u m i d i t y ( % )f(RH) f S ( R H )

f L ( R H )

O r i g i n a l

f S S ( R H )

F i g u r e 1

. W a t e r g r o w t h c u r v e s f o r s m a l l a n d l a r g e s i z e d i s t r i b u t i o n s u l f a t e a n d n i t r a t e

, s e a s a l t a n d

t h e o r i g i n a l I M P R O V E a l g o r i t h m s u l f a t e a n d n i t r a t e

.

T a b l e 1

. f ( R H ) f o r s m a l l a n d l a r g e s i z e d i s t r i b u t i o n s u l f a t e a n d n i t r a t e

, a n s e a s a l t

.

R H ( % ) f S ( R H ) f L ( R H ) f S S ( R H ) R H ( % ) f S ( R H ) f L ( R H ) f S S ( R H ) R H ( % ) f S ( R H ) f L ( R H ) f S S ( R H )

0 t o 3 6 1

. 0 0 1

. 0 0 1

. 0 0 5 6 1

. 7 8 1

. 6 1 2

. 5 8 7 6 2

. 6 0 2

. 1 8 3

. 3 5

3 7 1

. 3 8 1

. 3 1 1

. 0 0 5 7 1

. 8 1 1

. 6 3 2

. 5 9 7 7 2

. 6 7 2

. 2 2 3

. 4 2

3 8 1

. 4 0 1

. 3 2 1

. 0 0 5 8 1

. 8 3 1

. 6 5 2

. 6 2 7 8 2

. 7 5 2

. 2 7 3

. 5 2

3 9 1

. 4 2 1

. 3 4 1

. 0 0 5 9 1

. 8 6 1

. 6 7 2

. 6 6 7 9 2

. 8 4 2

. 3 3 3

. 5 7

4 0 1

. 4 4 1

. 3 5 1

. 0 0 6 0 1

. 8 9 1

. 6 9 2

. 6 9 8 0 2

. 9 3 2

. 3 9 3

. 6 3

4 1 1

. 4 6 1

. 3 6 1

. 0 0 6 1 1

. 9 2 1

. 7 1 2

. 7 3 8 1 3

. 0 3 2

. 4 5 3

. 6 9

4 2 1

. 4 8 1

. 3 8 1

. 0 0 6 2 1

. 9 5 1

. 7 3 2

. 7 8 8 2 3

. 1 5 2

. 5 2 3

. 8 1

4 3 1

. 4 9 1

. 3 9 1

. 0 0 6 3 1

. 9 9 1

. 7 5 2

. 8 3 8 3 3

. 2 7 2

. 6 0 3

. 9 5

4 4 1

. 5 1 1

. 4 1 1

. 0 0 6 4 2

. 0 2 1

. 7 8 2

. 8 3 8 4 3

. 4 2 2

. 6 9 4

. 0 4

4 5 1

. 5 3 1

. 4 2 1

. 0 0 6 5 2

. 0 6 1

. 8 0 2

. 8 6 8 5 3

. 5 8 2

. 7 9 4

. 1 1

4 6 1

. 5 5 1

. 4 4 1

. 0 0 6 6 2

. 0 9 1

. 8 3 2

. 8 9 8 6 3

. 7 6 2

. 9 0 4

. 2 8

4 7 1

. 5 7 1

. 4 5 2

. 3 6 6 7 2

. 1 3 1

. 8 6 2

. 9 1 8 7 3

. 9 8 3

. 0 2 4

. 4 9

4 8 1

. 5 9 1

. 4 7 2

. 3 8 6 8 2

. 1 7 1

. 8 9 2

. 9 5 8 8 4

. 2 3 3

. 1 6 4

. 6 1

4 9 1

. 6 2 1

. 4 9 2

. 4 2 6 9 2

. 2 2 1

. 9 2 3

. 0 1 8 9 4

. 5 3 3

. 3 3 4

. 8 6

5 0 1

. 6 4 1

. 5 0 2

. 4 5 7 0 2

. 2 6 1

. 9 5 3

. 0 5 9 0 4

. 9 0 3

. 5 3 5

. 1 2

5 1 1

. 6 6 1

. 5 2 2

. 4 8 7 1 2

. 3 1 1

. 9 8 3

. 1 3 9 1 5

. 3 5 3

. 7 7 5

. 3 8

5 2 1

. 6 8 1

. 5 4 2

. 5 0 7 2 2

. 3 6 2

. 0 1 3

. 1 7 9 2 5

. 9 3 4

. 0 6 5

. 7 5

5 3 1

. 7 1 1

. 5 5 2

. 5 1 7 3 2

. 4 1 2

. 0 5 3

. 2 1 9 3 6

. 7 1 4

. 4 3 6

. 1 75 4 1

. 7 3 1

. 5 7 2

. 5 3 7 4 2

. 4 7 2

. 0 9 3

. 2 5 9 4 7

. 7 8 4

. 9 2 6

. 7 2

5 5 1

. 7 6 1

. 5 9 2

. 5 6 7 5 2

. 5 4 2

. 1 3 3

. 2 7 9 5 9

. 3 4 5

. 5 7 7

. 3 5

A l g o r i t h m P e r f o r m a n c e E v a l u a t i o n

P e r f o r m a n c e o f t h e c u r r e n t a n d p r o p o s e d n e w a l g o r i t h m f o r e s t i m a t i n g e x t i n c t i o n c a n b e

a s s e s s e d i n a n u m b e r o f w a y s e a c h o f w h i c h s e r v e s t o a n s w e r d i f f e r e n t q u e s t i o n s

. R e d u c t i o n o f t h e b i a s e s i n l i g h t s c a t t e r i n g e s t i m a t e s a t t h e e x t r e m e s ( i

. e

.

u n d e r e s t i m a t i o n o f t h e h i g h v a l u e s a n d o v e r e s t i m a t i o n o f t h e l o w v a l u e s ) w h e n

c o m p a r e d t o n e p h e l o m e t e r m e a s u r e m e n t s w a s o n e o f t h e m o s t c o m p e l l i n g r e a s o n s f o r

d e v e l o p m e n t o f a n e w a l g o r i t h m

, s o c o m p a r i s o n s o f b i a s f o r t h e c u r r e n t a n d p r o p o s e d

n e w a l g o r i t h m a r e o n e w a y t o e v a l u a t e p e r f o r m a n c e

.

T h e f r a c t i o n a l b i a s f o r e a c h s a m p l e p e r i o d w a s c a l c u l a t e d a s t h e d i f f e r e n c e i n l i g h t

s c a t t e r i n g ( i

. e

. e s t i m a t e d b

s p m i n u s t h e m e a s u r e d b

s p ) d i v i d e d b y t h e m e a s u r e d l i g h t

s c a t t e r i n g

. T h e s e b i a s e s w e r e t h e n a v e r a g e d i n e a c h q u i n t i l e t o i n d i c a t e t h e b i a s i n

t h o s e f i v e s u b s e t s o f t h e d a t a f r o m t h e l o w e s t t o t h e h i g h e s t l i g h t s c a t t e r i n g v a l u e s

. T w o

d i f f e r e n t a p p r o a c h e s t o t h i s g r o u p i n g b y q u i n t i l e s w e r e p e r f o r m e d

, r e f e r r e d t o a s c r i t e r i a

1 a n d 2

.

C r i t e r i o n 1 u s e d t h e m e a s u r e d l i g h t s c a t t e r i n g t o d e t e r m i n e w h i c h s a m p l e p e r i o d s w e r e

i n e a c h q u i n t i l e

. S i n c e w e t h i n k o f t h e n e p h e l o m e t e r a s t h e b e t t e r m e a s u r e o f l i g h t

s c a t t e r i n g

, b i a s b y t h i s c r i t e r i o n b e t t e r a d d r e s s e s t h e q u e s t i o n o f a l g o r i t h m p e r f o r m a n c e

w i t h r e g a r d s t o t h e h a z e c o n d i t i o n s

. C r i t e r i o n 2 u s e s t h e a l g o r i t h m

- e s t i m a t e d l i g h t

e x t i n c t i o n t o d e t e r m i n e w h i c h s a m p l e p e r i o d s w e r e i n e a c h q u i n t i l e

. T h e R e g i o n a l H a z e

R u l e i n d e x i s b a s e d o n t h e h i g h e s t a n d l o w e s t h a z e l e v e l s a s d e t e r m i n e d b y t h e

a l g o r i t h m

, s o c r i t e r i o n 2 b e t t e r a d d r e s s e s t h e h a z e r u l e a p p l i c a t i o n o f t h e a l g o r i t h m

. T a b l e s 2 t h r o u g h 5 s h o w t h e b i a s r e s u l t s b y b o t h c r i t e r i a f o r t h e c u r r e n t a n d n e w

a l g o r i t h m f o r s i t e s a v e r a g e d b y R P O

.

T a b l e 2

. A

v e r a g e d f r a c t i o n a l b i a s b y R P O f o r t h e c u r r e n t I M P R O V E a l g o r i t h m w i t h q u i n t i l e s b a s e d

o n m e a s u r e d l i g h t s c a t t e r i n g ( c r i t e r i o n 1 )

. B o l d f o n t h i g h l i g h t s t h e b i a s v a l u e s t h a t a r e l o w e r t h a n

c o r r e s p o n d i n g v a l u e s i n T a b l e 3

. R P O Q u i n t i l e 1 Q u i n t i l e 2 Q u i n t i l e 3 Q u i n t i l e 4 Q u i n t i l e 5 A v e r a g e

C E N 0

. 6 7 0

. 1 8 0

. 1 0 0

. 0 2

- 0

. 1 1 0

. 1 7

M A N E 0

. 9 3 0

. 2 7 0

. 1 9 0

. 1 0 0

. 0 1 0

. 2 8

V I S T A S 0

. 5 9 0

. 2 1 0

. 1 1 0

. 0 2

- 0

. 1 3 0

. 1 6

W R A P 1

. 0 7 0

. 3 7 0

. 1 8 0

. 0 7

- 0

. 0 8 0

. 3 2

T a b l e 3

. A

v e r a g e d f r a c t i o n a l b i a s b y R P O f o r t h e c u r r e n t n e w p r o p o s e d a l g o r i t h m w i t h q u i n t i l e s

b a s e d o n m e a s u r e d l i g h t s c a t t e r i n g ( c r i t e r i o n 1 )

. B o l d f o n t h i g h l i g h t s t h e b i a s v a l u e s t h a t a r e

l o w e r t h a n c o r r e s p o n d i n g v a l u e s i n T a b l e 2

. R P O Q u i n t i l e 1 Q u i n t i l e 2 Q u i n t i l e 3 Q u i n t i l e 4 Q u i n t i l e 5 A v e r a g e

C E N 0

. 5 1 0

. 0 8 0

. 0 2

- 0

. 0 3

- 0

. 0 8 0

. 1 0

M A N E 0

. 7 4 0

. 1 4 0

. 0 6 0

. 0 1

- 0

. 0 2 0

. 1 7

V I S T A S 0

. 5 0 0

. 1 6 0

. 1 1 0

. 0 6

- 0

. 0 1 0

. 1 6

W R A P 0

. 8 4 0

. 2 5 0

. 0 8 0

. 0 1

- 0

. 1 0 0

. 2 1T a b l e 4

. A v e r a g e d f r a c t i o n a l b i a s b y R P O f o r t h e c u r r e n t I M P R O V E a l g o r i t h m w i t h q u i n t i l e s b a s e d

o n e s t i m a t e d l i g h t s c a t t e r i n g ( c r i t e r i o n 2 )

. B o l d f o n t h i g h l i g h t s t h e b i a s v a l u e s t h a t a r e l o w e r t h a n

c o r r e s p o n d i n g v a l u e s i n T a b l e 5

. R P O Q u i n t i l e 1 Q u i n t i l e 2 Q u i n t i l e 3 Q u i n t i l e 4 Q u i n t i l e 5 A v e r a g e

C E N 0

. 4 2 0

. 1 9 0

. 1 8 0

. 0 9

- 0

. 0 1 0

. 1 7

M A N E 0

. 3 5 0

. 2 7 0

. 3 0 0

. 3 3 0

. 1 5 0

. 2 8

V I S T A S 0

. 3 8 0

. 1 9 0

. 1 4 0

. 0 8 0

. 0 1 0

. 1 6

W R A P 0

. 5 8 0

. 3 7 0

. 2 6 0

. 2 5 0

. 1 5 0

. 3 2

T a b l e 5

. A

v e r a g e d f r a c t i o n a l b i a s b y R P O f o r t h e c u r r e n t n e w p r o p o s e d a l g o r i t h m w i t h q u i n t i l e s

b a s e d o n e s t i m a t e d l i g h t s c a t t e r i n g ( c r i t e r i o n 2 )

. B o l d f o n t h i g h l i g h t s t h e b i a s v a l u e s t h a t a r e

l o w e r t h a n c o r r e s p o n d i n g v a l u e s i n T a b l e 4

. R P O Q u i n t i l e 1 Q u i n t i l e 2 Q u i n t i l e 3 Q u i n t i l e 4 Q u i n t i l e 5 A v e r a g e

C E N 0

. 2 3 0

. 1 1 0

. 0 8 0

. 0 6 0

. 0 2 0

. 1 0

M A N E 0

. 1 5 0

. 1 4 0

. 1 5 0

. 1 9 0

. 2 1 0

. 1 7

V I S T A S 0

. 2 5 0

. 1 4 0

. 0 8 0

. 1 3 0

. 2 1 0

. 1 6

W R A P 0

. 3 7 0

. 1 9 0

. 1 9 0

. 1 6 0

. 1 7 0

. 2 1

T h e s e t a b l e s s h o w t h a t t h e n e w a l g o r i t h m h a s l o w e r f r a c t i o n a l b i a s t h a n t h e c u r r e n t

I M P R O V E a l g o r i t h m i n a l l b u t t h e h a z i e s t c o n d i t i o n s ( i

. e

. q u i n t i l e 5 ) r e g a r d l e s s o f t h e

c r i t e r i o n u s e d t o s o r t t h e d a t a i n t o q u i n t i l e s

. B y c r i t e r i o n 1

, t h e t w o a l g o r i t h m s p e r f o r m

a b o u t t h e s a m e f o r h a z i e s t d a y s e x c e p t f o r t h e s i t e s i n t h e s o u t h e a s t e r n U

. S

. ( i

. e

. t h e

V I S T A R P O )

, w h e r e t h e n e w a l g o r i t h m h a s m u c h l o w e r b i a s ( 1 % c o m p a r e d t o 1 3 % )

. U s i n g c r i t e r i o n 2

, t h e c u r r e n t a l g o r i t h m h a s c o n s i s t e n t l y l o w e r b i a s c o m p a r e d w i t h t h e

n e w a l g o r i t h m f o r t h e h a z i e s t d a y s ( i

. e

. q u i n t i l e 5 ) f o r e a c h o f t h e R P O s

. T h i s s e e m i n g

p a r a d o x i s t h e r e s u l t o f t h e s o m e w h a t g r e a t e r i m p r e c i s i o n o f t h e n e w a l g o r i t h m

c o m p a r e d t o t h e c u r r e n t a l g o r i t h m

, w h i c h r e s u l t s i n s o m e w h a t l a r g e r e r r o r s i n s e l e c t i n g

w o r s t h a z e s a m p l e p e r i o d s f o r t h e n e w a l g o r i t h m c o m p a r e d w i t h t h e c u r r e n t a l g o r i t h m

.

S c a t t e r p l o t s ( F i g u r e s 1 a n d 3 ) o f l i g h t s c a t t e r i n g e s t i m a t e s f r o m t h e c u r r e n t a n d n e w

p r o p o s e d a l g o r i t h m s v e r s u s n e p h e l o m e t e r d a t a f o r a l l a v a i l a b l e d a t a a t 2 1 m o n i t o r i n g

s i t e s a r e o n e w a y t o v i e w t h e o v e r a l l p e r f o r m a n c e d i f f e r e n c e s b e t w e e n t h e t w o

. T h e s e

f i g u r e s s h o w t h a t t h e b i a s a t t h e e x t r e m e s i s r e d u c e d u s i n g t h e n e w a l g o r i t h m c o m p a r e d

t o t h e o r i g i n a l I M P R O V E a l g o r i t h m ( i

. e

. t h e p o i n t s t e n d t o b e b e t t e r c e n t e r e d o n t h e o n e

t o

- o n e l i n e )

. T h e y a l s o s h o w t h a t t h e s o m e w h a t r e d u c e d p r e c i s i o n o f t h e n e w a l g o r i t h m

c o m p a r e d t o t h e o r i g i n a l I M P R O V E a l g o r i t h m ( i

. e

. p o i n t s a r e m o r e b r o a d l y s c a t t e r e d )

.0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0

0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0

M e a s u r e d B s pSplitComponentMethodBsp

F i g u r e 2

. S c a t t e r p l o t o f t h e r e c o m m e n d e d r e v i s e d a l g o r i t h m e s t i m a t e s o f l i g h t s c a t t e r i n g v e r s u s

m e a s u r e d l i g h t s c a t t e r i n g

.

S i m i l a r p a i r s o f s c a t t e r p l o t s w e r e p r e p a r e d f o r e a c h i n d i v i d u a l m o n i t o r i n g s i t e ( a v a i l a b l e

i n t h e a p p e n d i x )

. F i g u r e s 4 a n d 5 a r e e x a m p l e p l o t s f o r S h e n a n d o a h a n d G r a n d

C a n y o n N a t i o n a l P a r k s

. T h e l o g a r i t h m i c s c a l e s o n t h e s e p l o t s e x a g g e r a t e t h e s c a t t e r

f o r l o w v a l u e s c o m p a r e d t o h i g h v a l u e s

. T h e i n d i v i d u a l

- s i t e s c a t t e r p l o t s h a v e t h e 8 0 t h

p e r c e n t i l e v a l u e s i n d i c a t e d o n t h e g r a p h s f o r t h e p r e d i c t e d a n d m e a s u r e d v a l u e s b y

h o r i z o n t a l a n d v e r t i c a l l i n e s r e s p e c t i v e l y

. P o i n t s t h a t a r e t o t h e r i g h t o f t h e v e r t i c a l l i n e

h a v e n e p h e l o m e t e r v a l u e s t h a t a r e a m o n g t h e 2 0 % w o r s t l i g h t s c a t t e r i n g f o r t h a t

m o n i t o r i n g s i t e s

. P o i n t s t h a t a r e a b o v e t h e h o r i z o n t a l l i n e h a v e a l g o r i t h m d e t e r m i n e d

v a l u e s t h a t a r e a m o n g t h e 2 0 % w o r s t e s t i m a t e d l i g h t s c a t t e r i n g f o r t h a t m o n i t o r i n g s i t e

.

S c a t t e r P l o t f o r S H E N u s i n g I M P R O V E A l g o r i t h m

1 1 0 1 0 0 1 0 0 0

1 1 0 1 0 0 1 0 0 0

M e a s u r e d B s pPredictedBsp S c a t t e r P l o t f o r S H E N u s i n g N e w A l g o r i t h m

1 1 0 1 0 0 1 0 0 0

1 1 0 1 0 0 1 0 0 0

M e a s u r e d B s pPredictedBsp

F i g u r e 4

. S c a t t e r p l o t s o f t h e c u r r e n t I M P R O V E a n d n e w r e c o m m e n d e d a l g o r i t h m e s t i m a t e s o f

l i g h t s c a t t e r i n g v e r s u s m e a s u r e d l i g h t s c a t t e r i n g f o r S h e n a n d o a h N a t i o n a l P a r k

. H o r i z o n t a l a n d

v e r t i c a l l i n e s a r e a t t h e 8 0 t h p e r c e n t i l e f o r e s t i m a t e d a n d m e a s u r e d l i g h t s c a t t e r i n g

.S c a t t e r P l o t f o r G R C A u s i n g I M P R O V E A l g o r i t h m

1 1 0 1 0 0 1 0 0 0

1 1 0 1 0 0 1 0 0 0

M e a s u r e d B s pPredictedBsp S c a t t e r P l o t f o r G R C A u s i n g N e w A l g o r i t h m

1 1 0 1 0 0 1 0 0 0

1 1 0 1 0 0 1 0 0 0

M e a s u r e d B s pPredictedBsp

F i g u r e 5

. S c a t t e r p l o t s o f t h e c u r r e n t I M P R O V E a n d n e w r e c o m m e n d e d a l g o r i t h m e s t i m a t e s o f

l i g h t s c a t t e r i n g v e r s u s m e a s u r e d l i g h t s c a t t e r i n g f o r G r a n d C a n y o n N a t i o n a l P a r k

. H o r i z o n t a l a n d

v e r t i c a l l i n e s a r e a t t h e 8 0 t h p e r c e n t i l e f o r e s t i m a t e d a n d m e a s u r e d l i g h t s c a t t e r i n g

.

T h e p r o p o s e d n e w a l g o r i t h m p e r f o r m s n o t i c e a b l y b e t t e r w i t h r e s p e c t t o h a v i n g d a t a

p o i n t s m o r e c e n t e r e d o n t h e o n e

- t o

- o n e l i n e a t t h e h i g h a n d l o w h a z e l e v e l e x t r e m e s

t h a n t h e c u r r e n t I M P R O V E a l g o r i t h m f o r S h e n a n d o a h N a t i o n a l P a r k

, w h i c h i s t y p i c a l f o r

t h e h i g h h a z e l e v e l l o c a t i o n s i n t h e s o u t h e a s t U

. S

. A l a r g e n u m b e r o f t h e m e a s u r e d

w o r s t h a z e s a m p l e p e r i o d s a r e c o r r e c t l y i d e n t i f i e d b y b o t h a l g o r i t h m s ( t h e s e a r e t h e

p o i n t s a b o v e a n d t o t h e r i g h t o f t h e t w o 8 0 t h p e r c e n t i l e l i n e s )

. T h e d i f f e r e n c e s b e t w e e n

t h e t w o a l g o r i t h m s f o r G r a n d C a n y o n N a t i o n a l P a r k a n d m o s t o f t h e o t h e r l e s s h a z y

l o c a t i o n s a r e n o t a p p a r e n t i n t h e s e s c a t t e r p l o t s

.

T h e f i n a l a p p r o a c h f o r e v a l u a t i n g t h e r e l a t i v e p e r f o r m a n c e o f t h e t w o a l g o r i t h m s i s t o

c o m p a r e t h e a v e r a g e c o m p o s i t i o n o f t h e b e s t h a z e d a y s a n d t h e w o r s t h a z e d a y s a s

s e l e c t e d u s i n g e a c h a l g o r i t h m a n d u s i n g t h e m e a s u r e d l i g h t s c a t t e r i n g

. T a b l e 6 a n d 7

c o n t a i n t h e a v e r a g e c o m p o s i t i o n b y R P O f o r d a y s s e l e c t e d a s b e s t a n d w o r s t b y t h e s e

t h r e e m e t h o d s

. S i m i l a r r e s u l t s f o r e a c h o f t h e 2 1 n e p h e l o m e t e r m o n i t o r i n g l o c a t i o n s a r e

s h o w n i n t a b l e s i n t h e a p p e n d i x

.

T a b l e 6

. M e a n l i g h t s c a t t e r i n g a n d p e r c e n t P M 2

. 5 c o m p o s i t i o n f o r t h e f i v e m a j o r c o m p o n e n t s f o r

2 0 % b e s t d a y s a s d e t e r m i n e d b y m e a s u r e m e n t

, t h e c u r r e n t I M P R O V E a l g o r i t h m a n d t h e p r o p o s e d

n e w a l g o r i t h m

.

R P O M e a n

B s p

( M m

- 1 ) P e r c e n t

A m m o n i u m

S u l f a t e P e r c e n t

A m m o n i u m

N i t r a t e P e r c e n t

O C M P e r c e n t

S o i l P e r c e n t

C o a r s e P e r c e n t

E C

M e a s u r e d 6

. 8 1 9 2 1 5 8 5 4 2

I M P R O V E 9

. 1 2 0 2 1 5 7 5 3 2 C E N R A P

N E W 8

. 1 2 1 3 1 6 7 5 1 2

M e a s u r e d 6

. 1 2 2 3 2 2 4 4 7 3

I M P R O V E 8

. 4 2 1 3 2 2 4 4 7 3 M A N E V U

N E W 7

. 4 2 2 4 2 2 4 4 5 3

M e a s u r e d 1 3

. 8 2 5 7 2 1 4 4 0 3

I M P R O V E 1 8

. 4 2 5 7 2 1 4 4 0 3 V I S T A S

N E W 1 7

. 0 2 5 8 2 1 4 3 9 3M e a s u r e d 3

. 4 1 3 3 1 8 8 5 5 3

I M P R O V E 5

. 2 1 4 3 1 9 8 5 3 3 W R A P

N E W 4

. 5 1 5 3 1 9 8 5 2 3

T a b l e 7

. M e a n l i g h t s c a t t e r i n g a n d p e r c e n t P M 2

. 5 c o m p o s i t i o n f o r t h e f i v e m a j o r c o m p o n e n t s f o r

2 0 % w o r s t d a y s a s d e t e r m i n e d b y m e a s u r e m e n t

, t h e c u r r e n t I M P R O V E a l g o r i t h m a n d t h e

p r o p o s e d n e w a l g o r i t h m

.

R P O M e a n

B s p

( M m

- 1 ) P e r c e n t

A m m o n i u m

S u l f a t e P e r c e n t

A m m o n i u m

N i t r a t e P e r c e n t

O C M P e r c e n t

S o i l P e r c e n t

C o a r s e P e r c e n t

E C

M e a s u r e d 7 6 3 4 6 1 9 5 3 4 2

I M P R O V E 6 7 3 4 6 1 9 5 3 3 2 C E N R A P

N E W 7 2 3 4 6 1 9 6 3 4 2

M e a s u r e d 6 1 3 6 6 2 3 3 3 0 3

I M P R O V E 6 1 3 6 6 2 2 3 3 0 3 M A N E V U

N E W 6 3 3 5 6 2 3 3 3 1 3

M e a s u r e d 1 2 0 4 6 5 2 1 3 2 2 2

I M P R O V E 1 0 6 4 7 4 2 1 3 2 3 2 V I S T A S

N E W 1 2 7 4 7 3 2 2 3 2 2 2

M e a s u r e d 3 6 1 5 6 2 7 7 4 2 3

I M P R O V E 3 3 1 4 6 2 7 6 4 4 3 W R A P

N E W 3 3 1 3 6 2 7 6 4 4 3

T h e s e t a b l e s d e m o n s t r a t e t h a t t h e c o m p o s i t i o n a s s o c i a t e d w i t h t h e b e s t a n d w o r s t h a z e

d a y s a r e n o t v e r y s e n s i t i v e t o t h e m e t h o d o f i d e n t i f y i n g t h e s a m p l e p e r i o d s t h a t f i t i n

b e s t a n d w o r s t c a t e g o r i e s

. S o m e o f t h e i n d i v i d u a l s i t e s ( e

. g

. G r a n d C a n y o n ) h a v e

s o m e w h a t l a r g e r v a r i a t i o n s i n t h e c o m p o s i t i o n b e t w e e n m e a s u r e m e n t

- s e l e c t e d d a y s

c o m p a r e d t o a l g o r i t h m

- s e l e c t e d d a y s

, t h o u g h t h e r e ’ s l i t t l e d i f f e r e n c e b e t w e e n t h e

a v e r a g e c o m p o s i t i o n c o m p a r i n g t h e t w o a l g o r i t h m s o n t h e b e s t a n d w o r s t d a y s

. T h e

c o n t r i b u t i o n s t o l i g h t e x t i n c t i o n b y t h e v a r i o u s c o m p o n e n t s w e r e n o t e x p l i c i t l y c a l c u l a t e d

, b u t a r e i n h e r e n t l y s o m e w h a t d i f f e r e n t b e c a u s e o f t h e e x p l i c i t d i f f e r e n c e s i n t h e t w o

a l g o r i t h m s

.

I n s u m m a r y

, t h e p r o p o s e d n e w a l g o r i t h m f o r e s t i m a t i n g h a z e r e d u c e s t h e b i a s e s

c o m p a r e d t o m e a s u r e m e n t s a t t h e h i g h a n d l o w e x t r e m e s

. T h i s i s m o s t a p p a r e n t f o r

t h e h a z i e r e a s t e r n s i t e s

. T h e c o m p o s i t i o n o f d a y s s e l e c t e d a s b e s t a n d w o r s t b y t h e

c u r r e n t a n d t h e n e w a l g o r i t h m a r e v e r y s i m i l a r

, a n d s i m i l a r t o d a y s s e l e c t e d b y

m e a s u r e m e n t s

. M o s t o f t h e r e d u c t i o n o f b i a s a s s o c i a t e d w i t h t h e n e w a l g o r i t h m i s

a t t r i b u t e d t o t h e u s e o f t h e s p l i t c o m p o n e n t e x t i n c t i o n e f f i c i e n c y m e t h o d f o r s u l f a t e

,

n i t r a t e a n d o r g a n i c c o m p o n e n t s t h a t p e r m i t t e d v a r i a b l e e x t i n c t i o n e f f i c i e n c y d e p e n d i n g

o n t h e c o m p o n e n t m a s s c o n c e n t r a t i o n

. T h o u g h n o t s u b j e c t t o e x p l i c i t p e r f o r m a n c e

t e s t i n g

, t h e p r o p o s e d n e w a l g o r i t h m a l s o c o n t a i n s s p e c i f i c c h a n g e s f r o m t h e c u r r e n t

a l g o r i t h m t h a t r e f l e c t a b e t t e r u n d e r s t a n d i n g o f t h e a t m o s p h e r e a s r e f l e c t e d i n t h e m o r e

r e c e n t s c i e n t i f i c l i t e r a t u r e ( e

. g

. c h a n g e t o 1

. 8 f r o m 1

. 4 f o r o r g a n i c c o m p o u n d m a s s t o

c a r b o n m a s s r a t i o ) a n d a m o r e c o m p l e t e a c c o u n t i n g f o r c o n t r i b u t o r s t o h a z e ( e

. g

. s e a

s a l t a n d N O 2 t e r m s )

, a n d u s e o f s i t e s p e c i f i c R a y l e i g h s c a t t e r i n g t e r m s t o r e d u c e

e l e v a t i o n

- r e l a t e d b i a s

.