Development and evaluation of desert dust emission model
Creators: name: Κόντος, Σεραφείμ Ι.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2021
Subjects: Ερημική σκόνη
Μέση Ανατολή
ΝΕΜΟ
Εκπομπές
Desert dust
Middle East
NEMO
Emissions

description: The Phd Thesis aims on the development and the update of the dust module within the Natural Emissions MOdel for applications on arid and semi-arid areas. The new dust module incorporates all the recent, state-of-art parameterizations, related to the physical mechanisms of wind-blown dust emissions. The updated dust module enable the investigation of the differences originated from these parameterizations, in terms of dust emissions, as well the possibility to evaluate them and distinguish the best performing combination(s). This study focuses on: a) the investigation of the variations produced from the three main components of the dust emissions mechanism, namely the horizontal mass flux, the drag partition efficiency and the sandblasting efficiency and b) the evaluation of all possible combinations with these parameterizations. The above are implemented at the Central Middle East area, a region where these parameterizations are less studied, with significant dust sources and with available for evaluation data. The studied period selected is from April to June of 2015, where the dust events are more frequent. A total of 16 configurations with all possible combinations is utilized in order to investigate concretely the variations resulting from these parameterizations themselves. The first part focuses on the differences among the 16 simulations for each parameterization of interest is done, in terms of emissions fluxes with absolute and relative values. Maps that emphasize their spatial differences in CME are also utilized. The total emissions' budget is also calculated for all configurations. The final goal of this procedure is the quantification of their relative importance in terms of emissions, and their prioritization, creating a benchmark for future studies. The second part focuses on the evaluation of these 16 configurations and the distinction of the best performing configuration(s). Their assessment is realized qualitatively with the aid of the Aerosol Optical Depths at 550 nm and quantitatively on-site measurements of particulate matter concentrations for the days with significant dust events. For the quantitative assessment, two methods are applied in order to and concretely the best performing con guration(s): the application of a 50% acceptable level of uncertainty, utilizing all the common statistics and b) the fairmode method, which enables, apart from the quantitative assessment, the determination of the origins of the uncertainties.
description: Αντικείμενο της διατριβής αυτής είναι η μελέτη των παραμετροποιήσεων μοντελοποίησης της σκόνης από ερημικές και ημιερημικές περιοχές, μέσω της ανάπτυξης και αξιολόγησης μοντέλου φυσικών εκπομπών. Στο πλαίσιο του διδακτορικού αναπτύχθηκαν και επικαιροποιήθηκαν οι αλγόριθμοι μοντέλου φυσικών εκπομπών, το οποίο έχει αναπτυχθεί στο Εργαστήριο Φυσικής της Ατμόσφαιρας του Αριστοτέλειο Πανεπιστήμειο Θεσσαλονίκης., ώστε να αποδίδει και την παραγωγή ερημικής σκόνης. Οι παραμετροποίήσεις που αναπτύχθηκαν εφαρμόστηκαν στην περιοχή της Μέσης Ανατολής, προκειμένου να αναλυθούν οι διαφοροποιήσεις σε επίπεδο εκπομπών, καθώς και να αξιολογηθούν με τελικό σκοπό την ανεύρεση του βέλτιστου συνδυασμού(ων) παραμετροποιήσεων. Πραγματοποιήθηκε ανάλυση ευαισθησία ως προς τις τρεις βασικές συνιστώσες της μοντελοποίησης των εκπομπών σκόνης: 1) την οριζόντια ροή μάζας των σωματιδίων που πραγματοποιούν τις βαλλιστικές τροχιές, 2) το σχήμα διαχωρισμού της ροής ορμής προς το έδαφος και 3) τον συντελεστή αποδοτικότητας στην παραγωγή σκόνης. Μελετήθηκαν οι διαφοροποιήσεις των συνιστωσών, τόσο ως προς τις ροές εκπομπών, όσο και στις συνολικές εκπομπές με ένα σύνολο στατιστικών εργαλείων, ώστε να αποδωθούν σε απόλυτους αριθμούς, αλλά και ποσοστιαία, οι διαφοροποιήσεις ανάμεσα σε όλους τους δυνατούς συνδυασμούς των εφαρμοζόμενων παραμετροποιήσεων. Επιπλέον, πραγματοποιήθηκε προκαταρκτική μελέτη της έμμεσης επίδρασης της αποδιδόμενης κατανομής των σωματιδίων στις παρατηρούμενες διαφοροποιήσεις των εκπομπών ερημικής σκόνης λόγω των εφαρμοζόμενων παραμετροποιήσεων. Επιπρόσθετα, πραγματοποιήθηκαν προσομοιώσεις μεταφοράς και εναπόθεσης σκόνης για την περίοδο Απρίλιος-Ιούνιος 2015 στην κεντρική Μέση Ανατολή όλων των συνδυασμών των παραμετροποιήσεων εκπομπών σκόνης που υλοποιήθηκαν στην ανάλυση ευαισθησίας. Για την υλοποίηση αυτών, χρησιμοποιήθηκε συνδυασμός μετεωρολογικού και φωτοχημικού μοντέλου για τη μεταφορά και εναπόθεση της σκόνης. Τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων αξιολογήθηκαν ποιοτικά και ποσοτικά με τη βοήθεια των δορυφορικών δεδομένων οπτικού βάθους του και in-situ μετρήσεων αιωρούμενων σωματιδίων στη πόλη της Ντόχα. Πολλαπλά εργαλεία χρησιμόποιήθηκαν για την αξιολόγηση, με στόχο την συνέπεια των αποτελεσμάτων και την αναγνώριση των πηγών των σφαλμάτων. Συγκεκριμένα χρησιμοποιήθηκε η χωρική συσχέτιση του οπτικού βάθους για την αναγνώριση των πιο αντιπροσωπευτικών μοτίβων ανάμεσα στους εφαρμοζόμενους συνδυασμούς, συνήθη στατιστικά για την ποσοτικοποίηση των σφαλμάτων και την μέθοδο του fairmode, η οποία δίνει τη δυνατότητα εύρεσης της συσχέτισης των σφαλμάτων με συγκεκριμένες στατιστικές παραμέτρους.