1 

# A T MO SP H E R I C



# , H Y D R O C L I M A T I C



# , A N D 

# A N T H R O PO G E N I C



# C A U SES O F 

# F U G I T I VE 

# D U ST I N T H E 

# N O G A L ES



# , A R I Z O N A



# N O G A L ES



# , S O N O R A



# , A I R S H E D



# P R O J EC T 

# N U M B E R 

# : A

- 0 2

- 0 2

A N D R E W 

### W A L T O N 

### E L L I S



### , A R I Z O N A 

### S T A T E 

### U N I VE R SI T Y

N A R R A T I VE S U M M A R Y

T h e r e se a r ch r e p o r t e d h e r e i n t e n d e d t o i d e n t i f y t h e r e l a t i v e i m p o r t a n ce o f

d i f f e r e n t f a ct o r s t h a t p r e su m a b l y co n t r i b u t e t o h i g h co n ce n t r a t i o n s o f f u g i t i v e d u st

i n t h e N o g a l e s a i r sh e d ( a n t h r o p o g e n i c si g n a l s

, a t m o sp h e r i c ch a r a ct e r i st i cs,

su r f a ce co n d i t i o n s)

. T h e b a si c t h e o r e t i ca l q u e st i o n s a d d r e sse d a r e :

• W h a t a r e t h e p h ysi ca l a n d a n t h r o p o g e n i c co n d i t i o n s t h a t e vo l ve t o a p o i n t i n

t i m e w h e n P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s i n N o g a l e s a r e h i g h ?

• W h a t a r e t h e r e l a t i ve c o n t r i b u t i o n s o f a t m o s p h e r i c su p p o r t a n d su r f a ce

co n d i t i o n s i n t h e d a i l y co n c e n t r a t i o n o f P M 1 0 o n e i t h e r si d e o f t h e b o r d e r a t

N o g a l e s?

• D o e s so i l co n d i t i o n p l a y a l a r g e r r o l e i n P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s o n t h e S o n o r a

si d e o f N o g a l e s d u e t o t h e su p p o se d d i f f e r e n c e i n i n f r a st r u ct u r e ( p a ve d

r o a d w a ys) ?

E a ch o f t h e se q u e st i o n s w a s a d d r e sse d i n su p p o r t i n g t h e u l t i m a t e g o a l s o f t h e

p r o d u ct i o n o f d a i l y f o r e ca s t s o f P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s a n d d e t e r m i n i n g a n a n sw e r

t o t h e q u e st i o n o f w h e t h e r o r n o t m i t i g a t i o n i s r e a l i st i c.

T h e f i n d i n g s o f t h e w o r k i n d i ca t e t h a t a t m o sp h e r i c su p p o r t ( st a g n a n t syn o p t i c

a t m o sp h e r e ) i s m o st i m p o r t a n t i n co n t r o l l i n g d a i l y P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s i n

N o g a l e s; t h e c o n d i t i o n o f t h e s u r f a c e ( so i l m o i st u r e ) d o e s h a v e va l u e

, b u t o f a

se co n d a r y n a t u r e

. A n a r t i f i ci a l r e p r e se n t a t i o n o f t h e a n t h r o p o g e n i c va r i a b l e d a y

o f t h e w e e k ( cr e a t e d b a se d o n h i st o r i ca l v a r i a t i o n i n P M 1 0 b y d a y o f t h e w e e k)

sh o w e d n o st r o n g r e l a t i o n sh i p w i t h d a i l y P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s o n e i t h e r si d e o f

t h e b o r d e r a t N o g a l e s. F u r t h e r m o r e

, i t w a s f o u n d t h a t w h e n P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s

a r e a n o m a l o u sl y h i g h ( g r e a t e r t h a n t h e m e a n ) f o r N o g a l e s ( A r i zo n a a n d S o n o r a

co m b i n e d )

, a t m o sp h e r i c co n t r o l l e r s h a v e l i t t l e b e a r i n g o n t h e c o n ce n t r a t i o n o f

P M 1 0 r e l a t i ve t o n o r m a l o n o n e si d e o f t h e b o r d e r ve r s u s t h e o t h e r

. H o w e ve r

, d u r i n g f a l l a n d w i n t e r

, d r y so i l m o i st u r e co n d i t i o n s a r e a sso ci a t e d w i t h r e l a t i v e l y

h i g h e r co n ce n t r a t i o n s o n t h e A r i zo n a si d e o f N o g a l e s t h a n o n t h e S o n o r a si d e

r e l a t i ve t o n o r m a l a t e a c h l o ca t i o n

. T h i s i n d i ca t e s t h a t t h e co n d i t i o n o f t h e su r f a ce

i s a g r e a t e r i n f l u e n ce o n m o vi n g h i g h P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s e ve n h i g h e r o n t h e

A r i zo n a s i d e o f t h e b o r d e r t h a n o n t h e S o n o r a si d e

. T h i s i d e a f i t s w i t h i n t u i t i o n

, g i ve n t h e su p p o se d d i f f e r e n ce i n i n f r a st r u ct u r e ( p a ve d r o a d w a ys) b e t w e e n t h e2 A r i zo n a a n d S o n o r a si d e s o f N o g a l e s a n d w i t h t h e f a ct t h a t co n ce n t r a t i o n s o n t h e

S o n o r a si d e a r e a l m o st a l w a ys h i g h e r t h a n o n t h e A r i zo n a si d e

.

T h e f i n d i n g s t h a t P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s o n t h e S o n o r a si d e o f N o g a l e s t e n d t o b e

co n si d e r a b l y h i g h e r t h a n o n t h e A r i z o n a si d e a n d t h a t c o n ce n t r a t i o n s a t b o t h

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

su r p r i si n g a n d n o t o f g r e a t a d d i t i o n a l b e n e f i t

. H o w e ve r

, o f i n t e r e st t o t h e sci e n t i f i c

co m m u n i t y a n d l o ca l d e ci si o n

- m a ke r s i s t h e s e a so n a l i t y o f t h e co n c e n t r a t i o n s

d e sp i t e t h e f a ct t h a t t h e h i g h e st a m o u n t s o f so i l m o i st u r e o cc u r cl i m a t o l o g i ca l l y i n

f a l l a n d w i n t e r

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

- sca l e

a t m o sp h e r e o ve r t h e co n d i t i o n o f t h e su r f a c e a n d i n d i ca t e s t h a t t h e N o g a l e s

a i r sh e d

, f r o m a P M 1 0 p e r sp e ct i ve

, i s l a r g e l y a t t h e m e r cy o f a n a t m o s p h e r e

co n d u ci ve t o h i g h co n c e n t r a t i o n s o f d u st

. T o t h e g e n e r a l co m m u n i t y o f N o g a l e s,

i n t r a

- a n n u a l p e r i o d s o f h i g h r i sk a r e r a t h e r a p p a r e n t

.3 

## A T MO SP H E R I C



## , H Y D R O C L I M A T I C



## , A N D 

## A N T H R O PO G E N I C



## C A U SES O F 

## F U G I T I VE 

## D U ST I N T H E 

## N O G A L ES



## , A R I Z O N A



## N O G A L ES



## , S O N O R A



## , A I R S H E D



## P R O J EC T 

## N U M B E R 

## : A

- 0 2

- 0 2

A N D R E W 

### W A L T O N 

### E L L I S



### , A R I Z O N A 

### S T A T E 

### U N I VE R SI T Y

I N T R O D U C T I O N

S m a l l so l i d o r l i q u i d a i r b o r n e p a r t i cl e s o f v a r yi n g p h ysi ca l a n d ch e m i c a l

ch a r a ct e r i st i cs, co l l e ct i ve l y r e f e r r e d t o a s a t m o sp h e r i c p a r t i cu l a t e m a t t e r ( P M )

,

a r e i n t r o d u ce d i n t o t h e a t m o s p h e r e b y b o t h n a t u r a l ( p o l l i n a t i o n

, w i n d e r o si o n

,

w i l d f i r e ) a n d a n t h r o p o g e n i c ( co m b u st i o n

, g r o u n d t r a f f i c ) p r o c e sse s. P M si ze i s a

cr i t i ca l d e t e r m i n a n t o f t h e a sso ci a t e d e f f e ct s o f P M o n h u m a n h e a l t h

. C o a r se P M

, t h a t o f a d i a m e t e r r a n g i n g f r o m 2

. 5 m i c r o n s ( μ m ) t o 1 0 μ m

, o r P M 1 0

, i s ca p a b l e o f

b e i n g i n h a l e d a n d i s t y p i ca l l y d e p o si t e d i n t h e u p p e r p o r t i o n s o f t h e r e sp i r a t o r y

s yst e m

. I n h a l a t i o n o f P M 1 0 h a s b e e n a sso ci a t e d w i t h e xce ss m o r t a l i t y, b r o n c h i a l

a g g r a va t i o n

, a n d a l t e r a t i o n o f p u l m o n a r y f u n ct i o n s w i t h i n ch i l d r e n ( A D E Q 2 0 0 0 )

.

I n 1 9 9 5

, t h e A r i zo n a C o m p a r a t i ve E n vi r o n m e n t a l R i sk P r o j e ct e xa m i n e d

st a t e w i d e h u m a n e x p o su r e t o a l l e n vi r o n m e n t a l r i sks a n d r a n ke d a i r q u a l i t y,

sp e ci f i ca l l y P M

, a s t h e h i g h e st t h r e a t t o t h e co l l e ct i ve h e a l t h o f t h e st a t e ’ s

i n h a b i t a n t s ( A D E Q 2 0 0 0 )

. W i t h i n t h e st u d y i t w a s e st i m a t e d t h a t P M 1 0

co n ce n t r a t i o n s a r e r e s p o n si b l e f o r g r e a t e r t h a n 9 0 0 p r e m a t u r e d e a t h s a n n u a l l y ;

i n r e ce n t y e a r s a c r o ss A r i zo n a t h e r e h a ve b e e n i n cr e a se s i n h o sp i t a l a d m i ssi o n s

f o r r e s p i r a t o r y d i se a se

, a st h m a e p i so d e s, l o w e r r e sp i r a t o r y sym p t o m s, a n d

co u g h s ( A D E Q 2 0 0 0 )

.

P M 1 0 i s p r e d o m i n a n t l y d u s t

- i n t r o d u ce d t o t h e l o w e r a t m o sp h e r e b y g r o u n d t r a f f i c

o n p a ve d a n d u n p a ve d r o a d w a ys, co n st r u ct i o n e f fo r t s, a n d w i n d o f a m a g n i t u d e

ca p a b l e o f p r o d u ci n g so i l e r o si o n ( g e n e r a l l y 7

. 7 2 m e t e r s p e r se co n d [ m / s] - 1 ( 1 5

m i l e s p e r h o u r [ m p h ] ) o r g r e a t e r ; P e w e 1 9 8 1 ; A D E Q 2 0 0 0 )

. U n l i ke sm a l l e r

- si ze d

P M

, P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s a r e n o t e ve n l y d i st r i b u t e d sp a t i a l l y, a s t h e a m o u n t o f

d u st w i t h i n t h e l o w e r a t m o sp h e r e a t a sp e ci f i c l o ca t i o n i s l a r g e l y a f u n c t i o n o f

p r o xi m i t y t o s o u r ce a r e a s

. P M co n ce n t r a t i o n s a l o n g t h e A r i z o n a

- S o n o r a

i n t e r n a t i o n a l b o r d e r ( F i g u r e 1 ) h a ve b e e n a co n ce r n o f t h e A r i zo n a D e p a r t m e n t o f

E n vi r o n m e n t a l Q u a l i t y ( A D E Q ) a n d t h e U

. S

. E n vi r o n m e n t a l P r o t e ct i o n A g e n cy

( E P A ) fo r ye a r s, p r o m p t i n g se v e r a l sp e ci a l b o r d e r st u d i e s

. I n st u d yi n g P M 1 0

w i t h i n D o u g l a s, A r i z.

, A D E Q sci e n t i st s f o u n d c o n ce n t r a t i o n s t o b e 2 1 % t o 1 1 7 %

h i g h e r a t t h e b o r d e r t h a n a t a l o c a t i o n o n e m i l e n o r t h ( A D E Q 1 9 9 9 )

. I n a l a t e r

st u d y, A D E Q co l l e ct e d d a t a fo r f i n e P M ( P M 2

. 5 ) o n e i t h e r si d e o f t h e b o r d e r a t

N o g a l e s fo r 2 0 m o n t h s. C o n ce n t r a t i o n s i n A r i z o n a w e r e c o m f o r t a b l y w i t h i n t h e

f e d e r a l st a n d a r d

, w h i l e j u st s o u t h o f t h e b o r d e r co n ce n t r a t i o n s w e r e fo u n d t o b e4 t h r e e t i m e s t h e s t a n d a r d ( A D E Q 1 9 9 9 )

. A l o n g t h e A r i zo n a

- S o n o r a b o r d e r

,

su sp e n d e d P M i s a co m m o n o cc u r r e n ce d u e t o t h e g e n e r a l l y w e a k a t m o s p h e r i c

d yn a m i cs a n d t h e co n f i n i n g t o p o g r a p h y ( B e r m a n

, e t a l

. 1 9 9 5 )

.

I n t h e m o st r e c e n t ( 2 0 0 0 ) a n n u a l r e p o r t f r o m A D E Q

, t h e P M m o n i t o r i n g si t e i n

N o g a l e s, A r i zo n a r e co r d e d a n a n n u a l m e a n P M 1 0 co n ce n t r a t i o n o f 5 2

. 5

m i cr o g r a m s p e r cu b i c m e t e r ( μ g / m 3 ) d u r i n g 1 9 9 9

, w h i ch w a s t h e e i g h t h h i g h e st

a m o n g t h e 8 6 m o n i t o r i n g si t e s a cr o ss t h e st a t e ( A D E Q 2 0 0 0 )

. T h e h i g h e st o n e

d a y co n ce n t r a t i o n o f 1 6 9 μ g / m 3 a t N o g a l e s w a s t h e f i f t h h i g h e st a c r o ss t h e st a t e

o f A r i zo n a

, w h i l e t h e se co n d h i g h e st o n e

- d a y co n ce n t r a t i o n ( 1 6 4 μ g / m 3 ) a t t h e

N o g a l e s si t e w a s t h e t h i r d h i g h e st w i t h i n t h e s t a t e

. A cr o ss t h e b o r d e r a t N o g a l e s

, S o n

. , t h e a n n u a l m e a n co n c e n t r a t i o n o f P M 1 0 d u r i n g 1 9 9 9 ( 5 9

. 8 μ g / m 3 ) w a s

h i g h e r t h a n a c r o ss t h e b o r d e r i n A r i zo n a

, a s w e r e t h e f i r st a n d se co n d h i g h e st

o n e

- d a y c o n ce n t r a t i o n s ( 1 8 0 μ g / m 3 a n d 1 4 1 μ g / m 3 r e sp e ct i ve l y; A D E Q 2 0 0 0 )

. T h e se f i n d i n g s su g g e st t h a t l o w e r a t m o sp h e r i c co n ce n t r a t i o n s o f P M 1 0 i n

N o g a l e s co n t i n u e t o b e r a t h e r h i g h a n d a r e m o st l i ke l y h i g h e r o n t h e S o n o r a n

si d e o f t h e b o r d e r

.

H i g h P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s i n N o g a l e s m a y b e a t l e a st p a r t i a l l y r e l a t e d t o t h e f a ct

t h a t t h e N o g a l e s p o r t i s t h e b u si e st i n t h e st a t e o f A r i zo n a

. T h e g r e a t e r t h a n 4

. 5

m i l l i o n p e d e st r i a n s t h a t m o ve t h r o u g h t h e p o r t a n n u a l l y r e p r e se n t n e a r l y 6 0 % o f

t h e p e d e s t r i a n s t h a t cr o ss t h e A r i zo n a

- S o n o r a b o r d e r e a ch y e a r

. T h e g r e a t e r

t h a n 2 5 1

, 0 0 0 t r u cks cr o ssi n g t h e b o r d e r a t N o g a l e s e a ch ye a r r e p r e s e n t s n e a r l y

7 5 % o f t h e t o t a l a l o n g t h e A r i zo n a

- S o n o r a b o r d e r

. F i n a l l y, n e a r l y 4 m i l l i o n

p a sse n g e r ca r s p a ss t h r o u g h t h e N o g a l e s p o r t e a ch ye a r

, a cco u n t i n g f o r 4 1 % o f

t h a t f o r m o f t r a f f i c cr o ssi n g t h e A r i zo n a

- S o n o r a b o r d e r e a c h ye a r

.

R ESE A R C H O B J EC T I VES

T h e r e se a r ch r e p o r t e d h e r e i n t e n d e d t o i d e n t i f y t h e r e l a t i v e i m p o r t a n ce o f

d i f f e r e n t f a ct o r s t h a t p r e su m a b l y co n t r i b u t e t o h i g h co n ce n t r a t i o n s o f f u g i t i v e d u st

i n t h e N o g a l e s a i r sh e d ( a n t h r o p o g e n i c si g n a l s

, a t m o sp h e r i c ch a r a ct e r i st i cs,

su r f a ce co n d i t i o n s)

. T h e b a si c t h e o r e t i ca l q u e st i o n s a d d r e sse d a r e :

• W h a t a r e t h e p h ysi ca l a n d a n t h r o p o g e n i c co n d i t i o n s t h a t e vo l ve t o a p o i n t i n

t i m e w h e n P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s i n N o g a l e s a r e h i g h ?

• W h a t a r e t h e r e l a t i ve c o n t r i b u t i o n s o f a t m o s p h e r i c su p p o r t a n d su r f a ce

co n d i t i o n s i n t h e d a i l y co n c e n t r a t i o n o f P M 1 0 o n e i t h e r si d e o f t h e b o r d e r a t

N o g a l e s?

• D o e s so i l co n d i t i o n p l a y a l a r g e r r o l e i n P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s o n t h e S o n o r a

si d e o f N o g a l e s d u e t o t h e su p p o se d d i f f e r e n c e i n i n f r a st r u ct u r e ( p a ve d

r o a d w a ys) ?

E a ch o f t h e se q u e st i o n s w a s a d d r e sse d i n su p p o r t i n g t h e u l t i m a t e g o a l s o f t h e

p r o d u ct i o n o f d a i l y f o r e ca s t s o f P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s a n d d e t e r m i n i n g a n a n sw e r

t o t h e q u e st i o n o f w h e t h e r o r n o t m i t i g a t i o n i s r e a l i st i c.5 R ESE A R C H M ET H O D O L O G Y / A P PR O A C H E S

I n o r d e r t o p u r su e t h e r e se a r c h o b j e ct i ve s

, a r a t h e r l a r g e d a i l y d a t a se t w a s

cr e a t e d f o r N o g a l e s. F i r st

, d a i l y P M 1 0 d a t a fo r N o g a l e s, A r i z. ( 1 9 8 5

– 2 0 0 1 ) a n d

N o g a l e s, S o n

. ( 1 9 9 3

– 2 0 0 1 ) w e r e c o l l e ct e d f r o m A D E Q

. D a t a u n d e r w e n t

e xt e n si ve q u a l i t y a ssu r a n ce p r o ce d u r e s a t A D E Q p r i o r t o d a t a b a s e a sse m b l a g e

,

a n d t h e r e fo r e t h e d a t a w e r e t a ke n a s a ccu r a t e a n d a s co m p l e t e a s p o ssi b l e

. A s

w i t h a l l st a n d a r d p r a ct i ce i n m e a su r i n g P M

, d a t a m e a su r e m e n t s w e r e t a ke n o n a

si x

- d a y i n t e r v a l w i t h d a i l y m e a su r e m e n t s a t t h e t w o si t e s co i n ci d i n g b e g i n n i n g i n

D e ce m b e r 1 9 9 3

. T h e r e su l t w a s 8 1 5 d a i l y o b s e r va t i o n s a t N o g a l e s, A r i z.

, 4 5 7

d a i l y o b se r va t i o n s a t N o g a l e s, S o n

. , a n d 2 6 6 d a i l y o b se r va t i o n s t h a t w e r e

co i n ci d e n t b e t w e e n t h e t w o

.

P M d a t a w e r e su b j e ct e d t o d e scr i p t i ve st a t i st i ca l a n a l yse s i n o r d e r t o

ch a r a ct e r i ze t h e c o n ce n t r a t i o n o f P M 1 0 o n b o t h si d e s o f N o g a l e s a s w e l l a s o n e

si d e r e l a t i ve t o t h e o t h e r

. P M 1 0 d a t a w e r e t h e n st r a t i f i e d b y m o n t h a n d d a y o f t h e

w e e k f o r t h e f u l l d a t a r e c o r d f r o m e a ch si d e o f N o g a l e s, a n d a g a i n s u b j e ct e d t o

d e scr i p t i ve st a t i st i ca l a n a l yse s fo r e a ch o f t h e st r a t i f i e d g r o u p s ( i

. e

. , b y m o n t h

a n d b y d a y o f t h e w e e k)

. B a se d u p o n cl i m a t o l o g i ca l a n a l ysi s o f N o g a l e s

( t e m p e r a t u r e

, p r e ci p i t a t i o n ) a n d t h e m o n t h l y c h a r a ct e r i za t i o n s o f P M

co n ce n t r a t i o n s, t h e a n n u a l ca l e n d a r w a s d i vi d e d i n t o se a s o n s. T h e r e su l t w a s a

d i st r i b u t i o n o f se a so n s d e f i n e d i n a st a n d a r d w a y: D e ce m b e r t h r o u g h F e b r u a r y

w a s d e e m e d t h e w i n t e r se a s o n ; M a r ch t h r o u g h M a y w a s d e e m e d s p r i n g ; Ju n e

t h r o u g h A u g u st w a s d e e m e d t h e su m m e r se a so n ; a n d S e p t e m b e r t h r o u g h

N o ve m b e r w a s d e e m e d f a l l

.

I n a n a t t e m p t t o r e ve a l a n a n t h r o p o g e n i c si g n a l i n P M d a t a i n a sso ci a t i o n w i t h

g r o u n d t r a f f i c a ct i vi t y, t h e U

. S

. C u st o m s S e r vi ce w a s co n t a ct e d f o r d a i l y b o r d e r

cr o ssi n g d a t a fo r t h e p o r t a t N o g a l e s. I t w a s l e a r n e d t h a t d a i l y d a t a i s t r a n sl a t e d

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

d i sca r d e d

. T h i s r e d u ce d t h e ca p a ci t y f o r d e t e c t i o n o f a n a n t h r o p o g e n i c si g n a l

a n d r e su l t e d i n t h e cr e a t i o n o f a n a r t i f i ci a l i n d i ca t o r o f a n a n t h r o p o g e n i c si g n a l

b a se d o n t h e st r a t i f i ca t i o n b y d a y o f t h e w e e k

. G i ve n t h e d i st r i b u t i o n o f P M

co n ce n t r a t i o n s b y d a y o f t h e w e e k, a n a r t i f i ci a l r e p r e s e n t a t i o n o f t h e d a y o f t h e

w e e k, f r o m o n e t o se ve n

, w a s cr e a t e d b a se d o n a sso ci a t i o n w i t h t h e h i g h e st P M

co n ce n t r a t i o n s ( F r i d a y = 1

, S u n d a y = 2

, 3 = M o n d a y, 4 = T h u r s d a y) a n d l o w e st

P M co n ce n t r a t i o n s ( 5 = S a t u r d a y, 6 = W e d n e sd a y, 7 = T u e sd a y)

.

A s m i g h t b e e xp e ct e d

, P M d a t a f o r b o t h si d e s o f N o g a l e s w e r e f o u n d t o b e

p o si t i ve l y ske w e d w i t h p o si t i ve ku r t o si s ( ske w e d t o w a r d sm a l l e r va l u e s a n d

cl u st e r e d a b o u t a ce n t r a l va l u e )

. T h e d a t a w e r e t r a n sfo r m e d w i t h a l o g a r i t h m i c

f u n ct i o n t o p r o d u ce t w o n o r m a l l y d i st r i b u t e d d a t a se t s

— o n e fo r e a ch o f t h e t w o

si t e s i n N o g a l e s. O n ce f i t t e d t o a n o r m a l d i st r i b u t i o n

, h i g h d a i l y va l u e s o f P M 1 0

co n ce n t r a t i o n s w e r e d e e m e d t o b e t h o se i n t h e u p p e r q u a r t i l e

, l o w d a i l y va l u e s

w e r e t h o se i n t h e l o w e r q u a r t i l e

, a n d a l l va l u e s b e t w e e n w e r e co n si d e r e d n o n

e xt r e m e

. T h e r e su l t w a s a d i s t r i b u t i o n o f 1 4 4 h i g h P M d a ys ( ≥ 7 8

. 0 μ g / m 3 ) a n d

1 4 6 l o w P M d a ys ( ≤ 3 1

. 3 μ g / m 3 ) a t N o g a l e s, A r i z.

, a n d 8 9 h i g h P M d a ys ( ≥ 9 5

. 06 μ g / m 3 ) a n d 9 1 l o w P M d a ys ( ≤ 3 9

. 0 μ g / m 3 ) a t N o g a l e s, S o n

. T h e n o r m a l i ze d

va l u e s w e r e t h e n a b l e t o b e st r a t i f i e d o n ce a g a i n b y m o n t h a n d d a y o f t h e w e e k.

F o r t h e se a so n s ch a r a ct e r i ze d b y t h e h i g h e st P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s, w h i ch i s t o

sa y f a l l

, w i n t e r

, a n d sp r i n g

, d a ys u p o n w h i ch t h e P M co n ce n t r a t i o n w a s h i g h o n

b o t h si d e s o f N o g a l e s w e r e e xt r a ct e d a n d u s e d t o cr e a t e syn o p t i c co m p o si t e

m a p s o f 5 0 0 h e ct o p a sca l s ( h P a ) h e i g h t a n d 8 5 0 h P a w i n d

. D a t a fo r c o m p o si t e s

w e r e e xt r a ct e d f r o m t h e g r i d d e d d a t a b a s e o f t h e N a t i o n a l C e n t e r f o r

E n vi r o n m e n t a l P r e d i ct i o n ( N C E P ) / N a t i o n a l C e n t e r fo r A t m o sp h e r i c R e se a r ch

( N C A R ) r e a n a l ysi s d a t a b a se ( K a l n a y, e t a l

. 1 9 9 6 )

. C o m p o si t e s w e r e b a se d o n 1 8

d a ys w i t h i n t h e f a l l se a so n a n d 2 0 d a ys f r o m t h e w i n t e r se a so n

, w h i l e n o

co m p o si t e s w e r e co n s t r u ct e d fo r s p r i n g si n c e t h e r e w a s n o t a si n g l e o ccu r r e n ce

o f co i n ci d e n t a l h i g h P M d a ys a t t h e N o g a l e s s t a t i o n s. H e i g h t m a p s w e r e

co n st r u ct e d t o i l l u st r a t e t h e cl i m a t o l o g i ca l p a t t e r n o f h e i g h t ( r i d g e /t r o u g h p a t t e r n )

a l o n g w i t h t h e h e i g h t a n o m a l i e s o n d a ys o f h i g h P M co n ce n t r a t i o n i n o r d e r t o

ch a r a ct e r i ze t h e r e l a t i ve st a g n a t i o n ( u p p e r a t m o sp h e r i c h i g h p r e ssu r e ) o n su ch

d a ys. T h e sa m e c o m p a r i so n w a s m a d e f o r l o w e r a t m o s p h e r i c w i n d

( cl i m a t o l o g i ca l w i n d ve ct o r s v. co m p o si t e w i n d ve ct o r s f r o m h i g h P M d a ys ) i n

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

w h i ch N o g a l e s i s si t u a t e d

.

D a i l y l o w e r a t m o s p h e r i c w i n d d a t a ( 8 5 0 h P a u a n d v ve ct o r co m p o n e n t s ) a n d

5 0 0 h P a h e i g h t d a t a w e r e e xt r a ct e d f r o m t h e N o r t h A m e r i ca n r a d i o so n d e

d a t a b a se o f t h e N a t i o n a l C l i m a t i c D a t a C e n t e r ( N C D C ) a n d t h e F o r e ca st

S yst e m s L a b o r a t o r y ( F S L )

. D a t a w e r e e xt r a ct e d f o r T u cso n

, w h i ch r e p r e se n t s t h e

n e a r e st r a d i o so n d e st a t i o n t o N o g a l e s ( F i g u r e 1 )

. H i g h r e so l u t i o n su r f a c e w i n d

d a t a f o r N o g a l e s i s d e si r e d

, b u t n o p e r m a n e n t st a t i o n ( i

. e

. l o n g r e co r d ) e xi st s i n

N o g a l e s. W i n d d a t a fo r T u cso n a t t h e 8 5 0 h P a l e ve l w e r e t a ke n i n h o p e s o f

r e p r e se n t i n g t h e g e n e r a l f l o w i n t h e l o w e r a t m o sp h e r e a cr o ss t h e r e g i o n

. H o w e ve r

, t h e g e n e r a l st a g n a t i o n o f t h e l o w e r a t m o sp h e r e i n f l u e n ce s t h e d e g r e e

t o w h i ch t h e w i n d d a t a a t T u cso n a r e r e p r e se n t a t i ve o f t h e r e g i o n a n d n o t j u s t t h e

l o ca l t h e r m a l l y d r i ve n ci r cu l a t i o n

. D a t a r e p r e s e n t i n g 5 0 0 h P a h e i g h t a t T u cso n

a r e u se d t o ca p t u r e t h e g e n e r a l i n t e n si t y o f t h e t yp i ca l m i d d l e

- a t m o sp h e r i c h i g h

p r e ssu r e a cr o ss t h e r e g i o n

.

D a i l y m a xi m u m a n d m i n i m u m t e m p e r a t u r e d a t a fo r N o g a l e s w e r e e xt r a ct e d f r o m

N C D C ’ s S u m m a r y o f t h e D a y d a t a b a se

, a l o n g w i t h cl i m a t o l o g i ca l ( 1 9 7 1

– 2 0 0 0 )

d a i l y m e a n va l u e s o f m a xi m u m a n d m i n i m u m t e m p e r a t u r e p r o vi d e d b y t h e

W e st e r n R e g i o n a l C l i m a t e C e n t e r

. T h e t w o d a i l y d a t a se t s w e r e co m b i n e d t o

ca l cu l a t e d a i l y m a xi m u m a n d m i n i m u m t e m p e r a t u r e a n o m a l i e s fo r N o g a l e s.

T h e se d a t a w e r e u se d t o ch a r a ct e r i z e t h e d a i l y cl i m a t i c co n d i t i o n a t N o g a l e s,

a g a i n a s a r e p r e se n t a t i o n o f a t m o sp h e r i c st a g n a t i o n w h e r e b y h i g h e r t h a n n o r m a l

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

d a i l y t e m p e r a t u r e r a n g e ) g e n e r a l l y i n d i ca t e a st a g n a n t

, d r y a t m o sp h e r e

.7 A l so e xt r a ct e d f r o m t h e N C D C d a t a b a se w a s d a i l y p r e ci p i t a t i o n a t N o g a l e s, f r o m

w h i ch se ve r a l va r i a b l e s w e r e ca l cu l a t e d i n o r d e r t o ch a r a ct e r i ze t h e d r yn e ss o f

t h e so i l

. F i r st

, q u i t e si m p l y, t h e n u m b e r o f d a y s si n ce t h e l a st p r e ci p i t a t i o n e ve n t

w a s ca l cu l a t e d f o r e a c h d a y o f t h e P M co n ce n t r a t i o n r e co r d ( 1 9 8 5

– 2 0 0 1 )

. S e co n d

, d a i l y p r e ci p i t a t i o n a n d d a i l y m e a n t e m p e r a t u r e ( ca l cu l a t e d f r o m

m a xi m u m a n d m i n i m u m t e m p e r a t u r e s d e sc r i b e d a b o ve ) w e r e e m p l o ye d i n a

cl i m a t i c w a t e r b u d g e t m o d e l i n o r d e r t o si m u l a t e t h e d a i l y s o i l m o i st u r e a t

N o g a l e s. T h e T h o r n t h w a i t e

- M a t h e r w a t e r b u d g e t m o d e l ( T h o r n t h w a i t e a n d

M a t h e r 1 9 5 5 ) i s a m a ss co n se r va t i o n t e ch n i q u e t h a t b a l a n ce s e st i m a t e d i n p u t s o f

w a t e r ( p r e ci p i t a t i o n

, P ) t o t h e so i l w i t h w a t e r l o ss ( e va p o r a t i o n p l u s p l a n t

t r a n sp i r a t i o n o r e va p o t r a n sp i r a t i o n )

. T h e cl i m a t i c w a t e r b u d g e t e m p l o ys e m p i r i ca l

t e ch n i q u e s t o e st i m a t e t h e p o t e n t i a l e va p o t r a n sp i r a t i o n ( P E )

, o r a t m o sp h e r i c

d e m a n d g i ve n a m p l e so i l m o i st u r e

, a n d t h e a c t u a l e va p o t r a n sp i r a t i o n ( A E )

. P E i s

ca l cu l a t e d b a s e d o n m e a n t e m p e r a t u r e

, w h i l e t h e l e sse r a m o u n t o f A E i s

ca l cu l a t e d f r o m a f u n ct i o n b a se d o n P E a n d t h e l e ve l o f so i l m o i st u r e r e l a t i ve t o

f i e l d ca p a ci t y. M o n i t o r i n g t h e i n p u t ( P ) t o t h e s o i l a g a i n st t h e l o ss ( A E ) a l l o w s f o r

e s t i m a t i o n o f t h e so i l m o i st u r e o n d a i l y t o m o n t h l y t i m e sca l e s. T h e T h o r n t h w a i t e

M a t h e r m e t h o d o f P E ca l cu l a t i o n i s g e n e r a l l y a cce p t e d a s t h e si m p l e st ye t m o st

a ccu r a t e m e t h o d a va i l a b l e ( L e a t h e r s, e t a l

. 2 0 0 0 )

. U si n g t h e cl i m a t i c w a t e r

b u d g e t o n a d a i l y t i m e st e p

, d a i l y va l u e s o f P

- P E ( i n p u t m i n u s a t m o sp h e r i c

d e m a n d ; d a i l y d r yi n g ) a n d so i l m o i st u r e w e r e p r o d u ce d f o r N o g a l e s. T o so m e

e xt e n t

, t h e a ccu r a cy o f t h e so i l m o i st u r e a m o u n t

, a l t h o u g h h i st o r i ca l l y a ccu r a t e

w h e n u si n g t h i s m e t h o d

, i s i r r e l e va n t t o t h i s r e se a r ch

, a s t h e g r e a t e st i n t e r e st i s

i n r e l a t i ve a m o u n t s o f m o i st u r e a ss o ci a t e d w i t h e p i so d e s o f h i g h a n d l o w P M

co n ce n t r a t i o n s r a t h e r t h a n sp e ci f i c l e ve l s o f s o i l m o i st u r e ( i

. e

. t h r e sh o l d s)

.

L a st l y, a s a n o t h e r i n d i ca t o r o f t h e d r yn e ss o f t h e so i l

, m o n t h l y va l u e s o f t h e

P a l m e r D r o u g h t S e ve r i t y I n d e x ( P D S I ) fo r t h e cl i m a t i c r e g i o n e n co m p a ssi n g

N o g a l e s w e r e e xt r a ct e d f r o m t h e P D I S d a t a b a se o f t h e C l i m a t e D i a g n o st i cs

C e n t e r o f t h e N a t i o n a l O ce a n i c a n d A t m o sp h e r i c A d m i n i st r a t i o n

. T h e P D S I

( P a l m e r 1 9 6 5 ; A l l e y 1 9 8 4 ) i s t h e m o st w i d e l y u se d i n d e x f o r m o n i t o r i n g so i l

m o i st u r e c o n d i t i o n s a cr o ss t h e U n i t e d S t a t e s. T h e m e t h o d i s si m i l a r t o t h a t

a sso ci a t e d w i t h t h e cl i m a t i c w a t e r b u d g e t

, w h e r e b y i n p u t s ( P ) a r e co m p a r e d t o

w a t e r o u t p u t s ( P E a n d A E )

. M o n t h l y P D S I va l u e s a r e p r o d u ce d b y t h e C e n t e r s

f o r D i se a se C o n t r o l ( C D C ) fo r U

. S

. cl i m a t e d i v i si o n s, w h i ch a r e cl i m a t i ca l l y

h o m o g e n e o u s r e g i o n s l a r g e l y d e f i n e d b y cl u st e r s o f co u n t i e s. P o si t i ve va l u e s

i n d i ca t e m o i st s o i l co n d i t i o n s w h i l e n e g a t i ve v a l u e s i n d i ca t e u n u su a l l y d r y so i l

m o i st u r e c o n d i t i o n s. H e r e

, t h e g r o ss m o n t h l y va l u e s w e r e m a t ch e d w i t h t h e d a i l y

P M co n ce n t r a t i o n s fo r N o g a l e s

.

O n ce t h e d a i l y h i st o r i ca l P M c o n ce n t r a t i o n s f o r b o t h si d e s o f N o g a l e s a n d t h e t w o

t a ke n t o g e t h e r a s a m e a n w e r e ch a r a ct e r i z e d

, a n d a t m o sp h e r i c a n d s u r f a ce d a t a

r e p r e se n t i n g t h e co n d i t i o n o f e a ch w e r e b r o u g h t a l o n g si d e t h e P M d a t a

, st a t i st i ca l a n a l yse s r e l a t i n g t h e d a t a w e r e e m p l o ye d

. T h e o ve r a r ch i n g g o a l w a s t o

a sse ss t h e r e l a t i ve co n t r i b u t i o n s o f a t m o sp h e r i c su p p o r t a n d su r f a ce co n d i t i o n i n

t h e d a i l y co n ce n t r a t i o n o f P M 1 0 o n e i t h e r si d e o f t h e b o r d e r a t N o g a l e s.8 I n i t i a l l y, a l l d a t a f o r e a c h o f t h e t w o P M st a t i o n s i n N o g a l e s w e r e st r a t i f i e d i n t o

g r o u p s o f d a ys o f h i g h P M co n ce n t r a t i o n s a n d d a ys o f l o w P M co n ce n t r a t i o n s a s

d e t e r m i n e d f r o m t h e n o r m a l i ze d P M d a t a a t e a ch st a t i o n

. T h e s t r a t i f i ca t i o n w a s

d o n e b y se a so n t o p r o d u ce g r o u p s o f h i g h a n d l o w P M co n ce n t r a t i o n s d u r i n g f a l l

,

w i n t e r

, a n d sp r i n g

, w i t h t h e s u m m e r se a s o n o m i t t e d d u e t o r e l a t i ve l y i n f r e q u e n t

o ccu r r e n ce s o f h i g h P M

. A t w o

- s a m p l e t

- t e st w a s u se d t o p e r fo r m a h yp o t h e si s

t e st a n d co m p u t e a co n f i d e n ce i n t e r va l o f t h e d i f f e r e n ce b e t w e e n t h e m e a n s o f

t h e p o p u l a t i o n s fo r h i g h a n d l o w P M d a ys. A c o n f i d e n ce l e v e l o f a t l e a st 0

. 1 0 w a s

co n si d e r e d t o b e si g n i f i ca n t

. S i m p l y, t h i s t e st i l l u st r a t e d t h e d i f f e r e n ce s i n t h e

va r i a b l e s ( d a y o f t h e w e e k, a t m o sp h e r i c/ su r f a ce co n d i t i o n s ) a sso ci a t e d w i t h h i g h

a n d l o w co n ce n t r a t i o n s o f P M 1 0

. I n o r d e r t o f u r t h e r i l l u st r a t e t h e r e l a t i o n sh i p s

b e t w e e n t h e i n d e p e n d e n t va r i a b l e s a n d P M c o n ce n t r a t i o n s o n e a ch si d e o f

N o g a l e s, si m p l e l i n e a r co r r e l a t i o n a n a l ysi s w a s p e r f o r m e d t o a sse ss t h e n a t u r e

a n d si g n i f i ca n ce o f t h e r e l a t i o n sh i p s a c r o ss t h e f u l l sp e ct r u m o f o b se r v a t i o n s.

I n a n a t t e m p t t o h i g h l i g h t t h e i n d e p e n d e n t va r i a b l e s t h a t e xp l a i n e d t h e g r e a t e st

va r i a b i l i t y i n P M co n c e n t r a t i o n a n d t o a sse ss i t s p r e d i ct a b i l i t y, st e p w i se m u l t i p l e

r e g r e ssi o n a n a l ysi s w a s e m p l o ye d

. O n l y a d d e d t o t h e r e g r e ssi o n m o d e l w e r e

va r i a b l e s t h a t w e r e n o r m a l l y d i st r i b u t e d

, h a d r e g r e ssi o n c o e f f i ci e n t s t h a t w e r e

st a t i st i ca l l y si g n i f i ca n t ( u si n g t h e 0

. 1 0 l e ve l o f co n f i d e n ce )

, a n d d i d n o t p o sse ss a

si g n i f i ca n t co l l i n e a r r e l a t i o n sh i p w i t h p r e vi o u sl y a d d e d va r i a b l e s. T h e r e su l t w a s a

co m b i n a t i o n o f i n d e p e n d e n t va r i a b l e s f o r e a ch se a so n a n d f o r e a ch si d e o f

N o g a l e s t h a t e xp l a i n e d a sp e ci f i c a m o u n t o f t h e va r i a n ce i n P M co n ce n t r a t i o n

t h r o u g h e i t h e r a d i r e ct o r i n ve r se r e l a t i o n s h i p

.

O n e o f t h e g o a l s o f t h e r e se a r ch w a s t o e st a b l i sh t h e r e l a t i ve i m p o r t a n ce o f t h e

co n d i t i o n o f t h e a t m o sp h e r e t o t h e co n d i t i o n o f t h e su r f a ce ( s o i l ) i n t h e p r o d u ct i o n

o f h i g h P M co n ce n t r a t i o n s o n e i t h e r si d e o f N o g a l e s. I n o r d e r t o g e n e r a l i ze t h i s,

co m p o si t e s o f b o t h t h e a t m o sp h e r i c va r i a b l e s a n d so i l m o i st u r e va r i a b l e s w e r e

co n st r u ct e d f r o m st a n d a r d i ze d va l u e s o f t h e a p p r o p r i a t e i n d i vi d u a l va r i a b l e s. T h e

si g n o f e a c h va r i a b l e u se d i n t h e co m p o si t e s w a s d e t e r m i n e d b a se d o n t h e si g n

o f t h e co r r e l a t i o n co e f f i ci e n t o f e a ch a s i t r e l a t e d t o P M co n c e n t r a t i o n

. F o r e a ch

se a so n

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

t h e ve ct o r co m p o n e n t s o f t h e 8 5 0 h P a w i n d a t T u cso n ( p o si t i ve r e l a t i o n sh i p s)

,

a l o n g w i t h m a xi m u m ( p o si t i ve ) a n d m i n i m u m ( n e g a t i ve ) t e m p e r a t u r e

, a n d 5 0 0

h P a h e i g h t ( p o si t i ve )

. T h e o n l y e xce p t i o n w a s w i t h m i n i m u m t e m p e r a t u r e

, w h e r e

i n sp r i n g t h e r e l a t i o n sh i p w i t h P M co n ce n t r a t i o n o n t h e S o n o r a si d e o f N o g a l e s

w a s p o si t i ve

. T h e r e f o r e

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

a t m o sp h e r i c co m p o si t e i n sp r i n g

. T h e so i l m o i st u r e co m p o n e n t w a s co n st r u ct e d

f r o m t h e n u m b e r o f d a ys si n ce t h e l a st p r e ci p i t a t i o n e ve n t ( p o si t i ve )

, so i l m o i st u r e

( n e g a t i ve )

, P

- P E ( n e g a t i ve )

, a n d t h e P D S I ( n e g a t i ve i n w i n t e r

, b u t p o si t i ve f o r t h e

A r i zo n a si d e i n f a l l a n d sp r i n g )

. T h e c o n f l i ct i n g n a t u r e o f t h e r e l a t i o n sh i p b e t w e e n

P D S I a n d P M co n ce n t r a t i o n o n t h e A r i zo n a si d e o f N o g a l e s i n f a l l a n d i n sp r i n g

e l i m i n a t e i t f r o m ca l c u l a t i o n o f t h e su r f a ce c o m p o si t e d u r i n g t h o se t w o s e a so n s.

T h e co n st r u ct i o n o f t h e co m p o si t e s w a s p e r fo r m e d t h r o u g h t h e su m m a t i o n o f9 st a n d a r d i z e d z

- sco r e s fo r t h e v a r i a b l e s. Z

- sc o r e s a r e si m p l y a su b t r a ct i o n o f t h e

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

, w h i ch i s t h e n d i vi d e d b y t h e

st a n d a r d d e vi a t i o n o f t h e p o p u l a t i o n

. O n c e st a n d a r d i ze d

, t h e va r i a b l e s u s e d f o r

e a ch co m p o si t e w e r e e i t h e r a d d e d ( p o si t i ve r e l a t i o n sh i p s w i t h P M co n ce n t r a t i o n )

o r su b t r a ct e d ( n e g a t i ve r e l a t i o n sh i p s)

, t o p r o d u ce a co m p o si t e va r i a b l e t h a t

p o sse sse s a p o si t i ve r e l a t i o n sh i p w i t h P M co n ce n t r a t i o n

.

U si n g t h e a t m o sp h e r i c a n d s u r f a ce co m p o si t e s a n d st a n d a r d i ze d P M

co n ce n t r a t i o n va l u e s

, l i n e a r c o r r e l a t i o n a n a l ys i s w a s p e r fo r m e d t o a sse ss t h e

st r e n g t h o f t h e r e l a t i o n sh i p s o f t h e t w o va r i a b l e s w i t h P M co n ce n t r a t i o n o n e a c h

si d e o f N o g a l e s a n d f o r f a l l

, w i n t e r

, a n d sp r i n g

. S u b se q u e n t l y, t h e d a t a f o r e a ch

se a so n w e r e st r a t i f i e d i n t o r e l a t i ve l y h i g h ( p o si t i ve z

- sco r e s ) a n d l o w ( n e g a t i ve z

sco r e s) P M c o n ce n t r a t i o n

, a n d t h e co r r e l a t i o n a n a l ysi s w a s r e

- r u n o n t h e h i g h

a n d l o w P M p o p u l a t i o n s se p a r a t e l y. T h i s w a s d o n e t o d i sce r n t h e r e l a t i ve

i m p o r t a n c e o f t h e a t m o sp h e r i c co n d i t i o n t o t h a t o f t h e s u r f a c e i n m o vi n g P M

co n ce n t r a t i o n s f r o m l o w t o m o d e r a t e l e ve l s, a n d f r o m m o d e r a t e t o h i g h l e ve l s.

L a st l y, i n a n a t t e m p t t o d i f f e r e n t i a t e t h e r e l a t i v e i m p o r t a n ce o f t h e co n d i t i o n s o f

t h e a t m o s p h e r e a n d t h e su r f a ce t o P M co n ce n t r a t i o n s o n o n e si d e o f N o g a l e s

r e l a t i ve t o t h e o t h e r

, d i f f e r e n c e s b e t w e e n P M co n ce n t r a t i o n s a t t h e t w o st a t i o n s

w e r e m a t c h e d w i t h t h e co m p o si t e r e p r e s e n t a t i o n s fo r t h e a t m o sp h e r e a n d

su r f a ce

. S i n ce t h e g r e a t e st i n t e r e st i s o b vi o u sl y i n t h e co n d i t i o n s t h a t m o ve P M

co n ce n t r a t i o n s f r o m m o d e r a t e t o h i g h

, o n l y r e l a t i ve l y h i g h P M co n c e n t r a t i o n d a ys

a s d e t e r m i n e d f r o m z

- sco r e s ca l cu l a t e d f r o m t h e m e a n d a i l y co n ce n t r a t i o n t a ke n

f r o m b o t h si d e s o f N o g a l e s w e r e co n si d e r e d f o r e a ch s e a so n

. O n ce t h e se d a ys

w e r e e xt r a ct e d

, t h e d i f f e r e n ce i n t h e z

- sco r e f o r P M co n ce n t r a t i o n a t e a ch si t e i n

N o g a l e s w a s ca l cu l a t e d a s t h a t o n t h e S o n o r a si d e m i n u s t h a t o n t h e A r i zo n a

si d e

. T a ki n g t h e d i f f e r e n c e i n r a w P M co n ce n t r a t i o n s f r o m e a ch si d e o f N o g a l e s

w o u l d si m p l y r e s u l t i n a n i n o r d i n a t e n u m b e r o f va l u e s t h a t i l l u st r a t e t h e f a ct t h a t

co n ce n t r a t i o n s o n t h e S o n o r a si d e a r e m o st o f t e n g r e a t e r t h a n o n t h e A r i zo n a

si d e

. H o w e ve r

, z

- sco r e s i n d i ca t e t h e m a g n i t u d e o f t h e P M c o n ce n t r a t i o n s a t e a ch

st a t i o n r e l a t i ve t o t h e m e a n a n d d a t a s p r e a d a t t h a t st a t i o n

, a n d t h e r e f o r e

d i f f e r e n ci n g t h e se g e t s a t t h e d i f f e r e n c e b e t w e e n t h e d a i l y a n o m a l y i n P M

co n ce n t r a t i o n a t e a ch st a t i o n

. O n c e t h i s d i f f e r e n ce w a s t a ke n fo r t h e g r o u p o f

d a ys o f r e l a t i ve l y h i g h P M c o n ce n t r a t i o n a cr o s s N o g a l e s i t w a s m a t ch e d w i t h t h e

co m p o si t e s o f t h e a t m o sp h e r i c a n d su r f a ce co n d i t i o n s f o r l i n e a r r e g r e ssi o n

a n a l ysi s. T h e n u m b e r o f d a ys u p o n w h i ch t h i s a n a l ysi s w a s r u n va r i e d f r o m f a l l

( n = 4 5 ) t o w i n t e r ( n = 3 7 ) t o sp r i n g ( n = 3 6 )

.

P R O B L E M S / I S SU ES E N C O U N T E R E D

T w o m a j o r p r o b l e m s r e st r i ct e d t h e w o r k a s i t w a s i n i t i a l l y p r o p o s e d

. F i r st

, i n

h o p i n g t o a sce r t a i n t h e a n t h r o p o g e n i c co n t r i b u t i o n t o h i g h d a i l y P M 1 0

co n ce n t r a t i o n s i n N o g a l e s vi a t h e h i g h a m o u n t o f b o r d e r c r o ssi n g a c t i vi t y, d a i l y

t r a f f i c a t t h e N o g a l e s p o r t w a s sch e d u l e d f o r a n a l ysi s a n d i n t r o d u ct i o n a s a

p o t e n t i a l i n d e p e n d e n t va r i a b l e

. H o w e ve r

, u p o n co m m u n i ca t i n g w i t h t h e U

. S

. C u st o m s O f f i ce a n d o f f i ci a l s a t t h e U

. S

. p o r t i n N o g a l e s, i t w a s f o u n d t h a t d a i l y

d a t a a r e n o t m a i n t a i n e d o n ce t r a n sl a t e d t o m o n t h l y va l u e s. T h i s p r o b l e m l e f t10 u n a n sw e r e d t h e q u e st i o n o f t h e a p p a r e n t a n t h r o p o g e n i c si g n a l i n P M 1 0

co n ce n t r a t i o n w h e n st r a t i f i e d b y d a y o f t h e w e e k. A r e t h e p e a ks o n S u n d a y a n d

F r i d a y o n t h e A r i zo n a si d e a n d o n S u n d a y a n d T h u r sd a y o n t h e S o n o r a si d e a

f u n ct i o n o f b o r d e r cr o ssi n g a ct i vi t y? T h i s ca n n o t b e d i sce r n e d w i t h o u t d a i l y d a t a

. S e co n d

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

sci e n t i st s f r o m A D E Q i n d i ca t e d t h e r e w a s a s u r f a ce w e a t h e r s t a t i o n i n N o g a l e s

t h a t i n cl u d e d a n e m o m e t r y fo r w i n d m e a su r e m e n t s. T h i s i n fo r m a t i o n w a s fo u n d t o

b e i n e r r o r

, a s t h e o n l y a n e m o m e t r y w i t h i n N o g a l e s o ccu r r e d o n l y o n a c a se

st u d y b a si s f o r a sp e ci f i c A D E Q st u d y

. T h e r e f o r e

, t h i s p r o j e ct w a s l e f t w i t h o u t a

cl i m a t o l o g i ca l r e p r e s e n t a t i o n o f w i n d sp e e d a n d d i r e ct i o n w i t h i n N o g a l e s, m a ki n g

i d e n t i f i ca t i o n o f sp e ci f i c so u r ce a r e a s o f P M 1 0 i m p o ssi b l e

. O n e o f t h e o r i g i n a l

o bj e ct i ve s o f t h e p r o j e ct w a s t o m a t ch P M 1 0 co n ce n t r a t i o n d a t a w i t h w i n d

d i r e ct i o n i n f o r m a t i o n a n d l a n d u s e / l a n d co ve r d a t a t o t r a ce b a ck t o t h e so u r ce o f

f u g i t i ve d u st

. G i ve n t h e l a ck o f a h i st o r i ca l w i n d r e co r d f o r N o g a l e s, t h i s i s

i m p o ssi b l e f r o m a cl i m a t o l o g i a l p e r sp e c t i ve a n d w o u l d n o w r e q u i r e ca se

- s t u d y

f i e l d w o r k fo r sh o r t

- t e r m r e s e a r ch w o r k.

R ESE A R C H F I N D I N G S

T h e r e su l t s o f t h e r e s e a r ch a r e h e a d l i n e d b y n i n e m a j o r f i n d i n g s:

1

. P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s o n t h e S o n o r a si d e o f N o g a l e s t e n d t o b e c o n si d e r a b l y

h i g h e r t h a n o n t h e A r i zo n a si d e

. D a i l y co n ce n t r a t i o n s o n b o t h si d e s o f

N o g a l e s si g n i f i ca n t l y c o va r y ( co r r e l a t i o n co e f f i ci e n t ( r ) = 0

. 6 8 )

, h o w e v e r

va l u e s o n t h e S o n o r a si d e a r e co n si d e r a b l y h i g h e r n o m a t t e r t h e m e a s u r e o f

t h e d i st r i b u t i o n ( m i n i m u m

, m a xi m u m

, m e a n

, m e d i a n ; F i g u r e 2 a )

. A s e xp e ct e d

, t h e sp r e a d o f t h e d a t a ( st a n d a r d d e vi a t i o n ) i s g r e a t e r o n t h e S o n o r a si d e t h a n

o n t h e A r i zo n a si d e

. B o t h t h e m e d i a n a n d t h e m e a n P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s a t

S o n o r a a r e g r e a t e r t h a n t h e a n n u a l U

. S

. f e d e r a l st a n d a r d o f 5 0 μ g / m 3

. O n t h e

A r i zo n a si d e

, t h e o ve r a l l m e a n co n ce n t r a t i o n i s g r e a t e r t h a n t h e a n n u a l

st a n d a r d w h i l e t h e m e d i a n i s l e ss. H o w e ve r

, t h e va l u e o f t h e 9 5 t h p e r ce n t i l e

o n b o t h t h e A r i zo n a a n d S o n o r a si d e s o f N o g a l e s a r e b e l o w t h e 2 4

- h o u r

st a n d a r d o f 1 5 0 μ g / m 3

. E xa m i n i n g t h e f u l l r e c o r d d u r i n g w h i ch m e a su r e m e n t s

f r o m t h e t w o si d e s o f N o g a l e s co i n ci d e d

, i t w a s f o u n d t h a t 8 6 % o f t h e d a ys

w e r e ch a r a ct e r i ze d b y h i g h e r co n ce n t r a t i o n s o f P M 1 0 o n t h e S o n o r a si d e t h a n

o n t h e A r i zo n a si d e

.

2

. O n b o t h t h e S o n o r a a n d A r i z o n a si d e s o f N o g a l e s, co n ce n t r a t i o n s t e n d t o b e

h i g h e st i n f a l l a n d w i n t e r a n d l o w e st i n su m m e r

, d e sp i t e t h e f a c t t h a t t h e

h i g h e st a m o u n t s o f so i l m o i st u r e o cc u r cl i m a t o l o g i ca l l y i n f a l l a n d w i n t e r

. T h e

a r i d cl i m a t e o f N o g a l e s i s m a r k e d b y r a t h e r h i g h t e m p e r a t u r e s ( F i g u r e 3 a ) a n d

t w o w e t p e r i o d s a n n u a l l y ( F i g u r e 3 b )

. T h e N o r t h A m e r i ca n m o n so o n se a so n

( a p p r o xi m a t e l y Ju l y t h r o u g h S e p t e m b e r ) i s e vi d e n t i n t h e p a t t e r n o f

p r e ci p i t a t i o n

, w h i l e t h e s e co n d a r y w e t se a so n o f D e ce m b e r t h r o u g h M a r c h i s

e vi d e n t

, a l b e i t l e ss d r a m a t i c t h a n t h e m o n s o o n se a so n

. H o w e ve r

, d u e t o

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

, t h e a m o u n t o f p r e ci p i t a t i o n ( P )

r e l a t i ve t o t h e a m o u n t o f p o t e n t i a l e va p o t r a n s p i r a t i o n ( P E )

, o r t h e su p p l y o f

w a t e r r e l a t i ve t o t h e d e m a n d f o r w a t e r ( P

- P E ) i s m u ch h i g h e r i n w i n t e r t h a n11 d u r i n g t h e m o n s o o n se a so n ( F i g u r e 3 c)

. T h i s t r a n sl a t e s t o a co n si d e r a b l y

m o i st e r so i l a t N o g a l e s i n w i n t e r t h a n d u r i n g t h e su m m e r m o n t h s, i n cl u d i n g

d u r i n g t h e m o n s o o n se a so n ( F i g u r e 3 d )

. S t i l l

, w i t h a so i l m o i st u r e ca p a ci t y ( f i e l d ca p a ci t y ) o f n e a r l y 1 7 8 m i l l i m e t e r s ( m m )

, t h e m o st m o i st p o r t i o n o f t h e

ye a r a t N o g a l e s ( F e b r u a r y a n d M a r ch ; F i g u r e 3 d ) i s st i l l w e l l b e l o w f i e l d

ca p a ci t y, w h i ch i s i l l u st r a t i ve o f t h e d r y so i l co n d i t i o n s o n a v e r a g e

.

I n t u i t i ve l y, t h e g r e a t e st P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s a t N o g a l e s w o u l d o cc u r d u r i n g

t h e t i m i n g o f t h e d r i e st so i l c o n d i t i o n s. H o w e v e r

, t h i s i s n o t t h e c a se

, a s

co n ce n t r a t i o n s o n b o t h si d e s o f N o g a l e s a r e l o w e st d u r i n g Ju n e

, J u l y, a n d

A u g u st w h e n t h e so i l i s d r i e s t ( F i g u r e s 2 b a n d 2 c)

. C o n ve r se l y,

co n ce n t r a t i o n s a r e h i g h e st d u r i n g N o ve m b e r a n d Ja n u a r y, w h e n so i l m o i st u r e

i s r e l a t i ve l y h i g h

. T h e w e a k r e l a t i o n sh i p b e t w e e n t h e h yd r o cl i m a t o l o g i ca l

co n d i t i o n s a n d P M 1 0 co n ce n t r a t i o n h i st o r i c a l l y i s e ve n m o r e a p p a r e n t w h e n

e xa m i n i n g P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s fo r t h e se a so n s a ss o ci a t e d w i t h t h e h i g h e r

co n ce n t r a t i o n s

— f a l l ( S e p t e m b e r t h r o u g h N o v e m b e r )

, w i n t e r ( D e ce m b e r

t h r o u g h F e b r u a r y)

, a n d sp r i n g ( M a r ch t h r o u g h M a y)

. V a l u e s i n f a l l a n d w i n t e r

a r e co m p a r a b l e o n b o t h t h e A r i zo n a a n d S o n o r a si d e s o f N o g a l e s ( F i g u r e 2 d )

d e sp i t e t h e v e r y d i f f e r e n t so i l m o i st u r e co n d i t i o n s ( F i g u r e 3 d )

. H i st o r i ca l l y,

P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s i n sp r i n g a r e l e ss t h a n i n f a l l a n d w i n t e r d e sp i t e t h e so i l

b e i n g ve r y d r y a t t h e e n d o f sp r i n g

. G i ve n t h e cl i m a t o l o g i ca l so i l m o i st u r e

co n d i t i o n s t h r o u g h o u t t h e ye a r a t N o g a l e s, i t a p p e a r s t h a t a l t h o u g h t h e d r y

so i l i s co n d u ci ve t o h i g h co n c e n t r a t i o n s o f P M 1 0

, t h e r e l a t i ve d r yn e ss

t h r o u g h o u t t h e ye a r h a s l e ss b e a r i n g o n P M 1 0 l e ve l s t h a n m i g h t b e t h o u g h t

. H o w e ve r

, t h i s cl i m a t o l o g i ca l r e p r e se n t a t i o n sa ys n o t h i n g a b o u t t h e a n n u a l o r

e ve n d a i l y va r i a b i l i t y i n so i l m o i st u r e a n d i t s r e l a t i o n sh i p t o P M 1 0

co n ce n t r a t i o n s w i t h i n e a ch se a s o n

.

3

. P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s sh o w s o m e w h a t o f a p a t t e r n b y d a y o f t h e w e e k,

w h e r e b y h i g h e st va l u e s t e n d t o o ccu r o n t h e s h o u l d e r s o f w e e ke n d s

— F r i d a y

a n d S u n d a y o n t h e A r i zo n a si d e

, a n d T h u r s d a y a n d S u n d a y o n t h e S o n o r a

si d e

. I n w h a t a p p e a r s t o b e a n a n t h r o p o g e n i c si g n a l i n t h e c o n ce n t r a t i o n o f

P M 1 0 i n N o g a l e s, t h e h i g h e st co n ce n t r a t i o n s ( f r o m m e a su r e s o f t h e m e d i a n t o

m e a su r e s o f t h e 9 5 t h p e r ce n t i l e ) a r e h i g h e r o n t h e sh o u l d e r s o f w e e ke n d s

w h e n e xa m i n e d b y d a y o f t h e w e e k ( F i g u r e s 2 e a n d 2 f )

. P e a ks o ccu r o n

S u n d a y o n b o t h t h e A r i z o n a a n d S o n o r a si d e s o f N o g a l e s, v a l u e s d e c r e a se

t h r o u g h T u e s d a y, a n d i n cr e a se a g a i n t o p e a k s o n F r i d a y o n t h e A r i zo n a si d e

a n d T h u r sd a y o n t h e S o n o r a si d e

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

a ct i vi t y i n N o g a l e s, p o ssi b l y e ve n w i t h b o r d e r cr o ssi n g t r a f f i c, b u t t h e l a ck o f

g r o u n d t r a f f i c d a t a i n g e n e r a l a n d t h e l a ck o f d a i l y b o r d e r t r a f f i c d a t a m a ke

t h i s a n a ssu m p t i o n

. H o w e ve r

, t h e so m e w h a t s yst e m a t i c p a t t e r n i n P M 1 0

co n ce n t r a t i o n w h e n st r a t i f i e d b y a n u n n a t u r a l va r i a b l e su g g e st s t h e l i ke l i h o o d

o f a n a n t h r o p o g e n i c e f f e ct

.

4

. E xp l a i n i n g t h e i n co n si st e n cy i n t h e m e a n r e l a t i o n sh i p b e t w e e n so i l m o i st u r e

a n d P M 1 0 co n ce n t r a t i o n i n f a l l a n d w i n t e r a t N o g a l e s, t h e p r e va l e n ce o f a12 st a g n a n t syn o p t i c a t m o sp h e r e d u r i n g t h o se t w o se a so n s l e n d s g r e a t

a t m o sp h e r i c su p p o r t fo r h i g h e r co n c e n t r a t i o n s o f P M 1 0

. A st a g n a n t syn o p t i c

a t m o sp h e r e i s cl e a r l y a n i m p o r t a n t i n g r e d i e n t fo r h i g h P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s i n

N o g a l e s ( F i g u r e 4 )

. D a ys o f h i g h c o n ce n t r a t i o n s i n f a l l a n d w i n t e r ( t i m i n g o f

t h e g r e a t e st f r e q u e n cy) a r e m a r ke d b y l a r g e 5 0 0 h P a h e i g h t i n cr e a s e s o ve r

t h e so u t h w e s t e r n U

. S

. / n o r t h w e s t e r n M e xi co r e g i o n ( F i g u r e s 4 a a n d 4 b )

. T h i s

i s i n d i ca t i ve o f h i g h e r p r e ssu r e a l o f t i n t h e m i d d l e p o r t i o n o f t h e a t m o sp h e r e

( a p p r o xi m a t e l y 5

, 2 0 0 m e t e r s [ m ] t o 5

, 8 0 0 m a b o ve se a l e ve l )

, w h i ch i s

t yp i ca l l y a sso ci a t e d w i t h r e l a t i ve l y cl e a r

, ca l m a t m o sp h e r i c co n d i t i o n s. T h e

h e i g h t i n cr e a se s a r e i n t h e vi ci n i t y o f a r i d g i n g i n t h e t yp i ca l p a t t e r n o f 5 0 0

h P a o ve r t h e w e st e r n U n i t e d S t a t e s, a n d a r e a cco m p a n i e d b y l a r g e h e i g h t

d e cr e a se s i n t h e e a st e r n P a ci f i c O ce a n i n t h e vi ci n i t y o f t h e e a s t e r n p o r t i o n o f

t yp i ca l t r o u g h i n g i n t h e h e i g h t p a t t e r n

. T h i s a m p l i f i ca t i o n o f t h e syst e m

i n d i ca t e s t h e s t r e n g t h o f t h e o ve r a l l a n o m a l y a sso ci a t e d w i t h t h e st a g n a t i o n o f

t h e a t m o s p h e r e o ve r t h e so u t h w e st e r n U

. S

. / n o r t h w e st e r n M e xi c o r e g i o n

.

F u r t h e r e vi d e n ce o f a st a g n a n t a t m o sp h e r e i s t h e p a t t e r n o f w i n d s a t 8 5 0 h P a

( a p p r o xi m a t e l y 1

, 4 0 0 m t o 1

, 5 0 0 m a b o ve s e a l e ve l o n a ve r a g e )

. H o w e ve r

,

w i n d s d u r i n g e p i so d e s o f h i g h P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s a r e n o t ve r y d i f f e r e n t f r o m

t h e cl i m a t o l o g i ca l m e a n a cr o ss t h e r e g i o n o f s t u d y d u r i n g f a l l ( F i g u r e 4 c) o r

w i n t e r ( F i g u r e 4 d )

. W i t h n e i t h e r w i n d sp e e d n o r d i r e ct i o n d o l a r g e d i f f e r e n c e s

e xi st

, i n d i ca t i n g l i t t l e i m p o r t a n ce o f l o w e r a t m o sp h e r i c syn o p t i c w i n d o n a

g r o ss sca l e

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

a r e a o f N o g a l e s.

5

. D u r i n g f a l l

, w i n t e r

, a n d sp r i n g

, e p i so d e s o f h i g h ( l o w ) P M 1 0 co n c e n t r a t i o n s o n

b o t h t h e S o n o r a a n d A r i zo n a si d e s o f N o g a l e s a r e a sso ci a t e d w i t h n o r t h e r l y ( so u t h e r l y) e a r l y m o r n i n g w i n d s, g r e a t e r ( l e ss e r ) d i u r n a l t e m p e r a t u r e r a n g e s,

h i g h e r ( l o w e r ) m i d d l e

- a t m o s p h e r i c p r e ssu r e a cr o ss t h e r e g i o n

, d r i e r ( m o i st e r )

so i l co n d i t i o n s, g r e a t e r ( l e ss e r ) d a i l y su r f a ce d r yi n g

, a n d a r e l a t i ve l y l o n g

( sh o r t ) p e r i o d o f t i m e si n ce t h e l a st p r e ci p i t a t i o n e ve n t

.

S t r a t i f yi n g t h e P M 1 0 co n ce n t r a t i o n d a t a i n d e p e n d e n t l y f o r t h e A r i zo n a a n d

S o n o r a si d e s o f N o g a l e s fo r f a l l

, w i n t e r

, a n d s p r i n g i n t o e p i so d e s o f h i g h ( t o p

q u a r t i l e ) a n d l o w ( b o t t o m q u a r t i l e ) c o n ce n t r a t i o n s a l l o w s f o r a si m p l e

co m p a r i so n o f t h e p h ysi ca l d i f f e r e n c e s a sso ci a t e d w i t h t h e t w o si t u a t i o n s.

T e st i n g fo r t h e si g n i f i ca n ce o f t h e d i f f e r e n ce b e t w e e n t h e t w o p o p u l a t i o n s i n

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

su r f a ce co n d i t i o n va r i a b l e s si m p l i st i ca l l y p o i n t s t o t h e co n t r i b u t o r s t o e p i so d e s

o f h i g h P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s ( T a b l e 1 )

. C o r r e l a t i o n co e f f i ci e n t s t h a t r e p r e se n t

t h e si g n i f i ca n ce o f t h e l i n e a r r e l a t i o n s h i p b e t w e e n P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s a n d

t h e i n d i vi d u a l va r i a b l e s i n d i ca t e t h e st r e n g t h o f t h e r e l a t i o n sh i p s a c r o ss t h e

f u l l r a n g e o f t h e d a t a ( F i g u r e 5 )

.

T h e a r t i f i ci a l r e p r e se n t a t i o n o f t h e d a y o f t h e w e e k ( cr e a t e d b a se d o n

h i st o r i ca l va r i a t i o n i n P M 1 0 b y d a y o f t h e w e e k ) w a s n o t ch a r a ct e r i ze d b y a13 si g n i f i ca n t d i f f e r e n ce b e t w e e n e p i so d e s o f h i g h a n d l o w co n ce n t r a t i o n s fo r

e i t h e r t h e A r i zo n a o r S o n o r a si d e s o f N o g a l e s f o r a n y se a so n ( T a b l e 1 ; F i g u r e

5 )

. T h e co m m o n f i n d i n g i n t h e a r e a o f l o w e r a t m o sp h e r i c sy n o p t i c w i n d s ( a t

T u cso n ) w a s t h e cl e a r t e n d e n cy t o w a r d n o r t h e r l y w i n d s d u r i n g t h e e a r l y

m o r n i n g h o u r s ( 0 5 0 0 L S T ) d u r i n g e p i so d e s o f h i g h co n ce n t r a t i o n s co n t r a st e d

w i t h so u t h e r l y w i n d s a sso ci a t e d w i t h l o w P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s. T h i s w a s

co m m o n f o r b o t h t h e A r i zo n a a n d S o n o r a si d e s o f N o g a l e s a n d f o r a l l

se a so n s ( T a b l e 1 )

, b u t m o st n o t a b l y i n w i n t e r ( F i g u r e 5 b )

. N o r t h e r l y w i n d s

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

t h e a r e a o f t h e w i n d m e a su r e m e n t s, T u cso n

, w h e r e b y a n a b a t i c ( d o w n sl o p i n g )

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

- n o r t h e a st o f T u cso n ) o ccu r s. T h i s i s t yp i ca l

w i t h i n a st a g n a n t syn o p t i c f l o w p a t t e r n

, w h i ch a l l o w s t h e sm a l l e r

- sca l e

t h e r m o d yn a m i c w i n d t o o p e r a t e

, a n d t h e r e f o r e l i ke l y i n d i ca t e s t h e p r e se n ce o f

t h e t yp e o f syn o p t i c p a t t e r n co n d u ci ve t o h i g h P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s ( F i g u r e 4 )

. D u r i n g w i n t e r a n d s p r i n g

, e a r l y m o r n i n g w i n d s a r e si g n i f i ca n t l y m o r e e a st e r l y ( l e ss w e st e r l y ) d u r i n g e p i so d e s o f h i g h co n ce n t r a t i o n s o n t h e A r i z o n a si d e o f

N o g a l e s t h a n d u r i n g l o w co n ce n t r a t i o n e p i so d e s ( T a b l e 1 a n d F i g u r e 5 )

. T h i s

i s a g a i n i n d i ca t i ve o f a n e a r l y m o r n i n g a n a b a t i c w i n d p a t t e r n a t T u cso n

,

w h e r e b y n o r t h e a st e r l y f l o w d o w n w a r d f r o m t h e h i g h t e r r a i n t o t h e n o r t h e a st

i n va d e s T u cs o n

. T h e sa m e p a t t e r n o f a t e n d e n cy t o w a r d a n o r t h e a st e r l y w i n d

i n l a t e a f t e r n o o n ( 1 7 0 0 L S T ) i s e vi d e n ce d b y l i n e a r co r r e l a t i o n co e f f i ci e n t s.

T h e ca ve a t w i t h t h e l o w e r a t m o sp h e r i c w i n d v e ct o r s a s t h e y a r e r e p r e se n t e d

b y a co r r e l a t i o n co e f f i ci e n t i s t h a t a p o si t i ve va l u e f o r W

- E w i n d d o e s n o t

n e ce ssa r i l y m e a n m o r e o f a n e a st e r l y w i n d

, b u t co u l d m e a n a w e s t e r l y w i n d

( n e g a t i ve ) o f a l e sse r m a g n i t u d e

. T h i s i s m o r e se n si b l e i n e i t h e r t h e ca se o f

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

— ca l m e r syn o p t i c sca l e w i n d s w o u l d b e

m o r e co n d u ci ve t o t h e su s p e n si o n o f P M 1 0

.

F o r a l l se a so n s o n b o t h t h e A r i zo n a a n d S o n o r a si d e s o f N o g a l e s, e p i so d e s

o f h i g h P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s a r e m a r k e d b y p o si t i ve a n o m a l i e s i n m a xi m u m

t e m p e r a t u r e

, b u t n e g a t i ve a n o m a l i e s d u r i n g e p i so d e s o f l o w c o n ce n t r a t i o n s

( T a b l e 1 ; F i g u r e 5 )

. N e g a t i v e ( p o si t i ve ) a n o m a l i e s i n m i n i m u m t e m p e r a t u r e

a r e a sso ci a t e d w i t h e p i so d e s o f h i g h ( l o w ) co n ce n t r a t i o n s d u r i n g a l l se a so n s

o n t h e A r i zo n a si d e o f N o g a l e s a n d o n l y d u r i n g w i n t e r o n t h e S o n o r a si d e

( T a b l e 1 ; F i g u r e 5 )

, b u t a r e o f a l e sse r si g n i f i c a n ce t h a n w i t h m a xi m u m

t e m p e r a t u r e

. H i g h e r m a xi m u m t e m p e r a t u r e s a n d l o w e r m i n i m u m

t e m p e r a t u r e s a r e b o t h i n d i ca t i ve o f a d r y, st a g n a n t syn o p t i c a t m o s p h e r e

w h e r e b y si g n i f i c a n t su r f a ce h e a t i n g t h r o u g h a cl e a r

, ca l m a t m o sp h e r e d u r i n g

d a yt i m e h o u r s i s co u n t e r e d b y e f f i ci e n t r a d i a t i o n a l co o l i n g a t n i g h t u n d e r t h e

sa m e co n d i t i o n s.

T h e i n d i ca t i o n o f a st a g n a n t syn o p t i c a t m o s p h e r e d u r i n g e p i so d e s o f h i g h

P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s co m p a r e d t o e p i so d e s o f l o w co n ce n t r a t i o n s a s r e ve a l e d

b y b o t h l o w e r

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

su p p o r t e d t h r o u g h e xa m i n a t i o n o f 5 0 0 h P a h e i g h t s a s m e a su r e d a t T u cso n

. T h e h e i g h t s i n d i ca t e t h e p r e se n c e o f u p p e r

- a t m o sp h e r i c h i g h p r e ssu r e

, o r a14 st a g n a n t syn o p t i c a t m o sp h e r e

. E p i so d e s o f h i g h co n ce n t r a t i o n s w e r e m a r ke d

b y si g n i f i ca n t l y h i g h e r 5 0 0 h P a h e i g h t s t h a n d u r i n g e p i so d e s o f l o w

co n ce n t r a t i o n s d u r i n g a l l se a so n s o n t h e S o n o r a si d e o f N o g a l e s, a n d d u r i n g

w i n t e r a n d s p r i n g o n t h e A r i zo n a si d e ( T a b l e 1 ; F i g u r e 5 )

.

T h e P a l m e r D r o u g h t S e ve r i t y I n d e x ( P D S I ) i n d i ca t e s t h e r e l a t i ve a m o u n t o f

m o i st u r e i n t h e so i l o n a m o n t h l y b a si s a cr o ss t h e r e g i o n a s a c a l cu l a t e d

i n d e x. D u r i n g w i n t e r a n d sp r i n g o n t h e S o n o r a si d e

, t h e P D S I i s m o r e

n e g a t i ve ( d r i e r ) d u r i n g e p i s o d e s o f h i g h P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s t h a n d u r i n g

e p i so d e s o f l o w co n ce n t r a t i o n s ( T a b l e 1 )

, a l t h o u g h o n l y si g n i f i ca n t l y f r o m a

l i n e a r co r r e l a t i o n st a n d p o i n t d u r i n g sp r i n g ( F i g u r e 5 )

. W i t h r e l a t i v e l y l o w so i l

m o i st u r e cl i m a t o l o g i ca l l y i n N o g a l e s d u r i n g f a l l ( a f t e r t h e d r y so i l m o i st u r e

co n d i t i o n s a sso ci a t e d w i t h s u m m e r )

, i t i s n o t s u r p r i si n g t h a t t h e P D S I i s n o t

si g n i f i ca n t l y d i f f e r e n t d u r i n g h i g h co n ce n t r a t i o n e p i so d e s. T h e h i g h e r so i l

m o i st u r e o f w i n t e r a n d sp r i n g p r o vi d e t h e va r i a b i l i t y n e ce ssa r y f o r t h e

d i st i n ct i o n b e t w e e n e p i so d e s o f h i g h a n d l o w P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s. O n t h e

A r i zo n a si d e o f N o g a l e s, o n l y o n e o f t h e r e l a t i o n sh i p s b e t w e e n P D S I va l u e s

d u r i n g e p i so d e s o f h i g h a n d l o w P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s w a s si g n i f i ca n t

. T h i s

w a s d u r i n g t h e sp r i n g se a s o n

, a n d w a s a ct u a l l y p o si t i ve

, su g g e st i n g t h a t

g e n e r a l ( m o n t h l y, r e g i o n a l ) s o i l m o i st u r e co n d i t i o n s o n l y p l a y a r o l e o n t h e

S o n o r a si d e o f N o g a l e s.

S o i l m o i st u r e a t N o g a l e s d o e s a p p e a r t o b e si g n i f i ca n t l y d i f f e r e n t d u r i n g

e p i so d e s o f h i g h P M 1 0 co n ce n t r a t i o n co m p a r e d t o l o w e p i so d e s. T h i s i s

e sp e ci a l l y so d u r i n g f a l l a n d sp r i n g o n t h e S o n o r a si d e a n d d u r i n g f a l l a n d

w i n t e r o n t h e A r i zo n a si d e ; so i l m o i st u r e i s si g n i f i ca n t l y l o w e r i n a sso ci a t i o n

w i t h h i g h P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s t h a n w i t h l o w c o n ce n t r a t i o n s ( T a b l e 1 ; F i g u r e

5 )

. T h e r a t e o f t h e d a i l y d r yi n g o f t h e so i l

— t h e d i f f e r e n c e b e t w e e n

p r e ci p i t a t i o n a n d p o t e n t i a l e va p o t r a n sp i r a t i o n

— i s si g n i f i ca n t l y d i f f e r e n t

b e t w e e n e p i s o d e s o f h i g h a n d l o w co n c e n t r a t i o n s, e sp e ci a l l y d u r i n g t h e f a l l

a n d w i n t e r s e a so n s o n t h e S o n o r a si d e o f N o g a l e s, b u t o n l y d u r i n g w i n t e r o n

t h e A r i zo n a si d e ( T a b l e 1 ; F i g u r e 5 )

. I n e a c h c a se

, t h e r a t e o f d a i l y d r yi n g i s

g r e a t e r ( P

- P E va l u e s sm a l l e r ) d u r i n g e p i so d e s o f h i g h co n ce n t r a t i o n s o f P M 1 0

. F i n a l l y, d u r i n g a l l se a s o n s o n t h e A r i zo n a si d e o f t h e b o r d e r a n d d u r i n g f a l l

a n d w i n t e r o n t h e S o n o r a si d e

, e p i so d e s o f h i g h P M 1 0 co n ce n t r a t i o n w e r e

m a r ke d b y g e n e r a l l y m o r e t h a n t w i ce t h e l e n g t h o f t i m e si n c e t h e l a s t

p r e ci p i t a t i o n e ve n t t h a n e p i so d e s o f l o w co n ce n t r a t i o n ( T a b l e 1 ; F i g u r e 5 )

.

I n su m m a r y, t h e d a y o f t h e w e e k d o e s n o t se e m t o b e si g n i f i ca n t l y d i f f e r e n t

d u r i n g e p i so d e s o f h i g h P M 1 0 co n ce n t r a t i o n t h a n d u r i n g e p i so d e s o f l o w

co n ce n t r a t i o n a t N o g a l e s

. H o w e v e r

, t h e syn o p t i c a t m o sp h e r e d o e s se e m t o

b e m o r e st a g n a n t

, a n d t h e s o i l m o i st u r e co n d i t i o n s d o a p p e a r t o b e d r i e r

d u r i n g h i g h co n ce n t r a t i o n e p i so d e s. A l t h o u g h t h i s i s i m p o r t a n t kn o w l e d g e

, t h e se f i n d i n g s a r e r a t h e r i n t u i t i ve

.15 6

. D a i l y p r e d i ct i o n o f P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s o n e i t h e r si d e o f t h e b o r d e r a t

N o g a l e s a p p e a r s t o b e a n e l u si ve g o a l

, a s o n e

- t o

- f o u r p r e d i ct o r s o n l y

e xp l a i n s b e t w e e n a p p r o xi m a t e l y 1 2 % a n d 4 1 % o f t h e va r i a t i o n i n d a i l y P M 1 0

co n ce n t r a t i o n

, d e p e n d i n g o n t h e se a so n

.

S t e p w i se m u l t i p l e r e g r e ssi o n a n a l ysi s f o r d i a g n o st i c a n d p r o g n o st i c p u r p o se s

i n d i ca t e s t h e v a r i a b l e s m o st a ss o ci a t e d w i t h e xp l a i n i n g P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s

f o r e a ch s e a so n o n b o t h t h e A r i zo n a a n d S o n o r a si d e s o f t h e b o r d e r w h i l e

ch a r a ct e r i zi n g t h e vi a b i l i t y o f d a i l y p r e d i ct i o n s. D a i l y p r e d i ct i o n s o f w i n t e r P M 1 0

co n ce n t r a t i o n s se e m m o st p o ssi b l e

, a s t h r e e va r i a b l e s e xp l a i n 3 3

. 9 % a n d

4 0

. 8 % o f t h e v a r i a n ce i n co n ce n t r a t i o n s o n t h e A r i zo n a a n d S o n o r a si d e s,

r e sp e ct i ve l y ( T a b l e 2 )

. A n a l ysi s f o r t h e f a l l se a so n r e ve a l s t h a t f o u r a n d t h r e e

va r i a b l e s e xp l a i n 1 6

. 8 % a n d 2 9

. 5 % o f t h e va r i a n ce i n co n c e n t r a t i o n s o n t h e

A r i zo n a a n d N o g a l e s si d e s, r e sp e c t i ve l y. T h e va l u e s d r o p t o o n e a n d t w o

va r i a b l e s t o e xp l a i n 1 1

. 6 % a n d 2 1

. 9 % o f t h e v a r i a n ce o n t h e A r i zo n a a n d

N o g a l e s si d e s ( T a b l e 2 )

. T h e l o w v a l u e s i n d i c a t e t h a t d a i l y p r e d i ct i o n o f P M 1 0

co n ce n t r a t i o n i n N o g a l e s i s a n e l u si ve g o a l

. T h i s i s l i ke l y a p r o d u ct o f t w o

t h i n g s: ( 1 ) a n t h r o p o g e n i c co n t r i b u t i o n s t o P M 1 0 a r e ca p a b l e o f va r yi n g

d r a m a t i ca l l y f r o m o n e d a y t o t h e n e xt

, m a ki n g i t d i f f i cu l t t o f o r e ca st

co n ce n t r a t i o n s ve r y a ccu r a t e l y e ve n i f t h e a t m o sp h e r i c co n t r o l l e r s a r e

f o r e ca st e d w e l l

, a n d ( 2 ) e n vi r o n m e n t a l co n d i t i o n s a cr o ss t h e r e g i o n a r e

n a t u r a l l y co n d u ci ve t o h i g h P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s i n t h e l o w e r a t m o sp h e r e o n a

co n si st e n t b a si s, w i t h r e l a t i v e l y l i t t l e va r i a b i l i t y, w h i ch m a ke s d a i l y p r e d i ct i o n

m o r e d i f f i c u l t

.

I n e a ch ca s e

, t h e c o n d i t i o n o f t h e a t m o sp h e r e ( m a xi m u m t e m p e r a t u r e

, l o w e r

a t m o sp h e r i c w i n d

, 5 0 0 h P a h e i g h t ) a r e t h e p r i m a r y i n d i ca t o r s.

R e p r e se n t a t i o n s o f s u r f a c e co n d i t i o n a r e i n cl u d e d d u r i n g w i n t e r o n t h e

A r i zo n a si d e ( s o i l m o i st u r e ) a n d o n t h e S o n o r a si d e ( P

- P E )

. I n t e r e st i n g l y, d a y

o f t h e w e e k i s i n t r o d u ce d i n t o t h e su i t e o f va r i a b l e s o n t h e A r i zo n a si d e o f

N o g a l e s i n f a l l ( T a b l e 2 )

. T h e r e su l t s se e m t o i n d i ca t e t h e i m p o r t a n ce o f t h e

a t m o sp h e r e o ve r t h a t o f t h e co n d i t i o n o f t h e s u r f a ce

. T h i s i s se n si b l e i n t h a t

t h e a t m o s p h e r e h a s t o b e su p p o r t i ve o f h i g h c o n ce n t r a t i o n s o f P M 1 0 b e fo r e

t h e a va i l a b i l i t y o f d u s t f r o m a d r y su r f a ce e ve n m a t t e r s

.

7

. A n a r t i f i ci a l r e p r e se n t a t i o n o f t h e d a y o f t h e w e e k ( cr e a t e d b a se d o n h i st o r i ca l

va r i a t i o n i n P M 1 0 b y d a y o f t h e w e e k ) sh o w e d n o st r o n g r e l a t i o n sh i p w i t h d a i l y

P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s o n e i t h e r si d e o f t h e b o r d e r a t N o g a l e s, a n d f a i l e d t o

sh o w a n y va l u e a s a p r e d i ct i ve t o o l

.

B a se d u p o n b o t h t h e t e st o f t h e d i f f e r e n ce s i n t h e p o p u l a t i o n s a sso ci a t e d w i t h

h i g h a n d l o w P M 1 0 co n ce n t r a t i o n e p i so d e s a n d t h e m u l t i p l e r e g r e ssi o n m o d e l

b u i l d i n g a n a l yse s

, i t i s r a t h e r cl e a r t h a t t h e g e n e r i c a n t h r o p o g e n i c i n d i ca t o r

d a y o f t h e w e e k i s n o t u se f u l a s a n i n d i ca t o r o f P M 1 0 co n ce n t r a t i o n

. D a i l y

g r o u n d t r a f f i c d a t a m a y i n d e e d r e ve r se t h i s f i n d i n g

, b u t t h i s d a t a d o e s n o t

e xi st b e yo n d s m a l l ca se st u d y sa m p l i n g

.16 8

. C o m p o si t e r e p r e s e n t a t i o n s o f a t m o sp h e r i c a n d su r f a ce c o n d i t i o n s i n d i ca t e

t h a t a t m o sp h e r i c su p p o r t ( st a g n a n t syn o p t i c a t m o sp h e r e ) i s m o st i m p o r t a n t i n

co n t r o l l i n g P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s w h i l e t h e co n d i t i o n o f t h e su r f a c e ( so i l

m o i st u r e ) d o e s h a ve va l u e

, b u t o f a se c o n d a r y n a t u r e

.

C o m p o si t e r e p r e s e n t a t i o n s ( a ve r a g e d f r o m st a n d a r d i ze d sco r e s

, o r z

- sco r e s

,

o f i n d i vi d u a l va r i a b l e s) o f a t m o sp h e r i c co n d i t i o n s a n d su r f a ce co n d i t i o n s u s e d

t o cr e a t e co r r e l a t i o n co e f f i ci e n t s t h a t e xp r e ss t h e l i n e a r r e l a t i o n s h i p w i t h P M 1 0

co n ce n t r a t i o n s sh o w t h e i m p o r t a n c e o f t h e a t m o sp h e r e r e l a t i ve t o t h e su r f a ce

i n p r o d u ci n g e p i so d e s o f h i g h P M 1 0

. T h e r e p r e se n t a t i o n o f t h e a t m o sp h e r i c

co m p o n e n t co r r e l a t e d si g n i f i ca n t l y w i t h P M 1 0 co n ce n t r a t i o n w h e n u si n g t h e

f u l l sp e ct r u m o f va l u e s fo r a l l se a so n s o n b o t h t h e A r i zo n a a n d S o n o r a si d e s

o f N o g a l e s ( T a b l e 3 )

. T h e r e l a t i o n s h i p s w e r e a l so si g n i f i ca n t w h e n e xa m i n i n g

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

a n d fo r e a ch se a so n e xce p t f o r t h e h i g h co n c e n t r a t i o n s o n t h e A r i zo n a si d e i n

f a l l a n d o n t h e S o n o r a si d e i n sp r i n g

. O ve r a l l

, t h i s i n d i ca t e s t h a t d a i l y P M 1 0

co n ce n t r a t i o n s, a c r o ss t h e sp e ct r u m o f v a l u e s ( f u l l r e co r d

, t o p a n d b o t t o m

h a l ve s)

, a r e cl o se l y l i n ke d t o t h e co n d i t i o n o f t h e a t m o s p h e r e

. T h i s i s a b i t i n

co n t r a st t o t h e i m p o r t a n ce o f t h e co n d i t i o n o f t h e su r f a c e ( T a b l e 3 )

. T h e

co n d i t i o n o f t h e su r f a ce si g n i f i c a n t l y co r r e l a t e s w i t h P M 1 0 co n ce n t r a t i o n o n

b o t h t h e A r i z o n a a n d S o n o r a si d e s o f N o g a l e s w h e n co n si d e r i n g t h e f u l l

sp e ct r u m o f va l u e s fo r a l l s e a so n s e xc e p t fo r d u r i n g w i n t e r o n t h e S o n o r a

si d e

. H o w e ve r

, w h e n t h e d a t a a r e st r a t i f i e d i n t o h a l ve s b a se d o n r e l a t i ve l y

h i g h a n d l o w P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s t h e o n l y si g n i f i ca n t co r r e l a t i o n o ccu r s w i t h

l o w va l u e s i n w i n t e r o n t h e S o n o r a si d e a n d i n sp r i n g o n t h e A r i zo n a si d e

. T h i s w e a kn e ss s e e m s t o i n d i ca t e t h e i m p o r t a n ce o f t h e a t m o s p h e r e a s a

co n t r o l l e r o f P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s o ve r t h e v a l u e o f t h e su r f a c e co n d i t i o n

. A s

st a t e d b e f o r e

, t h i s i s se n si b l e i n t h a t t h e a t m o sp h e r e m u st b e su p p o r t i ve o f

su sp e n d i n g p a r t i cu l a t e m a t t e r b e fo r e t h e co n d i t i o n o f t h e s o u r ce

— t h e

su r f a ce

— i s a n i ssu e

.

9

. W h e n P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s a r e a n o m a l o u sl y h i g h ( g r e a t e r t h a n t h e m e a n ) f o r

N o g a l e s ( A r i zo n a a n d S o n o r a co m b i n e d )

, a t m o sp h e r i c co n t r o l l e r s h a ve v e r y

l i t t l e b e a r i n g o n t h e co n ce n t r a t i o n o f P M 1 0 o n o n e si d e o f t h e b o r d e r ve r su s

t h e o t h e r r e l a t i ve t o t h e i r i n d i vi d u a l m e a n s. H o w e ve r

, d u r i n g f a l l a n d w i n t e r

, d r y so i l m o i st u r e co n d i t i o n s a r e a sso ci a t e d w i t h h i g h e r c o n ce n t r a t i o n s r e l a t i ve

t o t h e m e a n o n t h e A r i zo n a si d e o f N o g a l e s t h a n o n t h e S o n o r a si d e

. T h i s

i n d i ca t e s t h a t t h e co n d i t i o n o f t h e su r f a ce i s a g r e a t e r i n f l u e n c e o n m o vi n g

h i g h P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s e ve n h i g h e r o n t h e A r i zo n a si d e o f t h e b o r d e r t h a n

o n t h e S o n o r a n si d e

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

, g i ve n t h e su p p o s e d

d i f f e r e n ce i n i n f r a st r u ct u r e ( p a ve d r o a d w a ys ) b e t w e e n t h e t w o si d e s o f

N o g a l e s. U n d e r m o i st e r so i l co n d i t i o n s

, t h e co n ce n t r a t i o n o f P M 1 0 o n t h e

S o n o r a si d e o f N o g a l e s i s h i g h e r r e l a t i ve t o n o r m a l t h a n o n t h e A r i zo n a si d e

,

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

,

co n ce n t r a t i o n s a r e l o ca l l y h i g h e r o n t h e S o n o r a si d e

. H o w e ve r

, w h e n t h e so i l17 i s a n o m a l o u sl y d r y, P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s a t N o g a l e s, A r i z

. , b e co m e h i g h e r

r e l a t i ve t o n o r m a l t h a n o n t h e S o n o r a si d e ( r e l a t i ve t o n o r m a l t h e r e a s w e l l )

,

w h i ch i s i n d i ca t i ve o f a n u n u s u a l so u r ce o f d u st f o r t h e A r i zo n a si d e

. T h e

u n u su a l so u r ce o f d u st i s l i ke l y t h e S o n o r a si d e o f N o g a l e s, g i ve n t h a t

co n ce n t r a t i o n s t h e r e a r e a l m o st a l w a ys h i g h e r t h a n o n t h e A r i zo n a si d e

.

I n t a ki n g t h e d a i l y a ve r a g e o f t h e P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s f r o m t h e S o n o r a a n d

A r i zo n a si d e s o f N o g a l e s a n d st a n d a r d i zi n g t o z

- sco r e s, h i st o r i ca l d a t a w e r e

st r a t i f i e d i n t o r e l a t i v e l y h i g h ( p o si t i ve sco r e s) a n d r e l a t i ve l y l o w ( n e g a t i ve

sco r e s) va l u e s. I n e xa m i n i n g o n l y t h e r e l a t i ve l y h i g h va l u e s, t h e d a i l y

d i f f e r e n ce b e t w e e n z

- sco r e s ( c r e a t e d f r o m t h e f u l l r e co r d a t e a ch l o ca t i o n ) a t

t h e t w o l o ca t i o n s w a s t a ke n a s t h e va l u e o n t h e S o n o r a si d e m i n u s t h a t o n

t h e A r i zo n a si d e

. T h i s p r o vi d e s a co m p a r i so n o f t h e t w o st a t i o n s, o n e r e l a t i ve

t o t h e o t h e r

, b a se d o n t h e st a n d a r d i ze d sco r e a t e a ch st a t i o n

. T h i s i s t o sa y

t h a t co n ce n t r a t i o n s o n t h e S o n o r a si d e a r e m o st o f t e n h i g h e r t h a n o n t h e

A r i zo n a si d e

, b u t t h i s i s n u l l i f i e d w h e n co n si d e r i n g t h e z

- sco r e s ca l cu l a t e d fo r

e a ch st a t i o n i n d i vi d u a l l y. T h e r e f o r e

, t h e r e a r e m a n y d a ys w h e n t h e

co n ce n t r a t i o n o n t h e A r i zo n a si d e i s m u ch h i g h e r r e l a t i ve t o i t s o w n m e a n

t h a n t h e c o n ce n t r a t i o n o n t h e S o n o r a si d e r e l a t i ve t o i t s o w n m e a n

. T h e r e su l t

o f t h e d i f f e r e n ce b e t w e e n t h e z

- sco r e s f r o m b o t h si d e s o f N o g a l e s i s a

d i st r i b u t i o n o f d a i l y va l u e s d u r i n g r e l a t i ve l y h i g h o ve r a l l e p i so d e s ( N o g a l e s a s

a w h o l e ) w i t h i n w h i ch m a n y d a ys o n t h e S o n o r a si d e o f N o g a l e s a r e

h i g h e r / l o w e r t h a n o n t h e A r i zo n a si d e r e l a t i v e t o n o r m a l a t e a ch l o ca t i o n

. T h e

d i f f e r e n ce s a r e t h e n m a t ch e d w i t h t h e c o m p o s i t e r e p r e se n t a t i o n s o f t h e

a t m o sp h e r i c a n d s u r f a c e co n d i t i o n s t o e xa m i n e t h e l i n e a r r e l a t i o n sh i p s. T h e

a t m o sp h e r i c r e p r e se n t a t i o n i s c o n st r u ct e d su c h t h a t p o si t i v e a t m o s p h e r i c

va l u e s i n d i ca t e g r e a t e r syn o p t i c st a g n a t i o n a n d p o si t i ve su r f a ce va l u e s

i n d i ca t e d r i e r a t m o sp h e r i c co n d i t i o n s.

N o si g n i f i ca n t r e l a t i o n sh i p e xi st s b e t w e e n t h e a t m o sp h e r e a s a w h o l e a n d t h e

d i f f e r e n ce i n t h e r e l a t i ve P M 1 0 co n ce n t r a t i o n o n e i t h e r si d e o f N o g a l e s ( T a b l e

4 )

. H o w e ve r

, a si g n i f i ca n t i n ve r s e r e l a t i o n sh i p e xi st s b e t w e e n t h e su r f a ce

co n d i t i o n a n d t h e d i f f e r e n ce d u r i n g f a l l a n d w i n t e r ( T a b l e 4 )

. T h i s i n d i ca t e s

t h a t w h e n t h e so i l i s d r i e r

, t h e d i f f e r e n ce i n r e l a t i ve P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s

( S o n o r a m i n u s A r i zo n a ) i s sm a l l e r ( o r m o r e n e g a t i ve )

, su g g e st i n g t h a t t h e

co n d i t i o n o f t h e su r f a ce i s a g r e a t e r i n f l u e n ce o n m o vi n g h i g h P M 1 0

co n ce n t r a t i o n s e ve n h i g h e r o n t h e A r i zo n a si d e o f t h e b o r d e r t h a n o n t h e

S o n o r a n si d e

. T h i s i s i n d i ca t i ve o f a n u n u s u a l so u r ce o f d u st fo r t h e A r i z o n a

si d e

, w h i ch i s l i ke l y t h e S o n o r a si d e o f N o g a l e s, g i ve n t h a t co n ce n t r a t i o n s

t h e r e a r e a l m o st a l w a ys h i g h e r t h a n o n t h e A r i zo n a si d e

.

C O N C L U SI O N S

T h e f i n d i n g s o f t h e w o r k i n d i ca t e t h a t a t m o sp h e r i c su p p o r t ( st a g n a n t syn o p t i c

a t m o sp h e r e ) i s m o st i m p o r t a n t i n co n t r o l l i n g d a i l y P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s i n

N o g a l e s; t h e c o n d i t i o n o f t h e s u r f a c e ( so i l m o i st u r e ) d o e s h a v e va l u e

, b u t o f a

se co n d a r y n a t u r e

. A n a r t i f i ci a l r e p r e se n t a t i o n o f t h e a n t h r o p o g e n i c va r i a b l e d a y18 o f t h e w e e k ( cr e a t e d b a se d o n h i st o r i ca l v a r i a t i o n i n P M 1 0 b y d a y o f t h e w e e k)

sh o w e d n o st r o n g r e l a t i o n sh i p w i t h d a i l y P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s o n e i t h e r si d e o f

t h e b o r d e r a t N o g a l e s. F u r t h e r m o r e

, i t w a s f o u n d t h a t w h e n P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s

a r e a n o m a l o u sl y h i g h ( g r e a t e r t h a n t h e m e a n ) f o r N o g a l e s ( A r i zo n a a n d S o n o r a

co m b i n e d )

, a t m o sp h e r i c co n t r o l l e r s h a v e l i t t l e b e a r i n g o n t h e c o n ce n t r a t i o n o f

P M 1 0 r e l a t i ve t o n o r m a l o n o n e si d e o f t h e b o r d e r ve r s u s t h e o t h e r

. H o w e ve r

, d u r i n g f a l l a n d w i n t e r

, d r y so i l m o i st u r e co n d i t i o n s a r e a sso ci a t e d w i t h r e l a t i v e l y

h i g h e r co n ce n t r a t i o n s o n t h e A r i zo n a si d e o f N o g a l e s t h a n o n t h e S o n o r a si d e

r e l a t i ve t o n o r m a l a t e a c h l o ca t i o n

. T h i s i n d i ca t e s t h a t t h e co n d i t i o n o f t h e su r f a ce

i s a g r e a t e r i n f l u e n ce o n m o vi n g h i g h P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s e ve n h i g h e r o n t h e

A r i zo n a si d e o f t h e b o r d e r t h a n o n t h e S o n o r a si d e

. T h i s i d e a f i t s w i t h i n t u i t i o n

, g i ve n t h e su p p o se d d i f f e r e n ce i n i n f r a st r u ct u r e ( p a ve d r o a d w a ys) b e t w e e n t h e

A r i zo n a a n d S o n o r a si d e s o f N o g a l e s a n d w i t h t h e f a ct t h a t co n ce n t r a t i o n s o n t h e

S o n o r a si d e a r e a l m o st a l w a ys h i g h e r t h a n o n t h e A r i zo n a si d e

.

R EC O M M E N D A T I O N S F O R F U R T H E R R E SE A R C H

B e yo n d t h e f i n d i n g s d i scu sse d a b o v e

, t h i s w o r k h a s sh o w n t h e n e e d fo r i n t e n si v e

ca se

- st u d y a n a l ysi s t h a t i n vo l ve s i n st r u m e n t a t i o n d e p l o ym e n t w i t h i n t h e N o g a l e s

a i r sh e d

. T h e sp i r i t o f t h i s w o r k w a s t o d e t e r m i n e t h e b r o a d e r co n t r o l l e r s o f P M 1 0

co n ce n t r a t i o n s, p a r t i cu l a r l y t h e i m p o r t a n ce o f t h e a t m o s p h e r i c co n d i t i o n ve r su s

t h e co n d i t i o n o f t h e su r f a ce

. T h e se a r e n a t u r a l p h ysi ca l co n t r o l l e r s t h a t p r o vi d e

t h e i n g r e d i e n t s f o r h i g h co n ce n t r a t i o n s o f d u st

. I n o r d e r t o m i t i g a t e t h e p r o b l e m o f

d u st co n ce n t r a t i o n i n t h e a i r s h e d

, t h e sp e ci f i c so u r ce s t h a t g e n e r a t e t h e d u st

d u r i n g t h e i d e a l p h ysi ca l co n d i t i o n s m u st b e i d e n t i f i e d

. T h i s ca n o n l y b e d o n e

t h r o u g h a n i n t e n si ve f i e l d w o r k ca m p a i g n

. T h e su g g e st i o n f o r f u r t h e r r e se a r ch i s

t h e e st a b l i sh m e n t o f a t e m p o r a r y n e t w o r k o f i n st r u m e n t a t i o n f o r m e a su r i n g P M 1 0

co n ce n t r a t i o n a n d h u m a n su r f a ce t r a n sp o r t a t i o n a ct i vi t y a l o n g si d e w i n d d i r e ct i o n

a n d sp e e d a cr o ss N o g a l e s, A r i zo n a a n d S o n o r a

, d u r i n g a t a r g e t e d p e r i o d

b e t w e e n O ct o b e r a n d Ja n u a r y. D u r i n g p e r i o d s f o r w h i ch t h e l a r g e

- sca l e

co n t r o l l e r s o f P M 1 0 co n ce n t r a t i o n ( a t m o sp h e r i c a n d su r f a ce ) a r e co n d u ci ve t o

e p i so d e s o f h i g h P M 1 0

, a f a i r l y d e n se n e t w o r k o f i n st r u m e n t a t i o n sh o u l d b e

ca p a b l e o f i n d i ca t i n g so u r ce a r e a s. O n ce i d e n t i f i e d

, su sp e ct e d so u r ce a r e a s ca n

b e st r a t i f i e d b y t yp e ( e

. g

. , u n p a ve d r o a d

, co n s t r u ct i o n

, a g r i cu l t u r e

, n a t u r a l d e se r t )

f o r a n a ss e ssm e n t o f j u st h o w r e a l i st i c t h o u g h t s o f m i t i g a t i o n st r a t e g i e s a r e

. I n

o t h e r w o r d s, t h e e n vi r o n m e n t a l co n d i t i o n s, a s i d e n t i f i e d i n t h i s st u d y, a r e

co n d u ci ve t o h i g h P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s n a t u r a l l y ( st a g n a n t a t m o s p h e r e

, d r y s o i l )

,

so i s t h e i d e a o f m i t i g a t i o n a b a t t l e t h a t w i l l b e n e a r l y i m p o ssi b l e t o w i n ?

D e t e r m i n i n g t h e r e l a t i ve i m p o r t a n ce o f t h e a n t h r o p o g e n i c co n t r i b u t i o n t o t h e P M 1 0

p r o b l e m i s a n a b s o l u t e n e c e ssi t y, a n d t h e r e i s vi r t u a l l y n o h i st o r i c d a t a t o h e l p

w i t h t h a t e f f o r t

. T h e r e su l t i s a n e e d f o r i n t e n s e f i e l d st u d y a n d t h e a ssu m p t i o n

t h a t w h a t t a ke s p l a ce d u r i n g t h e f i e l d ca m p a i g n i s t h e r u l e r a t h e r t h a n t h e

e xce p t i o n su ch t h a t t h e i n fo r m a t i o n ca n b e i n c o r p o r a t e d i n t o m i t i g a t i o n e f f o r t s.

R ESE A R C H B E N EF I T S

T h e r e se a r ch d i scu sse d h e r e i s m o st b e n e f i ci a l t o t h e sci e n t i f i c co m m u n i t y a n d

p o l i cy

- a n d d e ci si o n

- m a ke r s i n t h e sh o r t t e r m

, b u t u l t i m a t e l y t o t h e co m m u n i t y o f

N o g a l e s i n t h e l o n g t e r m

. F u r t h e r m o r e

, a ke y a sso ci a t i o n b e t w e e n P M 1 019 co n ce n t r a t i o n s i n A r i zo n a a n d S o n o r a u n co ve r e d b y t h e w o r k h a s i m p l i ca t i o n s fo r

t h e i n t e r n a t i o n a l r e l a t i o n s h i p w i t h i n N o g a l e s.

T h e f i n d i n g s t h a t P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s o n t h e S o n o r a si d e o f N o g a l e s t e n d t o b e

co n si d e r a b l y h i g h e r t h a n o n t h e A r i z o n a si d e a n d t h a t c o n ce n t r a t i o n s a t b o t h

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

su r p r i si n g a n d n o t o f g r e a t a d d i t i o n a l b e n e f i t

. H o w e ve r

, o f i n t e r e st t o t h e sci e n t i f i c

co m m u n i t y a n d l o ca l d e ci si o n

- m a ke r s i s t h e s e a so n a l i t y o f t h e co n c e n t r a t i o n s

d e sp i t e t h e f a ct t h a t t h e h i g h e st a m o u n t s o f so i l m o i st u r e o cc u r cl i m a t o l o g i ca l l y i n

f a l l a n d w i n t e r

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

- sca l e

a t m o sp h e r e o ve r t h e co n d i t i o n o f t h e su r f a c e a n d i n d i ca t e s t h a t t h e N o g a l e s

a i r sh e d

, f r o m a P M 1 0 p e r sp e ct i ve

, i s l a r g e l y a t t h e m e r cy o f a n a t m o s p h e r e

co n d u ci ve t o h i g h co n c e n t r a t i o n s o f d u st

. T o t h e g e n e r a l co m m u n i t y o f N o g a l e s,

i n t r a

- a n n u a l p e r i o d s o f h i g h r i sk a r e r a t h e r a p p a r e n t

.

A l so o f i n t e r e st t o p o l i cy a n d d e ci si o n

- m a k e r s a n d t h e c o m m u n i t y o f N o g a l e s i s

t h e f a ct t h a t P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s sh o w so m e w h a t o f a p a t t e r n b y d a y o f t h e

w e e k, w h e r e b y t h e h i g h e st va l u e s t e n d t o o cc u r o n t h e sh o u l d e r s o f w e e ke n d s :

F r i d a y a n d S u n d a y o n t h e A r i zo n a si d e

, a n d T h u r sd a y a n d S u n d a y o n t h e

S o n o r a si d e

. A g a i n

, w h e n c o m b i n e d w i t h t h e i d e a o f t h e se a so n a l i t y o f t h e

co n ce n t r a t i o n s, h i g h r i sk p e r i o d s a r e a p p a r e n t

. T h e se e m i n g l y a n t h r o p o g e n i c

si g n a l sh o u l d b e o f i n t e r e st t o p o l i cy

- a n d d e ci si o n

- m a ke r s, a s i t a p p e a r s t o

su g g e st t h e i n f l u e n c e o f g r o u n d t r a f f i c. H o w e v e r

, a n a r t i f i ci a l r e p r e se n t a t i o n o f t h e

d a y o f t h e w e e k ( c r e a t e d b a se d o n h i st o r i ca l v a r i a t i o n i n P M 1 0 b y d a y o f t h e

w e e k) sh o w e d n o st r o n g r e l a t i o n sh i p w i t h d a i l y P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s o n e i t h e r

si d e o f t h e b o r d e r a t N o g a l e s. O v e r a l l

, t h e su g g e st i o n i s t h a t a n a n t h r o p o g e n i c

co n t r o l i s l i ke l y p r e se n t i n N o g a l e s, b u t i t s r e s o l u t i o n r e q u i r e s m o r e i n t e n se s t u d y ( se e t h e s e ct i o n s R e co m m e n d a t i o n s f o r F u r t h e r R e se a r ch a n d P r o b l e m s/ I ssu e s

E n co u n t e r e d )

.

B e n e f i ci a l t o sci e n t i st s a t t e m p t i n g t o g a i n a b e t t e r u n d e r st a n d i n g o f t h e P M 1 0

p r o b l e m i n N o g a l e s a r e t h e a t m o sp h e r i c a n d s u r f a ce ch a r a ct e r i st i cs a sso ci a t e d

w i t h e p i so d e s o f h i g h ( l o w ) co n c e n t r a t i o n s

— n o r t h e r l y ( so u t h e r l y) e a r l y m o r n i n g

w i n d s, g r e a t e r ( l e sse r ) d i u r n a l t e m p e r a t u r e r a n g e s, h i g h e r ( l o w e r ) m i d d l e

a t m o sp h e r i c p r e ssu r e a cr o ss t h e r e g i o n

, d r i e r ( m o i st e r ) so i l co n d i t i o n s, g r e a t e r

( l e sse r ) d a i l y su r f a ce d r yi n g

, a n d a r e l a t i ve l y l o n g ( sh o r t ) p e r i o d o f t i m e si n ce t h e

l a st p r e ci p i t a t i o n e ve n t

. A l l o f t h i s su g g e st s t h e r e q u i r e m e n t o f a st a g n a n t

syn o p t i c a t m o sp h e r e a n d a d r y s u r f a ce t o p r o d u ce h i g h P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s.

H o w e ve r

, o f g r e a t e r i m p o r t a n ce i s t h a t f a ct t h a t co m p o si t e r e p r e se n t a t i o n s o f

a t m o sp h e r i c a n d s u r f a c e co n d i t i o n s i n d i ca t e t h a t a t m o s p h e r i c s u p p o r t ( st a g n a n t

syn o p t i c a t m o sp h e r e ) i s m o st i m p o r t a n t i n co n t r o l l i n g P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s, w h i l e

t h e co n d i t i o n o f t h e su r f a ce ( so i l m o i st u r e ) i s o f se co n d a r y i m p o r t a n ce

. T h i s

se e m s l o g i ca l

, i n t h a t d r y so i l co n d i t i o n s a r e r a t h e r m e a n i n g l e ss i f t h e

a t m o sp h e r e i s n o t co n d u ci ve t o h i g h P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s

. A g a i n

, t h e e m p h a si s

o n t h e a t m o sp h e r e i s o f i m p o r t a n ce t o p o l i cy m a ke r s ch a r g e d w i t h d i sce r n i n g

su r f a ce t yp e s o r a r e a s t h a t a r e p o t e n t i a l co n t r i b u t o r s t o t h e P M 1 0 p r o b l e m i n20 N o g a l e s. I n o t h e r w o r d s, t h e e n vi r o n m e n t a l co n d i t i o n s, a s i d e n t i f i e d i n t h i s st u d y,

a r e co n d u ci ve t o h i g h P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s n a t u r a l l y ( st a g n a n t a t m o sp h e r e )

, so i s

t h e i d e a o f m i t i g a t i o n a b a t t l e t h a t w i l l b e n e a r l y i m p o ssi b l e t o w i n g i ve n t h e l e sse r

r o l e o f t h e su r f a ce co n d i t i o n ?

O f i m p o r t a n ce t o t h e co m m u n i t y o f N o g a l e s, p o l i cy

- a n d d e ci si o n

- m a ke r s f o r t h e

a r e a

, a n d t h e i n t e r n a t i o n a l d e b a t e o ve r P M 1 0 o n e i t h e r si d e o f t h e b o r d e r a t

N o g a l e s i s t h e f i n d i n g t h a t w h e n P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s a r e a n o m a l o u sl y h i g h

( g r e a t e r t h a n t h e m e a n ) fo r N o g a l e s ( A r i zo n a a n d S o n o r a co m b i n e d )

,

a t m o sp h e r i c co n t r o l l e r s h a ve l i t t l e b e a r i n g o n t h e co n ce n t r a t i o n o f P M 1 0 o n o n e

si d e o f t h e b o r d e r ve r su s t h e o t h e r

. H o w e ve r

, d u r i n g f a l l a n d w i n t e r

, d r y so i l

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

A r i zo n a si d e o f N o g a l e s t h a n o n t h e S o n o r a si d e ( r e l a t i ve t o n o r m a l a t e a ch

l o ca t i o n )

. T h i s i n d i ca t e s t h a t t h e co n d i t i o n o f t h e su r f a c e i s a g r e a t e r i n f l u e n c e o n

m o vi n g h i g h P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s e ve n h i g h e r o n t h e A r i zo n a si d e t h a n t h e

S o n o r a n si d e

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

, g i ve n t h e su p p o se d d i f f e r e n c e

i n i n f r a st r u ct u r e ( p a v e d r o a d w a ys) b e t w e e n t h e t w o si d e s o f N o g a l e s. T h i s

se e m i n g l y h a s b e e n a p o i n t o f co n t e n t i o n

— t h a t a l e sse r l e ve l o f i n f r a st r u ct u r e o n

t h e S o n o r a si d e o f N o g a l e s d i r e ct l y l e a d s t o h i g h co n ce n t r a t i o n s o f P M 1 0 f r o m

g r o u n d t r a n s p o r t a t i o n

, w h i ch i n t u r n c o u l d b e t r a n sp o r t e d b y t h e a t m o sp h e r i c f l o w

a cr o ss t h e b o r d e r i n t o N o g a l e s, A r i zo n a

. T h i s i s l i ke l y t h e e xp l a n a t i o n o f t h e

f i n d i n g h e r e

, w h e r e b y u n d e r m o r e m o i st so i l c o n d i t i o n s t h e co n ce n t r a t i o n o f P M 1 0

o n t h e S o n o r a si d e o f N o g a l e s i s h i g h e r r e l a t i v e t o n o r m a l t h a n o n t h e A r i zo n a

si d e

, m e a n i n g t h a t u n d e r t h e g i ve n a t m o sp h e r i c co n d i t i o n f o r t h e r e g i o n

,

co n ce n t r a t i o n s a r e l o ca l l y h i g h e r o n t h e S o n o r a si d e

. H o w e ve r

, w h e n t h e so i l i s

a n o m a l o u sl y d r y, P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s a t N o g a l e s, A r i z

. , b e co m e h i g h e r r e l a t i ve

t o n o r m a l t h a n o n t h e N o g a l e s

, S o n

. , si d e ( r e l a t i ve t o n o r m a l t h e r e a s w e l l )

,

w h i ch i s i n d i ca t i ve o f a n u n u s u a l so u r ce o f d u st fo r t h e A r i zo n a si d e

. T h e u n u su a l

so u r ce o f d u st i s l i ke l y t h e S o n o r a si d e o f N o g a l e s, g i ve n t h a t co n ce n t r a t i o n s

t h e r e a r e a l m o st a l w a ys h i g h e r t h a n o n t h e A r i zo n a si d e

.

F i n a l l y, o f i n t e r e st t o p o l i cy

- a n d d e ci si o n

- m a k e r s, t h e c o m m u n i t y o f N o g a l e s, a n d

sci e n t i st s i n t h e d i s ci p l i n e i s t h e f a ct t h a t d a i l y p r e d i ct i o n o f P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s

o n e i t h e r si d e o f t h e b o r d e r a t N o g a l e s a p p e a r s t o b e a n e l u si ve g o a l

. T h i s i s

l i ke l y a p r o d u c t o f t w o t h i n g s: ( 1 ) a n t h r o p o g e n i c co n t r i b u t i o n s t o P M 1 0 a r e

ca p a b l e o f v a r yi n g d r a m a t i ca l l y f r o m o n e d a y t o t h e n e xt

, m a ki n g i t d i f f i cu l t t o

f o r e ca st co n ce n t r a t i o n s ve r y a ccu r a t e l y e ve n i f t h e a t m o sp h e r i c co n t r o l l e r s a r e

f o r e ca st e d w e l l

, a n d ( 2 ) e n vi r o n m e n t a l co n d i t i o n s a cr o ss t h e r e g i o n a r e n a t u r a l l y

co n d u ci ve t o h i g h P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s i n t h e l o w e r a t m o sp h e r e o n a co n si st e n t

b a si s, w i t h r e l a t i v e l y l i t t l e va r i a b i l i t y, w h i ch m a ke s d a i l y p r e d i ct i o n m o r e d i f f i c u l t

.

O ve r a l l

, t h e b e n e f i t s o f t h e w o r k l i e i n t h e f i n d i n g t h a t h i g h P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s

o n t h e A r i zo n a si d e o f N o g a l e s a p p e a r t o b e e n h a n ce d b y d u s t f r o m t h e S o n o r a

si d e d u r i n g e p i so d e s o f d r y so i l co n d i t i o n s a n d i n t h e w o r k’ s d i a g n o si s o f t h e

a t m o sp h e r i c a n d s u r f a c e co n d i t i o n s co n d u ci v e t o h i g h c o n ce n t r a t i o n s t h r o u g h o u t

N o g a l e s. T h e se f i n d i n g s sh o u l d a i d t h e co m m u n i t y t h r o u g h a b e t t e r21 u n d e r st a n d i n g o f t h e p r o b l e m

, p o l i cy

- a n d d e c i si o n

- m a ke r s t h r o u g h t h e

i n f o r m a t i o n o n t h e S o n o r a

- A r i zo n a d i scr e p a n c y

, a n d t h e co m m u n i t y o f sci e n t i st s

t h r o u g h a f i r st

- e ve r i n cl u si o n o f su r f a c e co n d i t i o n s ( so i l m o i st u r e ) i n t h e st u d y o f

P M 1 0

.

F r o m t h e a ca d e m i c p e r sp e ct i v e

, t h i s r e se a r c h h e l p e d D a vi d A

. B r o m m e r o b t a i n

a n M a st e r ’ s d e g r e e i n G e o g r a p h y f r o m t h e D e p a r t m e n t o f G e o g r a p h y a t A r i zo n a

S t a t e U n i ve r si t y. T h e r e su l t s o f t h i s r e se a r ch a r e b e i n g p r e p a r e d f o r p u b l i ca t i o n

a s a r e f e r e e d r e se a r ch a r t i cl e

.

A C K N O W L E D G M EN T S

P M 1 0 co n ce n t r a t i o n d a t a a n d ca se st u d y d e sc r i p t i o n w e r e p r o vi d e d b y S a n d r a

W a r d w e l l o f t h e A r i zo n a D e p a r t m e n t o f E n vi r o n m e n t a l Q u a l i t y. C l i m a t o l o g i ca l

d a t a f o r N o g a l e s, A r i z

. , w e r e p r o vi d e d b y t h e N a t i o n a l C l i m a t i c D a t a C e n t e r

.

R EF ER EN C ES

A r i zo n a D e p a r t m e n t o f E n vi r o n m e n t a l Q u a l i t y

. 1 9 9 9

. A r i zo n a D e p a r t m e n t o f

E

n vi r

o n m e n t a l Q u a l i t

y D o u g l a s/ A g u a P r

i e t a A i r P o l l u t i o n S t u d y P r

o t

o co l

. M e m o r a n d u m 2 2 2

- 8

- 1 7

- 9 9

.

A r i zo n a D e p a r t m e n t o f E n vi r o n m e n t a l Q u a l i t y

. 2 0 0 0

. “ A r i z o n a D e p a r t m e n t o f

E n vi r o n m e n t a l Q u a l i t y 2 0 0 0 A n n u a l R e p o r t

, A i r Q u a l i t y R e p o r t

. ” A R S 4 9

- 4 2 4

. 1 0

. h t t p : / / w w w

. a d e q

. st a t e

. a z. u s/ co m m / p u b s/ d o w n l o a d / a r

. p d f

.

A l l e y, W

. 1 9 8 4

. “ T h e P a l m e r D r o u g h t S e ve r i t y I n d e x: l i m i t a t i o n s a n d

a ssu m p t i o n s. ” Jo u r n a l o f C l i m a t e a n d A p p l i e d M e t e o r o l o g y 2 3 : 1 1 0 0

– 1 1 0 9

.

B e r m a n

, N

. S

. , D

. L

. B o ye r

, A

. J. B r a ze l

, S

. W

. B r a ze l

, R

. R

. C h e n

, H

. J

. S

. F e r n a n d o

, a n d M

. J

. F i t ch

. 1 9 9 5

. “ S yn o p t i c C l a ssi f i ca t i o n a n d P h ysi ca l M o d e l

E xp e r i m e n t s t o G u i d e F i e l d S t u d i e s i n C o m p l e x T e r r a i n

. ” J o u r n a l o f A p p l i e d

M e t e o r o l o g y 3 4 : 7 1 9

– 7 3 0

.

K a l n a y, E

. , M

. K a n a m i t s u

, R

. K i st l e r

, W

. C o l l i n s, D

. D e a ve n

, L

. G a n d i n

, M

. I r e d e l l

, S

. S a h a

, G

. W h i t e

, J. W o o l l e n

, Y

. Z h u

, A

. L e e t m a a

, a n d R

. R e yn o l d s

. 1 9 9 6

. “ T h e N C E P / N C A R R e a n a l ysi s 4 0

- ye a r P r o j e ct

. ” B u l l e t i n o f t h e A m e r i ca n

M e t e o r o l o g i ca l S o ci e t y : 7 7 : 4 3 7

– 4 7 1

.

L e a t h e r s

, D

. J.

, A

. J. G r u n d st e i n

, a n d A

. W

. E l l i s. 2 0 0 0

. “ G r o w i n g S e a s o n

M o i st u r e D e f i ci t s A cr o ss t h e N o r t h e a st e r n U n i t e d S t a t e s. ” C l i m a t e R e se a r ch 1 4 :

4 3

– 5 5

.

P a l m e r

, W

. C

. 1 9 6 5

. “ M e t e o r o l o g i ca l D r o u g h t

. ” W e a t h e r B u r e a u R e se a r c h P a p e r

N o

. 4 5

. W a sh i n g t o n

, D

. C

. : U

. S

. D e p a r t m e n t o f C o m m e r c e

.

P e w e

, T

. L

. 1 9 8 1

. “ D e se r t D u st : A n O ve r vi e w

, ” I n D e se r t D u st : O r i g i

n s

, C h a r a ct e r i st

i cs, a n d E f f e c t o n M a n

, T

. L

. P e w e

, e d

. G e o l o g i ca l S o ci e t y o f

A m e r i ca S p e ci a l P a p e r 1 8 6 : 1

- 1 0

.22 T h o r n t h w a i t e

, C

. W

. , a n d J. R

. M a t h e r

. 1 9 5 5

. “ T h e W a t e r B a l a n ce

. ” P u b l i ca t i o n s

i n C l i m a t o l o g y 8 : 1

– 1 0 4

.F i g u r e 1

. T h e g r e a t e r r e g i o n o f t h e so u t h w e s t e r n U

. S

. a n d n o r t h w e st e r n M e xi co

, i n cl u d i n g N o g a l e s, A r i zo n a

, a n d N o a g l e s, S o n o r a

.F i g u r e 2

. B o x p l o t s o f P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s fo r N o g a l e s, A r i zo n a

, a n d N o g a l e s,

S o n o r a

, i n cl u d i n g a n n u a l st a t i st i cs ( a )

, b y m o n t h a t A r i zo n a ( b ) a n d S o n o r a ( c )

, b y se a so n ( d )

, a n d b y d a y o f t h e w e e k a t A r i z o n a ( e ) a n d S o n o r a ( f )

. B l a ck

h o r i zo n t a l l i n e s w i t h i n e a c h b o x i n d i c a t e t h e m e d i a n

, w h i t e h o r i zo n t a l l i n e s

i n d i ca t e t h e m e a n

, t h e t o p a n d b o t t o m o f e a ch b o x i n d i ca t e t h e 7 5 t h a n d 2 5 t h

p e r ce n t i l e s, t h e w h i ske r s i n d i ca t e t h e 9 0 t h a n d 1 0 t h p e r ce n t i l e s, a n d t h e d o t s

i n d i ca t e t h e 9 5 t h a n d 5 t h p e r ce n t i l e s. S o l i d h o r i zo n t a l l i n e s i n d i ca t e t h e 2 4

- h o u r

( 1 5 0 μ g m - 3 ) a n d a n n u a l ( 5 0 μ g m - 3 ) U

. S f e d e r a l st a n d a r d s

.F i g u r e 3

. M e a n m o n t h l y a i r t e m p e r a t u r e ( a )

, p r e ci p i t a t i o n ( b )

, d i f f e r e n ce b e t w e e n

p r e ci p i t a t i o n a n d p o t e n t i a l e va p o t r a n sp i r a t i o n ( c)

, a n d so i l m o i st u r e ( d ) f o r

N o g a l e s, A r i zo n a

, 1 9 7 1

- 2 0 0 0

.F i g u r e 4

. C l i m a t o l o g i ca l ( 1 9 7 1

– 2 0 0 0 ) m e a n s a n d a n o m a l i e s f o r d a ys o f h i g h

P M 1 0 co n ce n t r a t i o n i n N o g a l e s fo r 5 0 0 h P a h e i g h t ( g p m ) i n f a l l ( a ) a n d w i n t e r ( b )

,

a n d 8 5 0 h P a w i n d ( ve ct o r s) i n f a l l ( c ) a n d w i n t e r ( d )

. M e a n 5 0 0 h P a l i n e s a r e

so l i d a n d i n b o l d

, w h i l e h e i g h t a n o m a l i e s a r e d a sh e d ( h i g h P M 1 0 d a ys m i n u s

cl i m a t o l o g y) a n d sh a d e d ( l i g h t = p o si t i ve ; d a r k = n e g a t i ve )

. M e a n w i n d ve ct o r s

a r e b l a ck w h i l e w i n d ve ct o r s fo r d a ys o f h i g h P M 1 0 co n ce n t r a t i o n a r e w h i t e

.F i g u r e 5

. C o r r e l a t i o n c o e f f i ci e n t s fo r t h e r e l a t i o n sh i p b e t w e e n d a i l y P M 1 0

co n ce n t r a t i o n s a n d d a y o f t h e w e e k ( a r t i f i ci a l )

, d a i l y ve ct o r w i n d co m p o n e n t s ( W

E a n d N

- S )

, d a i l y m a xi m u m a n d m i n i m u m t e m p e r a t u r e a n o m a l i e s, d a i l y 5 0 0 h P a

h e i g h t

, m o n t h l y P a l m e r D r o u g h t S e ve r i t y I n d e x ( P D S I )

, d a i l y so i l m o i st u r e

, d a i l y

P

- P E va l u e

, a n d n u m b e r o f d a ys si n c e l a st p r e ci p i t a t i o n fo r f a l l ( n = 2 1 0 fo r

A r i zo n a a n d 1 1 7 fo r S o n o r a ; a )

, w i n t e r ( n = 1 8 0 a n d 1 3 1 ; b )

, a n d sp r i n g ( n = 2 0 5

a n d 1 1 0 ; c)

. A st e r i sks i n d i ca t e st a t i st i ca l l y si g n i f i ca n t r e l a t i o n sh i p s w i t h a p

- va l u e

l e ss t h a n o r e q u a l t o 0

. 1 0

.T a b l e 1

. M e a n va l u e s fo r va r i a b l e s w i t h st a t i s t i ca l l y si g n i f i ca n t ( p

- va l u e ≤ 0

. 1 0 )

d i f f e r e n ce s b e t w e e n d a ys o f h i g h ( u p p e r q u a r t i l e ) a n d l o w ( l o w e r q u a r t i l e ) P M 1 0

co n ce n t r a t i o n s a t N o g a l e s, A r i zo n a ( t o p ) a n d N o g a l e s, S o n o r a ( b o t t o m )

. A r i z o n a F al l W i n t er Sp r i n g

V a r i a b l e H i g h L o w H i g h L o w H i g h L o w ( n = 2 1 0 ) ( n = 1 8 0 ) ( n = 2 0 5 )

D a y o f w e e k ( a r t i f i c i a l )

- - - - - - - - - - - -

A t m o s p h e r i c

0 5 0 0 u w i n d ( m s - 1 )

- - - - + 6

. 0

- 2

. 5

- - - -

0 5 0 0 v w i n d + 1

. 0

- 1

. 9 + 2

. 4

- 1

. 0 + 3

. 2

- 2

. 1

1 7 0 0 u w i n d

- - - - - - - - - - - -

1 7 0 0 v w i n d

- - - - - - - - + 0

. 9

- 3

. 8

m a x t e m p e r a t u r e a n o m a l y ( o C ) + 1

. 8

- 1

. 1 + 3

. 4

- 2

. 7 + 1

. 6

- 1

. 9

m i n t e m p e r a t u r e a n o m a l y

- 1

. 1 + 1

. 6

- 0

. 9 + 0

. 7

- 0

. 8 + 1

. 4

5 0 0 h P a h e i g h t ( g p m )

- - - - 5 7 5 9

. 6 5 6 4 2

. 2 5 7 6 6

. 9 5 7 0 3

. 4

S u r f a c e

P D S I ( d i m e n s i o n l e s s )

- - - - - - - - + 2

. 3 + 0

. 7

s o i l m o i s t u r e ( m m ) 1 8

. 2 3 7

. 5 5 9

. 1 8 1

. 9

- - - -

P

- P E

- - - - - 0

. 7 + 1 2

. 9

- - - -

l a s t p r e c i p i t a t i o n ( d a y s ) 1 4

. 1 5

. 9 2 5

. 2 1 1

. 7 2 1

. 4 1 0

. 1

S o n o r a ( n = 1 1 7 ) ( n = 1 3 1 ) ( n = 1 1 0 )

D a y o f w e e k ( a r t i f i c i a l )

- - - - 3

. 3 4

. 1

- - - -

A t m o s p h e r i c

0 5 0 0 u w i n d ( m s - 1 )

- - - - - - - - - - - -

0 5 0 0 v w i n d + 1

. 2

- 3

. 0 + 2

. 0

- 2

. 2 + 3

. 2

- 2

. 1

1 7 0 0 u w i n d

- - - - - - - - - - - -

1 7 0 0 v w i n d

- - - - - - - - - - - -

m a x t e m p e r a t u r e a n o m a l y ( o C ) + 2

. 5

- 1

. 8 + 4

. 0

- 2

. 2 + 2

. 0

- 2

. 2

m i n t e m p e r a t u r e a n o m a l y

- - - - - 1

. 6 + 0

. 1

- - - -

5 0 0 h P a h e i g h t ( g p m ) 5 8 2 9

. 5 5 7 4 1

. 9 5 7 5 8

. 9 5 6 4 0

. 4 5 8 0 6

. 7 5 6 8 3

. 6

S u r f a c e

P D S I ( d i m e n s i o n l e s s )

- - - - - 0

. 8 + 0

. 4

- 2

. 8 + 0

. 3

s o i l m o i s t u r e ( m m ) 2 0

. 7 4 7

. 1 6 2

. 5 8 9

. 3 1 5

. 3 7 0

. 2

P

- P E

- 3 8

. 5

- 1 2

. 1

- 7

. 1 + 1 1

. 7

- 6 1

. 5

- 3 8

. 1

l a s t p r e c i p i t a t i o n ( d a y s ) 1 4

. 1 7

. 0 3 1

. 3 1 3

. 4

- - - -T a b l e 2

. R e su l t s o f st e p w i se m u l t i p l e r e g r e ssi o n a n a l ysi s ( p

- va l u e ≤ 0

. 1 0 t o

e n t e r ) b y se a so n

, i n cl u d i n g t h e va r i a b l e s ch o s e n a n d t h e si g n a n d co e f f i ci e n t o f

d e t e r m i n a t i o n ( R 2 ) a sso ci a t e d w i t h e a ch v a r i a b l e

V a r i a b l e S i g n R 2 V a r i a b l e S i g n R 2

A r i zo n a F a l l ( n = 2 1 0 ) S o n o r a F a l l ( n = 1 1 7 )

m a x t e m p e r a t u r e a n o m a l y + 1 1

. 3 m a x t e m p e r a t u r e a n o m a l y + 2 1

. 5

1 7 0 0 u w i n d + 1 4

. 8 1 7 0 0 u w i n d + 2 6

. 9

d a y o f w e e k

- 1 5

. 8 0 5 0 0 v w i n d + 2 9

. 5

1 7 0 0 v w i n d + 1 6

. 8

A r i zo n a W i n t e r ( n = 1 8 0 ) S o n o r a W i n t e r ( n = 1 3 1 )

5 0 0 h P a h e i g h t + 3 0

. 7 5 0 0 h P a h e i g h t + 2 8

. 7

0 5 0 0 v w i n d + 3 2

. 6 0 5 0 0 v w i n d + 3 7

. 3

so i l m o i st u r e

- 3 3

. 9 P

- P E

- 4 0

. 8

A r i zo n a S p r i n g ( n = 2 0 5 ) S o n o r a S p r i n g ( n = 1 1 0 )

m a x t e m p e r a t u r e a n o m a l y + 1 1

. 6 m a x t e m p e r a t u r e a n o m a l y + 2 0

. 2

0 5 0 0 u w i n d + 2 1

. 9T a b l e 3

. L i n e a r co r r e l a t i o n c o e f f i ci e n t s f o r r e l a t i o n sh i p s b e t w e e n P M 1 0

co n ce n t r a t i o n s a n d m e a n a t m o sp h e r i c a n d su r f a ce ch a r a ct e r i st i cs b y se a so n f o r

t h e f u l l r e c o r d ( a l l ) a n d fo r o n l y h i g h P M 1 0 ( g r e a t e r t h a n m e a n ) a n d l o w P M 1 0 ( l e ss

t h a n m e a n ) e p i so d e s. S i g n i f i ca n t r e l a t i o n sh i p s ( p

- va l u e ≤ 0

. 1 0 ) a r e i n b o l d

. A r i zo n a S o n o r a

al l h i g h l o w al l h i g h l o w

F a l l ( n = 2 1 0 ) ( n = 1 1 7 )

at m os p he re 0. 37 0. 02 0. 29 0. 48 0. 36 0. 45

p

- v alu e 0. 00 0. 88 0. 00 0. 00 0. 01 0. 00

s urf ac e 0. 26 0. 03 0. 07 0. 24

- 0. 12 0. 19

p

- v alu e 0. 00 0. 79 0. 42 0. 01 0. 41 0. 13

W i n t e r ( n = 1 8 0 ) ( n = 1 3 1 )

at m os p he re 0. 45 0. 24 0. 38 0. 61 0. 27 0. 55

p

- v alu e 0. 00 0. 08 0. 00 0. 00 0. 08 0. 00

s urf ac e 0. 19 0. 15 0. 03 0. 11

- 0. 13 0. 23

p

- v alu e 0. 01 0. 24 0. 77 0. 20 0. 34 0. 05

S p r i n g (n = 205 ) (n = 110 )

at m os p he re 0. 41 0. 22 0. 48 0. 37

- 0. 11 0. 36

p

- v alu e 0. 00 0. 05 0. 00 0. 00 0. 53 0. 01

s urf ac e 0. 18 0. 00 0. 29 0. 22 0. 18 0. 14

p

- v alu e 0. 01 0. 99 0. 00 0. 02 0. 22 0. 27

T a b l e 4

. L i n e a r co r r e l a t i o n c o e f f i ci e n t s f o r r e l a t i o n sh i p s b e t w e e n d a i l y

d i f f e r e n ce s i n r e l a t i ve P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s ( S o n o r a m i n u s A r i zo n a )

a n d m e a n a t m o sp h e r i c a n d su r f a ce c h a r a ct e r i st i cs b y se a so n f o r

e p i so d e s o f h i g h P M 1 0 co n ce n t r a t i o n s ( g r e a t e r t h a n m e a n )

. S i g n i f i ca n t r e l a t i o n s h i p s ( p

- va l u e ≤ 0

. 1 0 ) a r e i n b o l d

. F al l W i n t er S p r i n g

(n = 45) (n = 37) (n = 36)

at m os p he re

- 0. 16

- 0. 18

- 0. 10

p

- v alu e 0. 33 0. 36 0. 59

s urf ac e

- 0. 34

- 0. 31 0. 09

p

- v alu e 0. 02 0. 06 0. 59