Black carbon and desert dust aerosols in Arabian Gulf regional atmosphere

Mahfouz, Mohamed Mamdouh Kotb (avtor), Skok, Gregor (mentor), Močnik, Griša (komentor)

We investigate the optical properties of aerosols in the Arabian Gulf region, focusing on the size-separated absorption characteristics of mineral dust (MD) and black carbon (BC). The analysis is based on one year of measurements performed at two locations in the Qatar peninsula. We aim to provide a comprehensive understanding of atmospheric composition and processes in both urban background (QU) and regional background (RM) sites by analyzing aerosol properties during dust storm (DS) and non-dust storm (nDS) periods. Presence of BC particles in the coarse aerosol fraction challenges the prevailing assumption that this fraction consists mainly of MD. Separating contributions of dust and BC to absorption within the coarse fraction to identify distinct spectral dependencies for dust is crucial for understanding the regional atmospheric dynamics. During the nDS periods, the QU site exhibits a weak correlation between elemental carbon and organic carbon, indicating mixed anthropogenic and biogenic carbonaceous sources. Chemical analysis consistently reveals higher carbonaceous species’ concentrations at QU, reflecting urban emissions' influence. We identify MD as the dominant component throughout all periods, with the surprising result being that there is more MD in QU than RM which we interpret as urban resuspension. Determined specific Absorption Angström Exponent (AAE) values for desert dust and BC in the coarse fraction offer insights into aerosol mixing states. The Mass Absorption Cross-section derived for different aerosol components reveals slight differences between the two sites. Urban emissions increase fine and coarse particle concentrations. Source regions are investigated using Potential Source Contribution Function (PSCF) and Concentration Weighted Trajectory (CWT) based models, highlighting seasonal dependencies. We find that the dynamics of aerosol dispersion require comprehensive monitoring to capture complex interactions of various sources contributions. The discrepancy between the PSCF- and CWT-based results underscores the necessity of utilizing multiple models to achieve accurate understanding pollutant behavior.

• Jezik: Angleški jezik
• Ključne besede: Aerosol optical properties, black carbon, mineral dust, dust storms, BC absorption coefficients, dust absorption coefficient, aerosol size separation, Absorption Ångström Exponent, mass closure, MAC, urban incremental, PSCF, CWT, NWR.
• Vrsta gradiva: Doktorsko delo/naloga
• Tipologija: 2.08 - Doktorska disertacija
• Organizacija: FMF - Fakulteta za matematiko in fiziko
• Leto izida: 2025
• PID: 20.500.12556/RUL-174447
• COBISS.SI-ID: 225498371
• Datum objave v RUL: 02.10.2025

Sekundarni jezik

• Jezik: Slovenski jezik
• Naslov: Aerosolizirani črni ogljik in puščavski pesek v ozračju nad Arabskim zalivom

Izvleček

Na območju Arabskega zaliva smo raziskovali optične lastnosti aerosolov in po velikosti ločili prispevke puščavskega mineralnega prahu (MD) in črnega ogljika (BC) k absorpcijskemu koeficientu. Analiza temelji na enoletnih meritvah, izvedenih na dveh lokacijah na Katarskem polotoku. S primerjavo lastnosti aerosolov v obdobjih s puščavskimi peščenimi nevihtami (DS) in brez njih (nDS) smo pridobili celovit vpogled v atmosfersko sestavo in procese na urbanem (QU) in regionalnem ozadju (RM). Prisotnost delcev BC v grobi frakciji aerosolov postavlja pod vprašaj splošno domnevo, da to frakcijo sestavlja predvsem MD. Razlikovanje med prispevki MD in BC k absorpciji v grobi frakciji in določanje odvisnosti absorpcije od valovne dolžine za MD je ključnega pomena za razumevanje atmosferskih procesov v regiji. V obdobjih nDS je na lokaciji QU korelacija med elementarnim in organskim ogljikom šibka, kar nakazuje na kombinirane antropogene in biogene vire ogljika. Kemijske analize dosledno kažejo višje koncentracije ogljičnih aerosolov pri QU, kar odraža vpliv mestnih emisij. MD je identificirana kot prevladujoča komponenta v masi aerosolov v vseh obdobjih, pri čemer je presenetljivo, da je v QU več MD kot v RM, kar je najverjetneje posledica urbane resuspenzije zaradi prometa. Specifične vrednosti Ångströmovega eksponenta absorpcije (AAE) za MD in BC v grobi frakciji ponujajo vpogled v različne stopnje mešanja aerosolov. Masna absorpcijska koeficienta za MD in BC nista različna na obeh merilnih mestih. Mestne emisije prispevajo k višjim koncentracijam tako finih kot grobih delcev. Izvorne regije smo raziskali z uporabo modelov, ki temeljijo na funkciji potencialnega prispevka vira (PSCF) in koncentracijsko uteženi poti (CWT), pri čemer so očitne odvisnosti od letnih časov. Ugotavljamo, da dinamika disperzije aerosolov zahteva celovito spremljanje za zajem kompleksnih interakcij prispevkov različnih virov. Razlika med rezultati, dobljenimi s PSCF in CWT, kažejo potrebo po uporabi več modelov hkrati, da lahko dosežemo natančno razumevanje obnašanja onesnaževal.

• Ključne besede: Optične lastnosti aerosolov, črni ogljik, mineralni prah, prašni viharji, absorpcijski koeficienti črnega ogljika, absorpcijski koeficient prahu, ločevanje velikosti aerosolov, Absorpcijski Ångströmov eksponent, masna zaprtost, MAC, urbani prirastek