Investigation of impacts of aerosols on Eastern Mediterranean region climate

Doğu Akdeniz Bölgesi artan nüfusu ve düşük çevresel performans göstergeleriyle çevre ve atmosfer bilimlerinde gün geçtikçe önem kazanmaktadır. Hava kirliliği, bölgedeki çevre kalitesini azaltan problemlerden biridir. Sahra tozunun uzun mesafeli taşınımı hava kirliliğine etki eden en önemli etkenlerden biridir. Bu tezin ilk bölümünde amaç, öncelikle mineral tozun partikül madde konsantrasyonları üzerindeki etkisini araştırmak, toz taşınımını modelleyerek, sonuçları uydu görüntüleri ve yer gözlemleri ile karşılaştırmak, aerosol optik değerleri belirlemek, tozun radyatif etkisini bir toz episoduyla karşılaştırmaktır. Çevre ve Şehircilik Bakanlığı'ndan İstanbul'daki 10 farklı istasyon için, 2004- 2010 yılları aralığı partikül madde verisi temin edilmiştir. Saatlik olarak alınan veri, günlük ortalamaya ve sonra da aylık ortalamaya çevrilmiştir. Günlük verilerin öncelikle Avrupa Komisyonu Standardı olan 50 g/m3'yi aşıp aşmadığı kontrol edilmiştir. İstanbul'da bahar ayında ortalama 49 gün, kış döneminde ortalama 45 gün, sonbaharda 41 gün sınırı aşmıştır. DREAM Model çıktılarına göre (Nickovic et al. 2001; Perez et al. 2006) yüksek PM10 konsantrasyonları mineral toz taşınımıyla önemli şekilde koraledir (23% kış ve 58% ilkbahar). Çalışmanın ilk kısmında RegCM4. 1 modeli Sahra tozunun etkilerini ayrıntılı şekilde incelemek amacıyla kullanılmıştır. 21-24 Mart 2008 tarihleri arasındaki periyotta, günlük ortalama partikül madde konsantrasyonları Marmara Bölgesi'nde 180 g/m3'ye ulaşmaktadır. Model sonuçları, PM10 konsantrasyonları ve uydu görüntüleriyle iyi şekilde korale çıkmıştır. RegCM4. 1 Mart 2008 episodunu iyi şekilde modellemiştir ve toz taşınımını uydu görüntülerine benzer şekilde gerçekleştirdiği gözlenmiştir. Ege ve Marmara Bölgeleri'ni yoğun şekilde etkileyen 23 Mart 2008 gününde, Ege'de günlük ortalama 102 g/m 3 ve Marmara'da 117. 3 g/m 3 PM10 konsantrasyonu ölçülmüştür. Ölçüm değerleri Çevre ve Şehircilik Bakanlığı'ndan elde edilmiştir. Model performansı AOD model çıktılarına ve AERONET gözlemlerine göre değerlendirilmiştir. Kontrol için Erdemli, Sivastopol ve Eilat istasyonları seçilmiştir. Gözlem ve model sonuçları korelasyon katsayısı 0 .6'dır. Aynı gün model çıktılarına göre Ege Bölgesi'nde 1.11 olarak hesaplanan AOD, Marmara Bölgesi için 0.87 olarak hesaplanmıştır. Ortalama kuru çökelme sırasıyla 201. 13 mg/m 2 ve 96.67 mg/m 2 olarak hesaplanırken, kolon derinliği 1009. 9 mg/m 2 ve 745. 37 mg/m 2 olarak hesaplanmıştır. Mineral toz taşınımı, tozun saçıcı özelliği nedeniyle ayrıca radyatif güdümlemeyi de etkilemektedir. Kısa dalga boylu radyasyon yüzeyde ve atmosferin tepesinde, Ege Bölgesi'nde 71.4 W/m2 ve 33 W/m2 azalırken, Marmara Bölgesi'nde 61.9 W/m2 ve 28.8 W/m2 azalmaktadır. Uzun dalga boylu radyasyon yüzeyde ve atmosfer tepesinde Ege Bölgesi'nde 10.7 W/m2 ve 4.4 W/m2 artarken, Marmara Bölgesi'nde and 6.9 W/m2 ve 4 W/m2 artmaktadır. Bu çalışmada Türkiye'nin batısında etkili olmuş bir episot için atmosferik özellikler ve radyatif güdümleme incelenmiştir. Bu çalışmanın ikinci aşaması, mineral tozların iklim üzerine etkisinin değerlendirilmesidir. Sahra'dan gelen mineral tozların iklim üzerine önemli etkisi bulunmaktadır. Mineral tozlar özellikle saçıcı özelliğe sahip oldukları için gelen radyasyonun bir kısmının geri yansıtılmasına ve dolayısıyla sıcaklıkların azalmasına sebep olmaktadır. Öte yandan Sahra'dan tozun taşınması meteorolojik koşullara bağlıdır. Dolayısıyla iklim değişikliği de mineral toz kaynaklarını ve taşınım yollarını etkileyebilmektedir. Bu nedenle geri besleme mekanizması çift yönlü değerlendirilmelidir. Çalışmanın ikinci aşamasının amacı, mineral tozların Akdeniz iklimi üzerine etkisinin değerlendirilmesidir. Bu etkiyi değerlendirmek için, bölgesel iklim modeli RegCM4. 1 ile 10 senelik 3 ayrı dönemin (1991-2000, 2041 -2050, ve 2091 -2100) simülasyonu yapılmıştır. Her bir dönem ayrı ayrı toz içeren ve içermeyen durumlar için çalıştırılmıştır. Model domaini bütün Akdeniz Bölgesi'ni içermektedir. Model sınırları Sahra Çölü 25 kuzey enleminden, Kuzey Avrupa'da 50 kuzey enlemine kadar, batıda 15 , doğuda 45 boylamına kadardır. Yatayda çözünürlük 27 km x 27 km, dikeyde 18 sigma seviyesidir. Atmosfer tepesi 50 hPa'dır. Model başlangıç ve sınır koşulları ECHAM 5 simülasyonları A1B senaryosu simülasyonlarından alınmıştır. A1B senaryosu bütün enerji kaynaklarının dengeli kullanıldığı bir senaryodur. Toz bütçesinin genişlemesine bir analizi için, yüzey emisyonları, kolon yükü, çökelme, aerosol optik derinlik üzerine her dönem için detaylı bir araştırma yapılmıştır. Gelecekteki iklim için ortaya konulan sonuçları referans periyotla kıyaslayınca, gelecekteki dönemde toz emisyonlarının daha güneye doğru kaydığı gözlenmiştir. Domainin güney bölümünde emisyonların 2041- 2050 döneminde %15, 2091- 2100 döneminde %20 arttığı görülmektedir. Bu durum yüzey rüzgarlarının genel paterninin değişmesinden kaynaklanmaktadır. Rüzgarlar aşağı enlemlerde güçlenir. Bu da özellikle Azor antisiklonlarının kuzeye doğru kayarak güçlenmesinden kaynaklanır. Bu durum toz yükünün domainin batısında %8 artmasına, Doğu Akdeniz'de %10 azalmasına sebep olmaktadır. Kolon yükü ayrıca aerosol optik derinliği ve toz radyatif güdümlemeyi de etkilemektedir. 2041- 2050 döneminde Batı Akdeniz'de aerosol optik derinlik % 15 artarken, Doğu Akdeniz'de %10 azalmaktadır. 2091- 2100 döneminde de benzer değişiklik görülmektedir. Tozun net radyasyon bütçesi üzerinde etkisi her 10 yıllık periyotta tozun dahil olduğu ve olmadığı durumlar için değerlendirilmiştir. Yüzeyde kısa dalga boylu net radyasyon, tozun kaynağı olan Sahra bölgesinde 20 W/m2 kadar azalırken, Güney Avrupa ve Akdeniz Bölgesi'nde 8 W/m2 kadar artmıştır. Kısa dalga boylu net radyasyon atmosferin tepesinde 3 W/m2 kadar azalmıştır. Benzer şekilde 10 yıllık dönemler için sıcaklık ve yağış değişiklikleri de incelenmiştir. Tozun her dönemde Avrupa üzerinde 0.2 C sıcaklık azalmasına, Afrika üzerinde 0.5 C sıcaklık azalmasına sebep olacağı görülmüştür. Yağışta 3 dönem için de anlamlı bir değişiklik olmamıştır.