Atmospheric Chemistry in the Mediterranean Region
Volume 1 - Background Information and Pollutant Distribution
- 2023
- Buch
- Herausgegeben von
- François Dulac
- Stéphane Sauvage
- Eric Hamonou
- Verlag
- Springer International Publishing
Über dieses Buch
Dieses zweibändige Werk bietet einen umfassenden Überblick über die reichhaltige Literatur der Vergangenheit und der jüngsten Zeit zur atmosphärischen Chemie im Mittelmeerraum. Die Bücher dokumentieren die Erfahrungen, die nach fast sechs Jahrzehnten Studien über die Zusammensetzung der Atmosphäre über dem Mittelmeerbecken und den angrenzenden Gebieten gewonnen wurden, angefangen bei frühen Studien über radioaktive Aerosolausfälle und intensive Wüstenstaubereignisse in den 1960er Jahren, über Aerosolproben, die während ozeanographischer Kreuzfahrten Anfang der 1980er Jahre gesammelt wurden, bis hin zu Entdeckungen aus nachfolgenden Oberflächenüberwachungsstationen, intensiven Kampagnen, Satellitenklimatologien, Laborstudien sowie Chemie-Transport- und Klimamodellen. In zehn thematischen Abschnitten untersuchen die Autoren die Quellen und Schicksale von Luftschadstoffen im Mittelmeerraum und was wir über ihre wesentlichen Auswirkungen auf Luftqualität und Gesundheit, auf Strahlungsbudget und Klima, auf die Meereschemie und Biogeochemie wissen. Dieser Überblick berücksichtigt nicht nur den vollständigen Zyklus sowohl von Aerosolen als auch von reaktiven Gasen einschließlich Emissionen, Transport, Transformation und Senken, sondern behandelt auch die wichtigsten Auswirkungen der regionalen Atmosphärenchemie. Die Bände sind eine Initiative des endenden ChArMEx-Projekts, das in den letzten zehn Jahren viele Studien zu diesen Themen zusammengeführt hat und die wissenschaftlichen Erkenntnisse durch Integration der ChArMEx- und Nicht-ChArMEx-Literatur aktualisiert hat. Die Bücher stammen von einem großen Pool bekannter Autoren aus den jeweiligen Fachbereichen, vor allem aus Frankreich und Griechenland, aber auch aus vierzehn weiteren Ländern. Alle Kapitel wurden von internationalen wissenschaftlichen Experten in den entsprechenden Bereichen begutachtet. Band 1 bietet Hintergrundinformationen zur Mittelmeeratmosphäre und konzentriert sich auf die synoptischen und dynamischen Bedingungen, die die Schadstoffkonzentrationen im Mittelmeerbecken, Aerosolkonzentrationen und -variabilität sowie reaktive Gaskonzentrationen und -variabilität beeinflussen. Zielgruppe ist die akademische Gemeinschaft, die sich mit der Atmosphärenchemie und ihren Auswirkungen auf Klima, Luftqualität und marine Biogeochemie beschäftigt, insbesondere Teams, die ein besonderes Interesse an der Mittelmeerregion haben, zu der viele Länder und Institute weltweit gehören.
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Über dieses Buch
This two-volume set provides an extensive review of the abundant past and recent literature on the atmospheric chemistry in the Mediterranean region. The books document the experience gained on the atmospheric composition over the Mediterranean basin and close areas after almost six decades of studies, starting from early studies of radioactive aerosol fallouts and intense desert dust events in the 1960s, aerosol samples collected during oceanographic cruises in the early 1980s and including discoveries from subsequent surface monitoring stations, intensive campaigns, satellite climatologies, laboratory studies, as well as chemistry-transport and climate models. Through ten thematic sections, the authors examine the sources and fates of atmospheric pollutants over the Mediterranean basin and what we know about their major impacts on air quality and health, on the radiative budget and climate, on marine chemistry and biogeochemistry. This overview not only considers the full cycle of both aerosol and reactive gases including emissions, transport, transformation, and sinks, but also addresses the main impacts of the regional atmospheric chemistry. The volumes are an initiative from the ending ChArMEx project that has federated many studies on those topics in the past decade, and update the scientific knowledge by integrating the ChArMEx and non-ChArMEx literature. The books are contributed by a large pool of well-known authors from the respective fields, mainly from France and Greece, but also from fourteen other countries. All chapters have been peer-reviewed by international scientific experts in the corresponding domains.
Volume 1 provides background information on the Mediterranean atmosphere, and focuses on the synoptic and dynamic conditions affecting pollutant concentrations over the Mediterranean basin, aerosol concentrations and variability, and reactive gas concentrations and variability. The targeted audience is the academic community working on atmospheric chemistry and its impacts on climate, air quality and marine biogeochemistry, especially teams having a special interest in the Mediterranean region, which includes many countries and institutes worldwide.
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Inhaltsverzeichnis
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Frontmatter
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Introduction to Volume 1 of Atmospheric Chemistry in the Mediterranean Region and to the Experimental Effort During the ChArMEx Decade
François Dulac, Eric Hamonou, Stéphane Sauvage, Cécile DebevecDieses Kapitel konzentriert sich auf das Chemistry-Aerosol Mediterranean Experiment (ChArMEx), eine jahrzehntelange Forschungsinitiative zum Verständnis der atmosphärischen Chemie im Mittelmeerraum. Er beschreibt die umfangreichen Beobachtungsbemühungen, einschließlich Bodenstationen, regionaler Feldkampagnen und Luftmessungen. Das Kapitel beleuchtet auch die Zusammenarbeit mit anderen Forschungsprojekten und die bedeutenden Fortschritte beim Verständnis der komplexen atmosphärischen Prozesse im Mittelmeerraum. Die während ChArMEx gesammelten Beobachtungsdaten haben wertvolle Erkenntnisse über die Quellen, den Transport und die Auswirkungen von Luftschadstoffen geliefert und zu einem besseren Verständnis des regionalen Klimas und der Ökosysteme beigetragen.KI-Generiert
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AbstractThis chapter is a general introduction to this book in two volumes on atmospheric chemistry and its impacts on the Mediterranean region. We summarize the various topics addressed in Vol. 1, which is structured in four different sections that respectively address: (I) the general context and background information, including climate and anthropogenic pressures; (II) the regional dynamics and their relation with atmospheric pollution with a focus on the highly polluted summer season; (III) aerosol distribution and variability from the diurnal scale to long-term trends, including the consideration of radionuclides and a history of aerosol observations in the region; and (IV) the reactive gas distribution and variability, including ozone, inorganic aerosol precursors, and organic gases. A concluding chapter summarizes the main conclusions from the different chapters and draws recommendations for future research. The second volume content, focusing on regional emissions, chemical processes, aerosol properties, deposition, and air pollution impact, is briefly described. Finally, we highlight the unprecedented experimental field effort deployed during the Chemistry-Aerosol Mediterranean Experiment (ChArMEx) period (2010–2020), from which many recent results are issued in the book. The ChArMEx-related and -federated field operations in the Mediterranean region are illustrated by maps presented in the book Appendix. -
Part I
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Frontmatter
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The Scientific Importance of Atmospheric Reactive Gases and Aerosols and the Particular Case of the Mediterranean Region
François Dulac, Stéphane Sauvage, Eric Hamonou, Uri DayanIn diesem Kapitel wird die entscheidende Rolle reaktiver Gase und Aerosole in der Atmosphäre diskutiert und ihre Auswirkungen auf Luftqualität und Klima hervorgehoben. Sie konzentriert sich auf den Mittelmeerraum, der aufgrund seiner einzigartigen geografischen und klimatischen Bedingungen als eindeutige Fallstudie dient. Der Text untersucht die verschiedenen Quellen und Transportprozesse dieser Schadstoffe, ihre chemischen Umwandlungen und ihre signifikanten Auswirkungen auf Gesundheit, Ökosysteme und Klima. Die hohe Umweltbelastung des Mittelmeeres und die Komplexität seiner atmosphärischen Chemie machen es zu einem kritischen Bereich für weitere Studien und zum Verständnis.KI-Generiert
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AbstractChemistry of the lower Earth’s atmosphere is subject to intensive research because it is recognized as an important component of the Earth system, especially at the regional scale, impacting human health and mortality, the regional climate, visibility, building materials, terrestrial ecosystems, as well as freshwater and marine aquatic ecosystems. It is also deeply related to anthropogenic pressure, especially in a climate change context. Air quality studies over the Mediterranean region show relatively high levels of atmospheric particulate matter (PM) and tropospheric ozone compared with northern and central regions of Europe. Both anthropogenic (transport sector, industrial processes, energy production, biomass burning, among others) and natural (African dust, resuspension, sea spray, forest fires, living vegetation, bio-secondary organic compounds) emissions, as well as orographic and climatic factors, contribute to making the specificity of the Mediterranean atmospheric environment. High levels of atmospheric background concentrations of pollutants are observed, and impacts of air pollution on climate, health, and ecosystems are already of concern and could still increase in the future. -
The Climate of the Mediterranean Region and Future Projections in Relation to Air Quality Issues
Filippo Giorgi, Francesca RaffaeleDas Kapitel befasst sich mit dem einzigartigen Klima des Mittelmeerraums, das durch einen ausgeprägten saisonalen Zyklus und komplexe morphologische Merkmale gekennzeichnet ist, die atmosphärische Prozesse beeinflussen. Sie unterstreicht die Rolle regionaler Kreisläufe und Klimaschwankungen bei der Bestimmung von Temperatur, Niederschlag und Windmustern, die für die Luftqualität entscheidend sind. Die Studie untersucht auch zukünftige Prognosen zum Klimawandel, die auf einen Trend hin zu wärmeren und trockeneren Bedingungen hindeuten, insbesondere während des Sommers, was die Luftverschmutzung verschärfen könnte. Die Analyse basiert auf einem beispiellosen Zusammenspiel hochauflösender Klimaprojektionen, die wertvolle Einblicke in die Zukunft des Mittelmeerklimas und seine Auswirkungen auf die Luftqualität bieten.KI-Generiert
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AbstractThis chapter first reviews some of the basic aspects of the climate of the Mediterranean based on observational datasets. Then climate projections for the mid-twenty-first century are presented, based on the latest generation of high resolution (grid spacing of ~12 km) regional climate projections. The emphasis is on variables that may be of interest for air pollution application, such as sub-regional wind regimes, surface air temperature, heat waves, daily precipitation frequency and intensity. It is shown how climate change may actually exacerbate air pollution issues already existing in the region. -
The Mediterranean Atmosphere Under Anthropogenic Pressures
Jean-François DoussinDas Mittelmeer, das von drei Kontinenten umgeben und reich an historischer und kultureller Bedeutung ist, erlebt eine rasche Urbanisierung und Industrialisierung. Mit einer Bevölkerung von über 500 Millionen Menschen und wachsendem Tourismus steht die Region vor erheblichen Herausforderungen hinsichtlich der Luftqualität. Dieses Kapitel untersucht die Auswirkungen menschlicher Aktivitäten auf die Mittelmeeratmosphäre und konzentriert sich dabei auf Industrieemissionen, Schiffsverkehr und Waldbrände. Außerdem wird der Einsatz von Satellitenfernerkundung zur Überwachung von Luftschadstoffen und die einzigartigen Anfälligkeiten des Mittelmeerbeckens gegenüber diesen Belastungen diskutiert. Das Kapitel schließt mit der Betonung der dringenden Notwendigkeit nachhaltiger Entwicklung und regulatorischer Maßnahmen, um die negativen Auswirkungen anthropogener Aktivitäten auf die Atmosphäre der Region abzumildern.KI-Generiert
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AbstractBeing, at the same time, a crossroads, a settlement territory, production and transformation area, and a leisure place, the Mediterranean basin is threatened by intense anthropic pressure. For millenaries, human activities clearly impact all the compartments of the Mediterranean environment, from soils to fresh water, from sea to biosphere, or from the critical zone (The critical zone covers the thin outer layer of Earth’s surface, extending from the top of the vegetation canopy down to the groundwater, involving a mix of biological, physical, and chemical processes) to the atmosphere. In this overview chapter, as an introduction to more detailed and better-targeted chapters of this book, we consider the various human activities with a perspective on their effects on the atmospheric compartment, and so their impact on air quality and regional climate. In a bottom-up approach, we describe the extent of the urbanization processes, the industry and ship emissions to the atmosphere, and the dynamics of the primary extraction activities and tourism activities. In addition, we illustrate how much the increased occurrence of wildfires is linked to anthropogenic forcings and discuss the impact of wildfires on both air quality and climate. Finally, integrating this information, we show how the effects of this large-scale air pollution can be effectively detected and monitored from space.
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Part II
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General Atmospheric Conditions and Macroscale Processes
Uri DayanDas Kapitel geht den atmosphärischen Bedingungen nach, die die Schadstoffkonzentrationen im Mittelmeerraum während des Sommers beeinflussen, und betont die Konvergenz natürlicher und menschengemachter Faktoren, die die Anhäufung von Schadstoffen begünstigen. Er diskutiert die makroskaligen Prozesse, einschließlich der Hadley- und Walker-Zirkulation, und die Nordatlantische Oszillation (NAO), die den Transport und die Ausbreitung von Schadstoffen erheblich beeinflusst. Der Einfluss der NAO auf Spurengase, Feinstaub und Treibhausgase wird hervorgehoben und seine Rolle bei der Kontrolle atmosphärischer Verschmutzungsmuster im Mittelmeerraum aufgezeigt. Das Kapitel untersucht auch die jahreszeitlichen Schwankungen und Abhängigkeiten dieser Prozesse und liefert wertvolle Einsichten in die komplexe Dynamik der Luftverschmutzung in der Region.KI-Generiert
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AbstractThe most relevant teleconnection pattern influencing the Mediterranean basin (MB) is the North Atlantic Oscillation (NAO), which affects not only climatic conditions but also climatic-derived conditions such as air pollutant transport and dispersion. A positive relationship between concentrations of greenhouse gases (GHG) and the NAO is described. Furthermore, studies relating the NAO index (NAOI) and wet deposition over the MB found that negative NAOI years coincide with a predominantly meridional flow leading to more sulfate deposition over the northern Mediterranean as compared to positive NAOI years characterized by a zonal flow and less pollution. Another macroscale process affecting the MB is the dynamical subsidence generated by global-scale processes. Both mechanisms, the African monsoon, as part of the Hadley cell, and the Asian monsoon, as part of the Walker circulation, act in concert and affect mainly the eastern MB as reflected in the much lower lid separating the top of the surface layer and the base of the downdraft of the subsiding air masses. They make the mixing layer shallower and therefore confine the vertical dispersion of trace gases compared to the mixing layer characterizing the western MB. A description of this process based on a few available articles is presented. -
Synoptic Scale Circulation and Mesoscale Processes
Uri DayanDas Kapitel vertieft sich in die komplizierten synoptischen Zirkulationsmuster im Mittelmeerraum, die von orographischen Merkmalen und synoptischen Systemen beeinflusst werden. Er diskutiert die unterschiedlichen Luftmassen und Windkomponenten in verschiedenen Höhen und betont die Rolle des Persischen Trogs und des Afrikanischen Monsuns bei der Schaffung anhaltender atmosphärischer Bedingungen. Darüber hinaus untersucht das Kapitel mesoskalige Prozesse wie Meeresbrise und Kreislauf, die erhebliche Auswirkungen auf Küstenmeteorologie und Luftverschmutzung haben. Auch die Tiefe der Mischschicht und ihre Variabilität werden untersucht und ihre entscheidende Rolle bei der atmosphärischen Dispersion und dem Transport von Schadstoffen hervorgehoben. Das Kapitel schließt mit Empfehlungen für die weitere Erforschung dieser komplexen atmosphärischen Dynamik.KI-Generiert
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AbstractThe summer synoptic systems point to a surface pressure gradient in a zonal cross-section above the Mediterranean basin (MB). This pattern results in a north-westerly wind over the central and eastern MB and a north-easterly flow over its western parts. In the western Mediterranean basin (WMB) upper troposphere, air masses come from the west, but in the eastern Mediterranean basin (EMB), they originate in northern Africa, the Arabian Peninsula, and Asia. The EMB is affected by cold advection in shallow tropospheric layers and dynamic subsidence generated by the descending branch of the Hadley cell and the Asian monsoon. The WMB during this season is under the influence of the eastward extension of the Azores high capped by the subtropical high aloft. The wind field in the MB at lower atmospheric levels is dominated by thermally driven processes favoring the development of land and sea breezes (LSB). Poor dispersion conditions surrounding this basin, i.e., stagnation and recirculation, are presented. From a mesoscale perspective, we point to the mixed-layer depth (MLD) variation role in controlling the dispersion of contaminants. Few key studies analyzing the spatial variations of the MLD in coastal areas surrounding and above the MB are presented. -
Long-Range and Vertical Transport, Troposphere–Stratosphere Exchange
Uri DayanDieses Kapitel vertieft die komplexe Dynamik des Langstrecken- und Vertikaltransports von Schadstoffen, mit besonderem Schwerpunkt auf dem Mittelmeerraum. Er diskutiert das historische Verständnis der weit reichenden grenzüberschreitenden Luftverschmutzung und die Gründung des Übereinkommens über weiträumige grenzüberschreitende Luftverschmutzung. Der Text untersucht den Transport von Schadstoffen über große Entfernungen und ihren anschließenden Einfluss auf Regionen, die weit entfernt von ihren Ursprungsgebieten liegen. Er beleuchtet die verschiedenen Lebensdauer von Schadstoffen in der Atmosphäre, wie troposphärisches Ozon und partikuläres Sulfat, und die Faktoren, die ihre Entfernungsraten beeinflussen. Das Kapitel untersucht auch die Rolle wichtiger Zirkulationssysteme, einschließlich des Asiatischen Monsuns, beim Transport von Spurengasen in hohen atmosphärischen Schichten. Darüber hinaus untersucht es den Austausch zwischen Stratosphäre und Troposphäre, einen wesentlichen atmosphärischen Prozess, der den Transport verschmutzter Luftmassen über die Tropopause ermöglicht. Der Text schließt mit Empfehlungen für weitere Forschungen und Kampagnen, um diese komplexen atmosphärischen Prozesse besser zu verstehen.KI-Generiert
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AbstractMost long-range transport (LRT) models use a Lagrangian approach in which air mass trajectory shows the pathway of an air parcel having vertical and horizontal dispersion. The climatology of the flow within the boundary layer in the western Mediterranean (WM) obtained by two trajectory models yielded similar results. An airflow pattern performed over the eastern Mediterranean (EM) revealed five major source regions with the highest frequency originating from the north-western sector. Other flow climatology studies over Greece and Turkey during summer revealed consistent results indicating that these predominant flow directions point to central and north-eastern Europe as potential source regions. The LRT conditions in the upper troposphere differ between the EM and WM. In the western part, whatever the season is considered, air masses are basically coming from the west. However, in the EM, apart from the westerlies’ influence, air masses are also originating from Asia, as evidenced in a study as part of the Chemistry-Aerosol Mediterranean Experiment (ChArMEx), using satellite measurements and model simulations. From a vertical transport perspective, evidence has been shown on stratosphere–troposphere exchange (STE), pointing to some dynamic factors that favor such a cross-tropopause transport over the eastern Mediterranean in summer.
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Part III
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History of Mediterranean Aerosol Observations
François Dulac, Nikolaos Mihalopoulos, Dimitris G. Kaskaoutis, Xavier Querol, Alcide di Sarra, Olivier Masson, Jorge Pey, Jean Sciare, Michael SicardDas Kapitel vertieft sich in die Geschichte mediterraner Aerosolbeobachtungen, beginnend mit der ersten Überwachung von Aerosolkonzentrationen und -ablagerungen in den 1960er Jahren. Es umfasst die Entwicklung von Beobachtungstechniken von Oberflächenmessungen über luftgestützte und Fernerkundungsmethoden bis hin zu Weltraumbeobachtungen. Das Kapitel diskutiert auch die Auswirkungen von Wüstenstaub und anderen Aerosolen auf Klima, Sichtbarkeit, Gesundheit und Ökosysteme und beleuchtet wichtige Forschungsprogramme und Kampagnen, die zu unserem Verständnis der Aerosoleigenschaften und ihrer Variabilität im Mittelmeerraum beigetragen haben.KI-Generiert
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AbstractThe Mediterranean is a crossroad region for different air masses and, therefore, of many contrasted aerosol types. It has been a natural laboratory to study their long-range transport, the formation of secondary particles from gaseous precursors, the effects of aerosols on the local and regional radiation budgets, and their consequences on air quality, atmospheric dynamics, clouds, precipitation, and climate. This chapter reviews the evolution of observational studies on tropospheric aerosols over the Mediterranean basin and surrounding areas after almost six decades of research. The dispersion of radionuclides following worldwide atmospheric nuclear bomb tests and then intense desert dust episodes were the motivations of the first studies in the 1960s. Our historical perspective describes the evolution of observation strategies in the Mediterranean region. It reflects to what extent the development of new instruments and observation strategies, or the expansion of high quality-high resolution remote sensing data, has contributed to our knowledge of aerosol phenomenology in this region. We review actions including intensive land and cruise field campaigns, surface monitoring stations, air quality studies, ground-based aerosol networks with a special focus on AERONET, satellite surveys, and finally, address aerosol speciation and health impacts. -
Chemical Composition and Levels of Concentrations of Aerosols in the Mediterranean
Dimitris G. Kaskaoutis, Eleni Liakakou, Georgios Grivas, Evangelos Gerasopoulos, Nikolaos Mihalopoulos, Andrés Alastuey, François Dulac, Marco Pandolfi, Jean Sciare, Gloria TitosDas Kapitel befasst sich mit der chemischen Zusammensetzung und Konzentration von Aerosolen im Mittelmeerraum und konzentriert sich dabei auf Feinstaubkategorien wie PM10, PM2,5, PM1 und PM0.1. Es bewertet die Unterschiede bei den Massenkonzentrationen zwischen städtischen, verkehrlichen, unterirdischen, maritimen und kontinentalen Standorten und hebt die Auswirkungen städtischer Emissionen und der Staubabscheidung auf der Straße hervor. Die Studie untersucht auch den Einfluss des Saharastaubs auf die Feinstaubkonzentration, insbesondere im östlichen Mittelmeer, und diskutiert die jahreszeitlichen Schwankungen und Quellen der Feinstaubkonzentrationen. Darüber hinaus bietet es Einblicke in die chemische Zusammensetzung von PM, einschließlich anorganischer Arten wie Sulfat, Nitrat und Ammonium sowie organischer Aerosole. Das Kapitel schließt mit der Betonung der Notwendigkeit einer weiteren Regulierung der PM-Konzentrationen, um die Luftqualität in der Region zu verbessern.KI-Generiert
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AbstractThe Mediterranean basin is a climate-sensitive region of particular interest for examining atmospheric aerosols and their chemical composition due to the large variety of source regions, contrasting air masses, and mixing processes between anthropogenic emissions, sea salt, and desert dust. Apart from the major contribution of mineral and desert dust, the coastal urban areas are important sources of anthropogenic aerosols. Systematic measurements of aerosol composition and levels have been conducted across the Mediterranean at urban, rural, background, and remote sites during the last decades. This chapter summarizes the results from several studies and intensive campaigns dealing with systematic monitoring of aerosol concentrations and chemical composition over the Mediterranean, mainly during the last 20 years. The main objectives are to shed light on (i) the particulate matter, carbonaceous-aerosol, inorganic species, and trace-metal concentrations, (ii) the aerosol chemical composition and source apportionment, (iv) the influence of dust on aerosol loading and composition, and (v) to provide a comparison between sites from various parts of the Mediterranean basin. -
Diurnal to Seasonal Variability of Aerosols Above the Mediterranean
Dimitris G. Kaskaoutis, Iasonas Stavroulas, Aikaterini Bougiatioti, Evangelos Gerasopoulos, Nikolaos Mihalopoulos, Andrés Alastuey, Maria Cruz Minguillón, Alireza Rashki, Jean Sciare, Gloria TitosDas Kapitel befasst sich mit der komplexen Dynamik von Aerosolen über dem Mittelmeer, angetrieben von verschiedenen Quellen wie Wüstenstaub, anthropogenen Schadstoffen, marinen Aerosolen und der Verbrennung von Biomasse. Anhand von Satellitendaten, insbesondere von MODIS, zeigt es deutliche saisonale Muster in der optischen Tiefe von Aerosolen (AOD) mit höheren Werten im Sommer und Frühjahr und niedrigeren Werten im Herbst und Winter. Die Studie untersucht auch die saisonale Variabilität von PM-Konzentrationen und kohlenstoffhaltigen Aerosolen, die im Winter aufgrund erhöhter anthropogener Emissionen und geringerer Grenzschichthöhen höhere Werte aufweisen. Das Kapitel unterstreicht die Bedeutung dieser Muster für das Verständnis der regionalen Luftqualität und des Klimas und macht sie zu einer wertvollen Ressource für Umwelt- und Atmosphärenforscher.KI-Generiert
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AbstractThis section analyses the temporal evolution (from diurnal to seasonal time scales) of atmospheric aerosols and their chemical composition in order to examine and compare the variations in aerosol characteristics from the near surface to the vertical column at different sites across the Mediterranean. Examining the seasonality and diurnal cycles of the aerosol optical, physical and chemical properties could provide evidence of the relative strength of the various emission sources, the mixing processes in the atmosphere, and boundary-layer dynamics that affect the amount and composition of aerosols near the surface. This chapter provides an overview of the seasonality in columnar aerosols, including dust over the whole Mediterranean basin based on satellite observations, as well as the diurnal to seasonal variability of the near-surface (in-situ) aerosol concentrations and chemical composition at regional background, urban, and remote sites across the Mediterranean. -
Interannual Variability and Long-Term Trends of Aerosols Above the Mediterranean
Dimitris G. Kaskaoutis, Eleni Liakakou, Georgios Grivas, Evangelos Gerasopoulos, Nikolaos Mihalopoulos, Andrés Alastuey, François Dulac, Umesh C. Dumka, Marco Pandolfi, Michael Pikridas, Jean Sciare, Gloria TitosDieses Kapitel untersucht die interjährliche Variabilität und langfristigen Trends von Aerosolen über dem Mittelmeer und hebt den signifikanten Rückgang der PM-Konzentrationen und der säulenförmigen optischen Tiefe (AOD) in den letzten Jahrzehnten hervor. Die Analyse deckt Trends bei oberflächlichen PM-Konzentrationen, kohlenstoffhaltigen und anorganischen Aerosolen, Haupt- und Spurenelementen sowie Staub-Aerosolen ab. Insbesondere wird der Rückgang der Aerosole auf gesetzgeberische Maßnahmen zur Verringerung der Luftverschmutzung und der anthropogenen Emissionen zurückgeführt. Das Kapitel untersucht auch den Einfluss natürlicher Quellen wie Wüstenstaub auf den Aerosolgehalt. Satelliten- und in-situ-Beobachtungen liefern solide Beweise für diese Trends, was dieses Kapitel zu einer wertvollen Ressource für das Verständnis der komplexen Dynamik der Aerosolverschmutzung im Mittelmeerraum macht.KI-Generiert
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AbstractThe main aim of this chapter is to review the trends in PM concentrations and chemical composition in carbonaceous and inorganic aerosols and trace elements at contrasting environments (urban, regional background, and remote sites) across the Mediterranean basin. Long-term observations at some stations allow the detection of changes in atmospheric composition resulting from either natural or anthropogenic emissions, but also atmospheric processes and sinks. Long-term variability and trends in dust activity over the Mediterranean are also discussed, which strongly affect the interannual variation of the columnar aerosol optical depth. The reduction in anthropogenic emissions as a result of several legislation policies in the European countries is highlighted in most studies, while a debate still exists to apportion the declining trends in total aerosol loading over the Mediterranean among the reduction in anthropogenic emissions and changes in dust activity. -
Anthropogenic and Natural Radionuclides in the Mediterranean Atmospheric System
Olivier Masson, Gaël Leroux, Laurent PourcelotDas Kapitel befasst sich mit der Dynamik künstlicher und natürlicher Radionuklide innerhalb des atmosphärischen Systems des Mittelmeeres, beginnend mit dem historischen Kontext der künstlichen Radionuklidverbreitung bei Atomwaffentests und Unfällen wie Tschernobyl. Es werden die jahreszeitlichen Muster und Ablagerungsprozesse von Radionukliden wie Cäsium-137 und Beryllium-7 diskutiert, wobei die Verschiebung von stratosphärischen zu terrestrischen Quellen hervorgehoben wird. Der Text untersucht auch die Auswirkungen des Klimawandels und extremer Wetterereignisse auf den Radionuklidgehalt, einschließlich der Rolle von Staubausbrüchen und Waldbränden in der Sahara. Abschließend wird die Notwendigkeit weiterer Forschungen über Radionuklidtransporte und den Beitrag lokaler gegenüber weit entfernter Quellen zu den Radionuklidkonzentrationen in der Luft hervorgehoben.KI-Generiert
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AbstractTo better understand the transport of pollutants and nutrients by atmospheric particles in the Mediterranean area, there is a need to use and develop independent geochemical tracers to determine particle origins and transfer processes. Radionuclides, either natural or anthropogenic, are specifically adequate for this issue. When released into the atmosphere, some of them are rapidly bound to submicronic aerosols, also carriers of chemical pollutants. Here, we discuss the sources and sinks of radionuclides as tracers of atmospheric processes in the Mediterranean area. This region is highly sensitive to climate change, which will favor already marked featured processes encountered in this area: dust resuspension, wildfires, and biogenic emissions. Naturally occurring radionuclides such as 22Na and 7Be can be used to track atmospheric downdrafts and stratosphere to troposphere exchanges. Primordial radionuclides (uranium, thorium, and their decay products) originating from the earth’s crust and mantle can enter the atmosphere as particles, and their isotopic or activity ratios can help to discriminate between source locations. Additionally, formerly deposited anthropogenic radionuclide-labeled aerosols can be reemitted or resuspended into the atmosphere on a regular basis at a short scale or during paroxystic outbreaks at a large scale, especially during large wildfires and seasonal pollen emissions.
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Part IV
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Ozone in the Mediterranean Atmosphere
Pavlos Kalabokas, Prodromos Zanis, Dimitris Akritidis, Aristeidis K. Georgoulias, John Kapsomenakis, Christos S. Zerefos, Gaëlle Dufour, Audrey Gaudel, Pasquale Sellitto, Alexandre Armengaud, Gérard Ancellet, François Gheusi, François DulacDas Mittelmeerbecken dient als Drehscheibe für Luftmassen mit unterschiedlichen chemischen Eigenschaften, was zu intensiver photochemischer Aktivität und hohen troposphärischen Ozonwerten führt. Beobachtungen und Modellierungsstudien zeigen, dass die Region insbesondere im Sommer einen deutlichen Ozonanstieg erlebt. Historische Daten und Feldkampagnen bieten Einblicke in die Ozondynamik der Region und heben den Einfluss lokaler und weit reichender Verschmutzungsquellen hervor. Das Kapitel diskutiert auch die Auswirkungen der regionalen Meteorologie auf die Ozonkonzentrationen und die Rolle des Austauschs zwischen Stratosphäre und Troposphäre. Darüber hinaus untersucht der Text die Auswirkungen hoher Ozonwerte auf Luftqualität und Gesundheit, was ihn zu einer wertvollen Ressource für das Verständnis der komplexen atmosphärischen Prozesse im Mittelmeerraum macht.KI-Generiert
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AbstractThe Mediterranean basin is one of many regions worldwide where elevated concentrations of air pollutants have been frequently reported. It is also one of the global tropospheric ozone hot spots, especially during the summer months. A short overview on Mediterranean ozone, based mainly on surface ozone data, is presented. Furthermore, aspects of atmospheric chemistry research with emphasis on tropospheric and surface ozone in Greece, the Aegean Sea, and the eastern Mediterranean as well as in the western Mediterranean, are discussed. The relevant research started in the mid-1970s, and it was mainly focused on surface ozone due to photochemical smog events at large urban agglomerations such as Athens, Greece. The ozone research in the 1990s gradually expanded from the urban scale to the regional scale with the establishment of baseline and rural monitoring stations to better understand the role of ozone precursors as well as the associated physical and chemical processes in the Mediterranean. The atmospheric processes associated with ozone in the eastern and western Mediterranean have been further investigated during the last couple of decades through many observational studies based on surface, profile, satellite, and aircraft measurements carried out within the framework of continuous monitoring activities or international field campaigns. -
Inorganic Aerosol Precursors in the Mediterranean Atmosphere
Eleni Liakakou, Nikolaos Mihalopoulos, Christina Theodosi, Eirini Tsiodra, Dimitris G. Kaskaoutis, Maria-Elissavet Koukouli, Dimitris Balis, Shailesh K. Kharol, Mark W. Shephard, Enrico Dammers, Karen E. Cady-PereiraDieses Kapitel befasst sich mit den wichtigsten anorganischen Aerosolvorläufern in der Mittelmeeratmosphäre und konzentriert sich dabei auf Salpetersäure (HNO3), Schwefeldioxid (SO2) und Ammoniak (NH3). Sie unterstreicht die Bedeutung dieser Vorstufen für die Chemie der Atmosphäre und die Luftqualität und diskutiert ihre Entstehung, Variabilität und Trends. Das Kapitel kombiniert bodengestützte Messungen, Satellitendaten und Emissionsinventare, um eine umfassende Analyse ihrer räumlichen und zeitlichen Muster zu liefern. Insbesondere werden die Auswirkungen anthropogener Aktivitäten und natürlicher Quellen auf diese Vorläufer untersucht, wodurch wertvolle Erkenntnisse über das komplexe Zusammenspiel zwischen Emissionen, atmosphärischen Prozessen und Luftqualität gewonnen werden. Die Analyse umfasst sowohl ländliche als auch städtische Umgebungen und betont, wie wichtig es ist, diese Vorboten für effektives Luftqualitätsmanagement und politische Entwicklung zu verstehen.KI-Generiert
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AbstractIn this chapter, the levels of nitric acid and its precursors, sulfuric acid and ammonia over the Mediterranean region are examined by combining ground-based measurements, satellite observations, and emission inventories. The majority of the available literature reports short-term measurements, and the gaps are filled by using the background measurements reported by the European Monitoring and Evaluation Programme (EMEP) EBAS database. The available long-term datasets demonstrate a decline in secondary nitric acid and sulfur dioxide primary emissions but not in ammonia emissions. OMI-satellite retrievals reveal a reduction in both tropospheric nitrogen dioxide and sulfur dioxide columns, in agreement with emission inventories, indicating improvement of air quality, which is attributed to the application of mitigation policies and the financial recession after 2008. On the other hand, ammonia is strongly related to agricultural and biomass burning activities in rural areas, whereas traffic, waste containers, sewage systems, humans, and open markets seem to be the main source in urban areas. -
Temporal and Spatial Variabilities of Volatile Organic Compounds in the Mediterranean Atmosphere
Cécile Debevec, Stéphane SauvageDieses Kapitel untersucht die entscheidende Rolle flüchtiger organischer Verbindungen (VOCs) in der Mittelmeeratmosphäre, insbesondere ihren Einfluss auf die Bildung von Ozon und Aerosolen. Darin wird die Entwicklung von Strategien zum Management der Luftqualität diskutiert, wobei der Schwerpunkt auf der Verringerung anthropogener VOC-Emissionen liegt. Das Kapitel präsentiert umfangreiche VOC-Beobachtungen, die im Mittelmeerraum über fast drei Jahrzehnte hinweg durchgeführt wurden, einschließlich verschiedener Feldkampagnen an städtischen, ländlichen und abgelegenen Standorten. Außerdem werden aktuelle Beobachtungen aus dem ChArMEx-Projekt untersucht, die wertvolle Einsichten in die räumlichen und zeitlichen Variationen von VOCs liefern. Das Kapitel schließt mit Empfehlungen für zukünftige Studien, in denen die Notwendigkeit eines besseren Verständnisses der VOC-Quellen und der Wechselwirkungen zur Verbesserung der Luftqualität in Regionen mit starken biogenen VOC-Quellen betont wird.KI-Generiert
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AbstractThis chapter presents the current knowledge on volatile organic compounds (VOCs) in the Mediterranean region. The understanding of VOC sources and fate is of interest in this region characterized by high biogenic VOC emissions and high photochemistry. The experience gained on VOCs over the Mediterranean basin, after almost three decades of studies, is mainly based on ground-based field campaigns conducted from urban to remote environments. The variations in emission sources (biogenic/anthropogenic, primary/secondary), the VOC influences on the atmospheric chemistry, and air pollution transported at different scales have been identified as the main drivers of VOC concentration levels and variabilities. Then, a focus is made on recent observations collected in the frame of ChArMEx at three ground-based remote sites where several VOC observation periods (from 1 to 25 months) were conducted between 2011 and 2016, providing complete information to better analyze VOC spatial and temporal variations. The selected receptor sites, STARESO and Ersa (Corsica isl., France) and the Cyprus Atmospheric Observatory (Cyprus), are representative of regional air pollution impacting western and eastern Mediterranean regions, respectively, and provide a comprehensive insight on VOC pollution affecting the Mediterranean region. The conclusions on these results open a discussion on the recommendations for the next studies. -
Summary of Recent Progress and Recommendations for Future Research Regarding the Mediterranean Context and Atmospheric Pollutants Distribution
Stéphane Sauvage, François Dulac, Eric Hamonou, Uri Dayan, Nikolaos Mihalopoulos, Cécile Debevec, Jean-François Doussin, Filippo Giorgi, Pavlos Kalabokas, Dimitris G. Kaskaoutis, Eleni Liakakou, Olivier MassonDas Kapitel beginnt mit der Betonung der Bedeutung der atmosphärischen Chemie im Mittelmeerraum, die durch den Klimawandel und anthropogenen Druck beeinflusst wird. Sie untersucht die atmosphärische Dynamik, die den Schadstofftransport und die Schadstoffstreuung beeinflusst, insbesondere während des langen Mittelmeersommers. Das Kapitel untersucht auch die chemische Charakterisierung und Verteilung von Aerosolen und reaktiven Gasen und betont die Komplexität der atmosphärischen Zusammensetzung des Mittelmeers aufgrund verschiedener Verschmutzungsquellen. Insbesondere werden die Auswirkungen des Klimawandels auf natürliche Emissionen und photochemische Prozesse sowie die Rolle des Luftfernverkehrs bei der Verschmutzung der Region diskutiert. Das Kapitel schließt mit Empfehlungen für zukünftige Forschung, einschließlich der Notwendigkeit regionaler gekoppelter Chemie-Klima-Modellierung und neuer luftgestützter Kampagnen, um atmosphärische Prozesse im Mittelmeer besser zu verstehen.KI-Generiert
Diese Zusammenfassung des Fachinhalts wurde mit Hilfe von KI generiert.
AbstractThis conclusion summarizes the state and variability of Mediterranean air pollution. This volume reflects on the Mediterranean context impacting the atmospheric chemistry (Part I ), the dynamical conditions (II), the distribution, variability, and trends of aerosols (III), and reactive gases (IV). It highlights the region as a “hotspot” in terms of air pollution, sumarizing long-term research efforts made since the 1960s and strengthened in the last decade through the Chemistry-Aerosol Mediterranean Experiment (ChArMEx). ChArMEx has been the largest so far research project in the region on atmospheric pollution and its impacts and facilitated international experiments that combined multiyear monitoring and field measurement campaigns, satellite observations as well as modeling approaches. The spatial and temporal variabilities of atmospheric chemical composition and the understanding of interlinks between air quality, atmospheric dynamic processes, and climate change are addressed. Major results evidence the efficiency of air pollution regulations put in place in the last 20 years. Some topics require further research and include the origin of the secondary pollutants, the trends and future evolution of mineral dust transport, the evolution of the atmospheric circulation, and the impact of very long-distance source areas on the state of the atmospheric composition in the Mediterranean.
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Backmatter
- Titel
- Atmospheric Chemistry in the Mediterranean Region
- Herausgegeben von
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François Dulac
Stéphane Sauvage
Eric Hamonou
- Copyright-Jahr
- 2023
- Electronic ISBN
- 978-3-031-12741-0
- Print ISBN
- 978-3-031-12740-3
- DOI
- https://doi.org/10.1007/978-3-031-12741-0
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