dc.contributor.advisor | Güllü, Gülen | |
dc.contributor.author | Işık, Ayşe Gökçen | |
dc.date.accessioned | 2024-10-14T12:14:57Z | |
dc.date.issued | 2024 | |
dc.date.submitted | 2024-07-26 | |
dc.identifier.citation | Isik, A. G. (2024). Physical characterization of aerosols by using space-borne and ground-based observations in the Eastern Mediterranean Basin. Hacettepe University, Department of Environmental Engineering | tr_TR |
dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/11655/35913 | |
dc.description.abstract | Aerosol particles in the atmosphere have many impacts regarding global energy budget, air quality, and climate. Among these particles, mineral dust is one of the most abundant, with millions of tons lifted from deserts and transported across the globe each year. This movement of desert dust affects atmospheric processes, impacts regional and global climate patterns. My research is a part of TUBITAK COST Project “Determination of Dust Transport Pathways & Natural Dust Contribution in Southern Regions of Turkey”. The objective of the project is to determine the effect of natural desert dust transport on air quality in Eastern Anatolia and Western Mediterranean regions, both qualitatively and quantitatively. The goal of my research aim is to investigate the physical characteristics of atmospheric aerosols by using observations in the Eastern Mediterranean region including Türkiye. Since the physical properties of the aerosols are needed to be examined better, satellite-based remote sensing and ground observations have a fundamental importance for the understanding of aerosol processes and desert dust contribution to air quality.
This study presents a comprehensive analysis of aerosol optical depth (AOD) over the Eastern Mediterranean and Levantine regions, focusing on long-term trends, seasonal variations, and validation of satellite-derived AOD measurements using ground-based AERONET data. The first objective to analyze AOD of Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) on the Aqua satellite and Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) on Suomi NPP satellite and compare datasets of these two instruments. Satellite observations from MODIS (2003–2023) and VIIRS (2012–2023) instruments are compared, providing insights into spatial and temporal aerosol patterns. Another objective is to evaluate the variability and reliability of AOD measurements between satellite and ground-based observations and to determine how well they represent regional climatology. Therefore, the study evaluates the performance of MODIS and VIIRS AOD products with a comparative analysis of AOD data from AERONET during different periods between 2003 and 2023 at four stations: IMS-METU-ERDEMLI (Mersin/Türkiye) (2004–2019), CUT-TEPAK (Limassol/Cyprus) (2010–2023), Cairo_EMA_2 (Cairo/Egypt) (2010–2023), and SEDE_BOKER (Sede Boker/Israel) (2003–2023). These stations provide diverse environmental conditions, ranging from coastal to desert regions, enabling a comprehensive evaluation of aerosol behavior. The study also considers the influence of cloud fraction on MODIS measurements and includes aerosol classification based on AERONET data.
Results reveal distinct seasonal trends, with higher AOD values in spring and summer, driven by dust transport from North Africa and the Arabian Peninsula, while winter months show lower AOD due to reduced dust activity. Among the regions studied, the Northern Arabian Peninsula exhibits the highest mean AOD, while Türkiye has the lowest mean AOD AOD trends show an increasing pattern from 2003 to 2009, followed by a statistically significant decrease from 2009 to 2023 in most sub-regions, especially in the Eastern Mediterranean Basin and Türkiye.
Validation of MODIS and VIIRS data against AERONET measurements shows strong correlations at IMS-METU-ERDEMLI (MODIS: R=0.86 and VIIRS: R=73) and CUT-TEPAK (MODIS: R=0.87 and VIIRS: R=76), but weaker correlations at SEDE_BOKER and Cairo_EMA_2. The highest percentage of measurements within the expected error envelope was observed at the IMS-METU-ERDEMLI station, indicating the best agreement between MODIS and AERONET data at this location. The Seasonal-Trend Decomposition using Loess (STL) method revealed consistent spring and summer peaks influenced by dust transport from the Sahara and the Middle East, with lower values in winter.
This study utilizes the longest data sets ever used for the Levant region, and no similarly comprehensive research has been conducted in this area before. The results of this study agree with those of previous research on the atmospheric aerosols, emphasizing the importance of integrating satellite and ground-based observations. | tr_TR |
dc.language.iso | en | tr_TR |
dc.publisher | Fen Bilimleri Enstitüsü | tr_TR |
dc.rights | info:eu-repo/semantics/openAccess | tr_TR |
dc.subject | Aerosol | tr_TR |
dc.subject | Dust | tr_TR |
dc.subject | Toz | tr_TR |
dc.subject | Satellite | tr_TR |
dc.subject | Uydu | tr_TR |
dc.subject | AOD | tr_TR |
dc.subject | Remote sensing | tr_TR |
dc.subject | Uzaktan algılama | tr_TR |
dc.subject.lcsh | Çevre mühendisliği | tr_TR |
dc.title | Physical Characterization of Aerosols by Using Space-Borne and Ground-Based Observations in the Eastern Mediterranean Basin | tr_TR |
dc.title.alternative | Doğu Akdeniz Bölgesindeki Aerosollerin Uydu ve Yer Gözlemleri ile Fiziksel Karakterizasyonu | tr_TR |
dc.type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis | tr_TR |
dc.description.ozet | Atmosferdeki aerosol parçacıklarının küresel enerji bütçesi, hava kalitesi ve iklim üzerinde birçok etkisi bulunmaktadır. Bu parçacıklar arasında çöl tozu en çok bulunanlardan biri olup, her yıl milyonlarca ton çöllerden dünyanın dört bir yanına taşınmaktadır. Çöl tozlarının bu hareketi atmosferik süreçleri, bölgesel ve küresel iklimi etkilemektedir. Araştırmam, TÜBİTAK COST Projesi “Türkiye'nin Güney Bölgelerinde Toz Taşınma Yollarının ve Doğal Toz Katkısının Belirlenmesi” kapsamındadır. Projenin amacı, doğal çöl tozu taşınımının Doğu Anadolu ve Batı Akdeniz bölgelerindeki hava kalitesine etkisini hem niteliksel hem de niceliksel olarak belirlemektir. Araştırmamın amacı, Türkiye'nin de dahil olduğu Doğu Akdeniz bölgesindeki gözlemleri kullanarak atmosferik aerosollerin fiziksel özelliklerini araştırmaktır. Aerosollerin fiziksel özelliklerinin daha iyi incelenmesi gerektiğinden, uydu tabanlı uzaktan algılama ve yer gözlemleri, aerosol süreçlerinin ve çöl tozlarının hava kalitesine katkısının anlaşılması açısından temel bir öneme sahiptir.
Bu çalışma, Doğu Akdeniz ve Levant bölgelerinde aerosol optik derinliği (AOD) üzerine kapsamlı bir analiz sunmakta ve uzun dönemli eğilimler, mevsimsel değişimler ile uydu kaynaklı AOD ölçümlerinin yer tabanlı AERONET verileriyle doğrulanmasına odaklanmaktadır. İlk hedef, Aqua uydusundaki Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) ve Suomi NPP uydusundaki Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) ile AOD analizini gerçekleştirmek ve bu iki cihazın veri setlerini karşılaştırmaktır. MODIS (2003–2023) ve VIIRS (2012–2023) cihazlarından alınan uydu gözlemleri karşılaştırılarak uzaysal ve zamansal aerosol dağılımına ilişkin bulgular elde edilmiştir. Diğer bir hedef ise uydu ve yer tabanlı gözlemler arasındaki AOD ölçümlerinin değişkenliğini ve güvenilirliğini değerlendirmek ve bu ölçümlerin bölgesel klimatolojiyi ne kadar iyi temsil ettiğini belirlemektir. Bu nedenle, çalışma MODIS ve VIIRS AOD ürünlerinin performansını, 2003 ve 2023 yılları arasında farklı dönemlerde AERONET verileriyle yapılan karşılaştırmalı analizlerle değerlendirmektedir. Bu analiz dört istasyonda gerçekleştirilmiştir: IMS-METU-ERDEMLI (Mersin/Türkiye) (2004–2019), CUT-TEPAK (Limasol/Kıbrıs) (2010–2023), Cairo_EMA_2 (Kahire/Mısır) (2010–2023) ve SEDE_BOKER (Sede Boker/İsrail) (2003–2023). Bu istasyonlar, kıyı bölgelerinden çöl bölgelerine kadar çeşitli çevresel koşullar sunarak, aerosol davranışının kapsamlı bir şekilde değerlendirilmesine olanak tanımaktadır. Çalışma ayrıca, MODIS ölçümleri üzerindeki bulut oranının etkisini de dikkate almakta ve AERONET verilerine dayalı aerosol sınıflandırmasını içermektedir.
Sonuçlar, belirgin mevsimsel eğilimler ortaya koymaktadır; ilkbahar ve yaz aylarında, Kuzey Afrika ve Arap Yarımadası'ndan gelen toz taşınımı nedeniyle AOD değerleri daha yüksek olurken, kış aylarında toz aktivitesinin azalmasıyla AOD değerleri daha düşük seviyelerdedir. İncelenen bölgeler arasında, Kuzey Arap Yarımadası en yüksek ortalama AOD değerine sahipken, Türkiye en düşük ortalama AOD değerine sahiptir. AOD eğilimleri, 2003'ten 2009'a kadar artan bir seyir gösterirken, 2009'dan 2023'e kadar özellikle Doğu Akdeniz Havzası ve Türkiye'de olmak üzere çoğu alt bölgede istatistiksel olarak anlamlı bir azalma gözlemlenmiştir.
MODIS ve VIIRS verilerinin AERONET ölçümleriyle doğrulanması, IMS-METU-ERDEMLI (MODIS: R=0.86 ve VIIRS: R=0.73) ve CUT-TEPAK (MODIS: R=0.87 ve VIIRS: R=0.76) istasyonlarında güçlü korelasyonlar gösterirken, SEDE_BOKER ve Cairo_EMA_2 istasyonlarında daha zayıf korelasyonlar gözlemlenmiştir. Beklenen hata sınırları içinde en yüksek ölçüm yüzdesi IMS-METU-ERDEMLI istasyonunda kaydedilmiş ve burada MODIS ile AERONET verileri arasındaki en iyi uyum sağlanmıştır. Loess kullanarak Mevsimsel ve Trend Ayrıştırma (STL) yöntemi, Sahra ve Orta Doğu’dan gelen toz taşınımının etkisiyle ilkbahar ve yaz aylarında tutarlı zirveler ortaya koyarken, kış aylarında daha düşük değerler gözlemlenmiştir.
Bu çalışma, Levant bölgesinde bugüne kadar yapılmış en uzun veri setlerini kullanmakta olup, bu bölgede daha önce böyle kapsamlı bir çalışma gerçekleştirilmemiştir. Çalışmanın sonuçları, atmosferik aerosoller üzerine yapılan önceki araştırmalarla uyumlu olup, uydu ve yer tabanlı gözlemlerin birleştirilmesinin önemini vurgulamaktadır. | tr_TR |
dc.contributor.department | Çevre Mühendisliği | tr_TR |
dc.embargo.terms | 6 ay | tr_TR |
dc.embargo.lift | 2025-04-18T12:14:57Z | |
dc.funding | Yok | tr_TR |